自組網技術能以其靈活機動的組網方式，較低成本地實現針對性的高密度覆蓋，相信在不久的將來有望繼PDT標準、B-TrunC標準之后，建立完整的自組網標準定義，進一步推進自組網技術在應急通信領域的全面應用。環球專網通信將邀請自組網行業內知名專家團隊及廠商代表，陸續推出關于自組網技術的系列報道，敬請大家密切關注并參與討論。今天刊發本系列第三期。

郜旭凱（左）、管鮑（中）、冷川川（右）

一 自組網技術發展歷程

無線自組網采用分布式架構，具有靈活、易用、易擴展等特點，能夠支持多種網絡拓撲，提供快速、靈活構建無線網絡的能力。

無線自組網可以用于物聯網和非物聯網領域。在物聯網領域，主流的Zigbee、藍牙等技術都集成了無線自組網功能，用于近場、海量終端之間的小數據量傳輸。在這個領域，無線自組網具有統一的標準，產業鏈成熟。

在非物聯網領域，無線自組網技術最早起源于軍事應用，即美軍的先進戰術通信系統，稱為Ad Hoc，目前已經成為軍用電臺的必備功能。2000年左右，Ad hoc技術開始轉為民用，稱為Mesh技術。2003年，IEEE標準組織開始制定Mesh標準，2006年提出了802.11S，即Wi-Fi體制的Mesh標準。在這段時間，Wi-Fi Mesh發展較快，但是隨后由于Wi-Fi技術難以在室外移動環境下應用，覆蓋距離短，用戶容量受限，安全級別低等問題，Wi-FiMesh技術和產品直到目前也沒有再得到很好的發展。

在Wi-Fi Mesh之后，基于COFDM技術體制的Mesh產品逐漸成為主流。COFDM自組網產品的工作頻段、發射功率和無線傳輸技術都可以根據需求定制，擺脫了Wi-Fi Mesh對公共頻段和商用套片的依賴，室外移動環境下的覆蓋能力得到了顯著提升，應用場景也得到了較大的擴展，比較成功的應用如公安原有的無線圖傳系統等。但是，COFDM技術與主流3GPP技術體制有較大的差別，各廠家的標準也不統一，相應的產業鏈比較薄弱，應用比較零散，無法形成規模化的市場，未來的發展空間非常有限。

二 3GPP體制下的自組網技術

盡管自組網技術一直都是業界研究的熱點，但是該技術直到4G規模商用也沒有進入主流3GPP標準規范之中，主要原因還是運營商市場對自組網應用的需求并不是太多。

隨著全球對公共安全的重視，各國政府都在致力建設全國范圍內的公共安全無線專網，例如美國的FirstNet和韓國公安專網等。基于各國政府的需求，公共安全業務也成為4.5G和5G標準重點研究的方向之一。相比運營商網絡，無線專網要求更廣的覆蓋范圍、更靈活的組網方式和更強的上傳容量，需要支持脫網直通、多跳橋接以及無中心節點自組網等功能，而寬帶自組網技術是滿足上述需求的關鍵，因此3GPP標準在R12及后續版本中都對自組網技術進行了重點研究，并形成了相關的標準。

3GPP標準在R12版本中增加了鄰近服務功能(Proximity Service, ProSe)，定義了相應的空口，即PC5接口，以及空口技術規范，即Sidelink規范。在LTE幀結構的基礎上，Sidelink規范增加了discovery信道，用于終端之間的相互發現，通過同步信號實現終端之間的同步，而對于控制信道和業務信道則延用了LTE標準。Sidelink空口規范支持蜂窩小區內和小區外的終端之間直接通信，終端之間可以自組成網，因此，Sidelink實際上就是3GPP體制下的寬帶自組網技術的空口規范，是未來各種3GPP體制自組網產品的技術基礎。

相比COFDM封閉技術體制的自組網技術，3GPP體制的自組網技術能夠充分利用4G以及5G的開放的先進技術，相關的產品也能夠充分利用3GPP成熟的產業資源，從而大幅提升產品的性能指標，擴展應用場景，增強實戰效果。其中，一些關鍵的技術和功能包括：

1、信道編解碼

業務信道采用Turbo碼，其編碼增益比COFDM自組網常用的卷積碼具有顯著的提升；

2、高階調制

最高可以支持256QAM，進一步提升頻譜效率。利用成熟的AMC機制，可以根據信道條件動態調整調制階數，保持空口流量的平穩；

3、多天線技術

在R14版本中，Sidelink規范增加了發射分集功能,，為后續進一步引入空分復用奠定了基礎。利用LTE成熟的MIMO技術，3GPP自組網技術能夠顯著提升頻譜效率，在兩天線配置下，頻譜效率能夠達到6~8bps/Hz，比COFDM自組網的頻譜效率提升了4~5倍，這對于頻譜資源有限的專網用戶非常重要；

4、HARQ技術

融合重傳和前向糾錯功能，顯著提升空口傳輸性能，特別是空口的穩健性，有助于傳輸時延的減小；軟合并功能能夠進一步提升糾錯能力；

5、QoS機制

非3GPP體制的自組網產品大都沒有完整的端到端QoS機制，只是一個IP管道而已。但是在ProSe功能中，定義了數據包優先級（ProSe Per-Packet Priority：PPPP），針對語音、視頻、數據等不同的業務進行分級保障，也可以針對不同的用戶組進行分級保障。QoS分級保障是無線專網的必要需求；

6、新波形

利用F-OFDM、UFMC等5G中討論的新波形技術，3GPP自組網技術能夠更加靈活、高效地利用專網有限的頻譜資源；

上述這些功能對于傳統自組網大多還是新技術，而這些功能在規模部署的4G網絡中已經證明能夠顯著提升無線性能，因此也將顯著提升無線自組網的無線性能。當然，隨著更多應用場景的引入，Sidelink規范自身也在不斷完善。在R12的基礎上，Sidelink規范在R13中增加了跨載波終端發現、數據包優先級、UE-to-Network中繼等功能，在R14中增強了中繼的功能，能夠支持更多的跳數，結合橋接功能，單個蜂窩小區的覆蓋范圍有了更為明顯的提升。Sidelink規范在R14中也被運用到V2X標準中，用于車與車、車與路邊單元之間的直接通信，基于車聯網的應用要求，在當前的R15版本討論中，載波聚合、64QAM、發射分集、更短子幀等關鍵技術和功能極有可能增加到規范之中，而在R16版本的早期討論中，包括 V2X切片、E2E QoS、多播、定位等新功能也列上了討論的議題。未來，Sidelink規范會隨著越來越多的應用而不斷完善，相應地，3GPP體制的寬帶自組網技術也會不斷向前演進，相關的產業鏈也會越來越壯大，這是其它體制自組網技術所無法企及的。

三 海能達iMesh自組網產品與應用

盡管Sidelink規范提出來已經4年多了，但是目前基于該規范的自組網產品并不多見。隨著公共安全、應急等領域對多媒體通信需求的日益增多，業界對先進的自組網產品的需求也越來越強烈。在此背景下，海能達公司作為全球無線專網通信的領導者，基于在公安、應急等專網行業多年的經驗，在寬、窄帶無線通信技術和產品研發上的技術積累，依托3GPP技術規范，創新地研發出了iMesh自組網系列產品，填補了業界3GPP體制自組網產品的空白，完善了多媒體應急通信解決方案，引領了未來自組網技術和產品研發的方向。

3-1 iMesh產品及特點

海能達iMesh自組網產品是基于4G、5G先進技術，面向專網集群綜合業務而設計的創新產品，部署便捷、組網靈活、吞吐率高、可靠性強，具備端到端的QoS機制和安全保護機制。產品形態多樣，包括車載臺、背負臺、手持臺，可搭配海能達自研的指揮調度臺共同組成自組網解決方案廣泛應用于公共安全、應急保障等行業。

平臺特點

采用軟件無線電架構，平臺集成度高、處理能力強，通過加載不同的軟件支持自組網、基站等多種工作模式，使用靈活，管理簡單，最大化復用硬件資源，節省成本。

鏈路特點

采用多天線、高階調制等技術提升鏈路的頻譜效率，頻譜效率高達6bps/Hz。采用先進的檢測算法提升鏈路接收性能，覆蓋遠；采用AMC、HARQ等技術提升鏈路的穩健性，平均時延和抖動小；采用5G新波形提升頻譜利用的靈活性，降低異系統間的干擾。

業務特點

延用3GPP QoS機制，通過專用無線承載，對不同業務或者群組采用不同的優先級，支持單播、組播、廣播等集群系統常用的傳輸模式。

組網特點

支持星型、鏈型、網型以及混合異構等多種拓撲結構，也支持與有線、蜂窩基站的融合組網，與4G蜂窩基站能夠實現業務層面的平滑融合。

安全特點

延用3GPP安全技術體制，也支持第三方定制的安全算法。

3-2 iMesh應用介紹

iMesh系列產品一經發布，就受到各行業客戶的一致好評，特別在消防、公安應急等重點領域，基于iMesh產品的各種解決方案顯著提升了實戰性能。

消防應急通信應用

傳統自組網產品技術相對落后，而且過分注重便攜性，多以手持設備為主，導致無線覆蓋能力弱，穿透性差，傳輸容量低，需要多級中繼才能延伸覆蓋，組網復雜，時間長，系統穩健性差，多跳后實際傳輸能力受限，因此，在復雜的救援環境下，實戰效果差。

iMesh產品采用先進的通信技術和高集成度的平臺，兼顧了覆蓋性能、吞吐量和便攜性，不需要太多的中繼節點就能夠在現場指揮中心和多個救援點之間建立大容量、高可靠的無線鏈路，開機即用、系統簡單、維護人員少，實戰效果好。基于iMesh產品的e-Fusion消防融合應急通信解決方案從17年下半年開始，陸續在全國消防部門進行了50多次實戰演練，獲得了客戶的高度認可，并且已經在多地商用。

圖1 e-Fusion融合應急通信解決方案

電力應急通信應用

2018年4月，海能達協助廣州供電局在北江大堤廣州段成功完成抗洪搶險電力應急保障演練。北江大堤現場指揮部通過海能達便攜式指揮調度中心（E-center）搭建現場應急指揮調度中心，與總指揮中心形成了互聯互通，實現聯動指揮。由無人機搭載的海能達自組網設備（iMesh），構建了立體指揮通信視頻傳輸通道，對現場進行立體式、全方位地偵查，解決了地面無線信號傳輸距離短的問題。演練過程中，iMesh傳輸距離達到了15公里以上，吞吐率穩定，保證4路高清視頻流暢回傳，將整個演練過程推向了高潮。此次演練驗證了海能達電力應急通信指揮綜合解決方案的快速響應水平及應急管理能力，這是非常有代表性的情景模擬測試，對業界具有廣泛的示范意義。

圖2 廣州供電局江北大堤急保障演練現場

重大活動安保應用

2018年的廣州超級跨年演唱會在“廣州客廳”海心沙傾情上演，明星大咖與現場數十萬名市民共同跨年迎新，共同制造屬于廣州城市的群體記憶。由于觀眾多、人流大，運營商網絡非常擁堵，原有的4G圖傳設備無法正常工作，這對現場安保工作提出了巨大的挑戰。

結合重大活動安保經驗，海能達采用智慧融合專網應急保障方案實現現場安保。視頻傳輸利用iMesh設備，結合無人機監控系統，對密集人流、重要路口進行可視化監控，實現無人機視頻無線實時回傳、安保警員間視頻通信、路口無線監控、多媒體信息上報等。同時，安保人員手機可以接入自組網設備節點，實現Internet應用，通過微信群實現相關溝通和匯報。現場通過兩臺iMesh設備，實現4~5路高清視頻的回傳。關鍵語音采用PDT數字集群系統進行覆蓋，安保警力定位，實時調度指揮，強力保障應急情況下的關鍵語音通信。整體方案實現靈活組網、快速布控，大大提升了對安保過程的掌控能力與應變處突能力，保證了整個安保過程協同、順利。

圖3 廣州超級跨年演唱會保障現場

行業應用將是未來無線通信發展的重要方向之一，而自組網技術將是支撐專網行業通信的關鍵之一，未來的10年將是自組網技術和產業發展的大好時機。而目前傳統的自組網技術和產品與主流的技術體制相差太遠，產品功能、性能以及相關的產業資源都很難支撐未來行業應用的需求。自組網技術急需革新，從而跟上通信行業日新月異的發展步伐。

3GPP技術體制是移動通信行業的主航道，技術先進，應用廣泛、產業成熟，市場規模大。自組網技術必須向主流技術體制演進，充分利用成熟的技術和產業資源，提升產品的質量，跟上行業發展的節奏，才能有機會抓住千載難逢的發展機遇，壯大產業，做大市場。海能達公司作為專網通信行業的領導者，已經率先向3GPP體制的自組網技術演進，并發布了主要的產品和解決方案，顯著提升了應用的實戰性能，獲得了客戶的一致好評，充分證明了自組網產品向主流技術體制轉變的可行性、必要性和緊迫性。未來，海能達公司將進一步加大投入，為自組網產業健康、有序、快速發展貢獻更多的力量。