新增D2D/群组通讯功能 LTE成公共安全通讯利器

2016-03-31 08:23:46来源: 新电子 关键字:D2D  LTE  公共安全
    LTE应用触角将延伸至灾害救援领域。3GPP自LTE第十二版(Release 12)标准开始,加入装置对装置(D2D)与群组通讯等新规格,可在基地台因灾害破坏无法连结核心网路时,透过邻近终端装置间的直接通讯,增进救灾效率。


资策会MIC产业分析师钟国晋

[@B]新增D2D/群组通讯功能 LTE成公共安全通讯利器[@C] 近年来全球暖化、恐怖攻击、极端气候等问题频传,能提供关键任务(Mission Critical)需求之公共安全通讯系统已受到各国政府的重视。  
传统的公共安全通讯标准主要包括美规的Project 25以及欧规的TETRA,这些标准系针对各种紧急应变功能而设计,因此具有可靠性高、支援群组通讯、涵盖范围广等优点。  

然而,Project 25或TETRA皆属于窄频的公共安全通讯标准,且需要专业人员进行架设的客制化系统,因此对于未经训练的民众而言并不容易操作。  

为了催生普及化、支援宽频传输的公共安全通讯标准,第三代合作夥伴计划3GPP (3rd Generation Partnership Project)从Release 11开始,在长期演进技术LTE(Long Term Evolution)商用通讯标准中加入公共安全的规范,使未经训练的民众皆能以市售之智慧型手持装置进行宽频关键任务通讯。  

以火灾救援为例,为了让搜救人员能瞭解现场的状况,需要“即时传送”火场的图片给消防单位相关人员。以一张2MB大小的图片为例,以传统的TETRA系统需要约14分钟的传输时间,但使用3GPP的LTE通讯系统却仅需1.5秒,可知LTE的宽频特性能够满足“即时传送”的目标。  

此外,透过LTE通讯系统传送即时影像资料,相对于传统的TETRA系统,能够在低时延的情况下传输解析度更高的即时影像,有利于搜救指挥人员更精确瞭解现场状况,进而有效掌握救援进度。  

提高公共安全终端装置之发射功率  

在3GPP所规范的LTE导入频带中,Band 14(758~768MHz,788~798MHz)已被美国及加拿大作为公共安全之用。为了扩增上传讯号的涵盖面积,并减少基地台的布建数目,3GPP在制定公共安全通讯的相关标准时,首先考虑终端装置使用较一般智慧手持装置更高的发射功率,然而过高的发射功率将会干扰其他终端装置,因此仍需规范发射功率的上限值。  

在3GPP 的Release 11标准中,主要是将终端装置在Band 14的功率上限规范在31dBm(1.25W),为一般智慧手持装置的功率上限23dBm(0.2W)的6倍(一般大型基地台的功率约在40W,相当于46dBm),如此可将上传讯号的涵盖面积扩增为3倍,使基地台的布建数量能减少66%。  

终端装置间可进行直接通讯  

若某区域发生地震、土石流等天然灾害,网路基础设施可能遭受到破坏,使得该区域的基地台无法与核心网路(Core Network)进行连结,因此形成通讯盲区。  

若能透过终端装置间D2D(Device to Device)通讯传输,发挥邻近终端装置间“守望相助”的功能,将可改善通讯盲区之问题,增进救灾效率。  

根据3GPP在Release 12之前所制定的标准,终端装置间的资料传输皆依循传统LTE讯号传输路径,亦即需透过核心网路进行传送。为达成终端装置间“守望相助”的功能,3GPP在Release 12开始加入D2D的相关标准,也就是采取邻近服务ProSe(Proximity Services)的方式,使终端装置能藉由探索(Discovery)发现其他终端装置,以便进行终端装置之间的资料传输,而毋需和先前一样仰赖核心网路。  

ProSe包含直接通讯(Direct Communication)模式及区域路由(Locally Routed)模式,其中直接通讯模式允许终端装置彼此间直接进行资料传输,并不需要透过基地台进行资料转传的工作;区域路由模式则是指终端装置之间经由基地台协助资料转传,但不需要将资料回传至核心网路。  

直接通讯模式可确保搜救人员或灾区民众,在基地台讯号涵盖范围外仍能进行资料传输。若终端装置皆位于某个基地台讯号涵盖范围内,则可透过区域路由模式进行资料传输。相较于直接通讯模式,在区域路由模式下,由于基地台能作为资料传输的桥梁,终端装置间有较大的通讯范围;且基地台可扮演各终端装置间的射频资源管理者,能有效协调终端装置间的干扰。因此可知,在不同的使用情境,直接通讯模式及区域路由模式均有其应用之价值与必要性。  

此外,若要扩增ProSe的讯号涵盖范围,3GPP在Release 13更允许终端装置作为讯号传输的中继站(Relay),将基地台或终端装置之发射讯号的涵盖范围做进一步延伸。  

藉由群组通讯集结众人力量  

在公共安全的应用中,若要使更多搜救人员能同时瞭解现场的状况,传统的公共安全通讯标准必须支援群组通讯(Group Communication)的功能,以“一呼百应”的方式进行一对多的资料传输。但3GPP在Release 12之前的标准仅支援用户间“一呼一应”的通讯模式,为了让LTE通讯系统也能执行群组通讯的功能,Release 12开始加入群组通讯的相关标准。  

LTE的群组通讯是采用单点传播(Unicast)、群播(Multicast)或广播(Broadcast)的方式,将特定终端装置的资料传输给群组成员之其他终端装置。调度台专责群组成员的设定及管理,群组内的终端装置可使用多种应用服务(如文字、语音、影音、资料传输),并由外部的群组通讯系统应用服务器对各种应用服务进行管理及控制。  

如前述,为了扩增群组通讯的有效范围,3GPP在Release 13在群组通讯标准也加入中继站的使用,以有效减少群组通讯的盲区。  

[@B]透过孤立或移动基站确保通讯不断线[@C] 透过孤立或移动基站确保通讯不断线  

当天然灾害发生时,可能会发生某区域的基地台无法与核心网路进行连线,但有些基地台本身并无损坏,此时这些功能仍正常的基地台称为孤立基地台(Isolated Base Station)。  

为了使孤立基地台能在无法与核心网路连线时,仍能独立服务其涵盖范围内的使用者,3GPP在Release 13开始加入了Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety(IOPS)的标准,使孤立基地台能以区域路由模式进行服务;抑或是在通讯盲区建置移动基地台,以微波通讯系统当作后置网路(Backhaul)与核心网路沟通,以担负当地的公共安全通讯服务。  

紧急任务语音通话支援群组通讯  

2014年6月,日本电信业者NTT DOCOMO已提供藉由LTE通讯系统传输语音封包的服务,亦即所谓的LTE语音服务VoLTE(Voice over LTE),比传统的网路电话有更高的服务品质QoS (Qualify of Service)。然而,VoLTE也采用“一呼一应”的通讯模式,并不符合紧急任务所需的群组通讯功能。  

为使LTE通讯系统也能支援群组通讯的语音通话,3GPP基于Release 12的D2D及群组通讯等相关标准,开始在Release 13制定紧急任务一按通MCPTT(Mission Critical Push to Talk)的标准。  

MCPTT使用半双工(Half-Duplex)的群组通话方式,当使用者在终端装置按下通话钮后,群组通话会在短时间内(约5秒内)建立,以符合紧急任务的需求。  

此外,率先按下通话钮的使用者即取得群组通话的发言权(Floor),且在该使用者的发言期间,群组内的其他使用者仅能倾听其发言,并且必须等到该使用者松开通话钮后,才能释出其发言权。  

由于MCPTT包含了D2D及群组通讯等相关标准,相较于传统的Project 25以及TETRA系统而言,其讯号涵盖范围能更有效深入通讯盲区,以提升救灾群组成员之间的通讯效率。  

邻近服务及群组通讯为公共安全通讯核心  

为了能减少通讯盲区,3GPP在标准制订上透过邻近服务的方式,在核心网路无法顺利连线的情况下,仍有能力进行终端装置之间的资料传输;并搭配群组通讯的模式,使更多搜救人员能掌握现场的状况。  

观察3GPP在公共安全的相关标准,可发现提高发射功率、采用区域路由模式之孤立基地台等技术,皆是基于减少通讯盲区的范围所设计,而紧急任务一按通则是根据群组通讯的架构做延伸。  

由此可知,3GPP所制定的公共安全技术标准,均聚焦于两种技术特性:减少通讯盲区及具备群组通讯的功能。相信在未来,3GPP的公共安全技术标准仍将基于上述两种技术特性,使通讯系统能提供无所不在的高品质群组通讯服务。  

R14标准将支援紧急任务影像/资料传输  

在公共安全的应用中,由于搜救人员需清楚瞭解现场的状况,因此有紧急任务的影像及资料(如多媒体、档案等)传输需求。  

相较于传统的TETRA系统,LTE通讯系统能够传输低时延、高解析度的即时影像。  

由此可知,3GPP在Release 14的标准将关注于紧急任务的影像及资料传输,并能支援大规模的群组通讯(5,000个终端装置)以整合救灾资源。  

(本文作者为资策会MIC产业分析师)

关键字:D2D  LTE  公共安全

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016033152679.html
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