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McWiLL技术介绍北京信威通信技术股份有限公司2010年5月McWiLL技术介绍北京信威通信技术股份有限公司目 录1 北京信威公司简介12 McWiLL系统概述22.1 McWiLL关键技术22.1.1 CS-OFDMA22.1.2 增强型智能天线32.1.3 软件无线电42.1.4 快速联合检测52.1.5 自适应调制编码52.1.6 动态信道分配52.2 McWiLL系统优势62.2.1 高带宽62.2.2 广域覆盖62.2.3 支持大量用户并发62.2.4 宽带数据与窄带语音融合72.2.5 端到端整体解决方案72.2.6 专用频率资源优势72.2.7 绿色环保72.2.8 支持同频组网82.2.9 自主知识产权82.2.10 产品成熟度高83 McWiLL网络结构93.1 典型网络拓扑图93.1.1 核心网络层93.1.2 接入网络层113.2 业务流描述113.2.1 数据业务流123.2.2 语音业务流123.2.3 视频监控业务流133.3 网络管理134 应用模式介绍144.1.1 语音调度144.1.2 视频监控154.1.3 数据采集回传164.1.4 办公自动化175 网络安全185.1 核心网安全特性185.1.1 认证185.1.2 虚拟网（VLAN ）划分185.1.3 数据加密和鉴别185.2 空口安全特性195.2.1 空口协议安全性195.2.2 独立的安全通道195.3 用户安全特性195.3.1 用户认证205.3.2 用户管理系统安全性206 网络设备216.1 网络设备216.1.1 SAC216.1.2 调度机226.1.3 调度台226.1.4 基站236.1.5 直放站产品256.1.6 干放产品276.2 终端设备286.2.1 固定终端286.2.2 移动终端306.2.3 单兵终端366.2.4 模块、合作终端376.2.5 视频监控397 性能指标397.1 系统性能指标397.2 SAC性能指标417.3 基站性能指标417.4 调度机性能指标437.5 调度台性能指标43III图表目录图31 总体网络拓扑图9图 32 McWiLL业务流程示意图12图 41 语音调度14图 42 视频监控15图 43 数据采集回传16图 44 办公自动化17图 61 SAC外观图21图 62 调度机外观图22图 63 调度台外观图23图 64 McWiLL基站BTS23图 65智能天线外观25图 66智能天线结构25图 67 直放站产品图26图 68 光纤干放和射频干放27图 69 光纤干放使用示意图28图 115 CPE123外观图28图 116 SCPE19829图 117 W660外观图30图 118 MG638外观图31图 119 MT15832图 1110 SC28034图 1111 PT630035图 1112 车载终端MDS-VDE35图 1113 McWiLL数字单兵设备36图 1114 MEM160模块37图 1115 MEM133381 北京信威公司简介北京信威通信技术股份有限公司从事无线通信领域最前沿、最核心产品的研发、生产、销售、工程和售后服务，是拥有完整自主知识产权的新一代无线通信产业的驱动者。公司成立于1995年，2001年完成股份制改造。总部及研发中心设在北京。控股子公司重庆信威是国家级高科技产业化重点示范单位，重庆信威建立了健全的质量保证体系，通过了ISO9001质量体系认证，拥有保证大规模生产的现代化制造能力。全资子公司深圳信威在行业信息化产品研发和推广方面扮演重要的角色。公司坚持自主创新，致力于民族通信产业的发展，把世界领先的智能天线、同步码分多址、软件无线电及码扩正交频分多址等技术优势，转化为用户满意的产品和服务，以全系列的基站、基站控制器、业务汇聚网关、手机、无线桌面电话、塔放、网管等设备，提供无线移动话音和宽带数据的一体化解决方案，使运营商以较低成本迅速形成市场规模，创造新的利润增长点。 1800MHz SCDMA综合无线接入系统(大灵通)已大规模应用于公众通信网，满足人口密集的城镇通信需要；400MHz SCDMA农村无线接入系统是国家首推的“村村通工程”无线接入技术手段，在电信普遍服务中广泛使用；McWiLL宽带无线接入系统(宽带SCDMA无线接入系统)，成为适宜运营商和实际市场需求的成熟选择，信威公司还有2.1G、340M等产品。此外，SCDMA发挥了本土自主技术优势，在对安全保密具有极高要求的数字集群、多媒体集群等特殊通信领域中将扮演无法替代的角色。信威通信将推动SCDMA技术成为无线通信相关领域的主流标准之一，构建中国无线通信史上第一个具有完整自主知识产权的产业平台，开创无线通信新纪元。第45页2 McWiLL系统概述McWiLL(Multi-carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环)宽带无线接入系统是由北京信威通信技术股份有限公司自主研发的新一代宽带无线接入技术，McWiLL采用国际最先进的码扩正交频分多址（CS-OFDMA）、智能天线、空间零陷、联合检测等无线通信技术，使其无线性能远远高出现有的宽带无线通信（BWA）技术，包括WiFi、微波以及WiMAX技术；McWiLL基于IP分组交换网络以及软交换核心网络架构，可以无缝的融入运营商的NGN网络。 McWiLL系统具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等先进优势，使其广泛的用于公网、电力、水利、油田、煤炭、制造业等行业用户，为用户提供可靠的无线数据语音传输平台。McWiLL系统应用于行业领域不但可以弥补行业现有有线网络的不足，扩大IP网络的覆盖范围，借助其灵活的部署和移动性功能，使得行业中宽带应用更加丰富，比如应急通信、移动视频监控等。McWiLL在提高行业生产效率的同时，使不同行业的信息化、生产自动化以及办公自动化水平相应提高。McWiLL宽带无线网络已经在电力、油田、煤矿等很多行业领域应用，实际解决了这些行业的无线数据传输、视频监控、应急通信、移动通信等多方面的需求，得到了相关行业用户的一致认可。McWiLL正以其先进的技术优势和良好的产品性能服务于众多行业用户，并将进一步为更多的企业行业服务。2.1 McWiLL关键技术2.1.1 CS-OFDMACS-OFDMA（码扩正交频分多址）是McWiLL系统的核心技术之一，它将OFDMA、TDMA和MCWILL有机融合为一体，使系统获得了高频谱效率、抗衰落、抗多径等综合性能优势。CS-OFDMA首先将一个宽带纵向分成许多窄带频点，然后再符号（symbol）化，用正交MCWILL码道横向调制到窄带频点。在进行OFDM调制前，对调制数据先进行码扩处理，即：将每个symbol作8倍的扩频，然后再进行OFDM调制，将扩频后的chip调制到8个子载波上，于是每个symbol在频域实现了扩频。这样做的目的有些类似时域里做扩频，时域的扩频处理使调制信号的能量散布在一个较宽的频带内，当信道中出现窄带干扰时， 接收端通过相关处理，利用扩频码的良好自相关性与窄带噪声和本地扩频信号不相关的特性，可以降低干扰电平。与此类似，在频域进行码扩处理，也可以对抗时域的瞬时干扰或时间选择性的深衰落。同时，码扩处理将每个符号的能量分到了整个信道的频带内，在接收端可以实现频率分集接收。这样的融合多址设计将结合MCWILL和OFDMA的优点，有效地避开了两者的缺点。具体地说，由于用了OFDMA，它能克服传统CDMA系统在传输宽带数据时由扩展频谱而引起的严重码间干扰（ISI），同时复杂的、非最优性能的多用户联合检测方法将可被分解成多个简单的，高性能的单用户检测。同时由于每个数码（symbol）被扩展到多个有一定间隔的频点，有效地对抗频率选择性衰落和相邻小区干扰，有利于窄带语音和宽带数据的可靠传送以及同频组网。总之，CS-OFDMA具有以下几点技术优势：首先，CS-OFDMA采用了OFDM调制方式，具备所有OFDM的技术优势，除了频率利用率高、信道分配灵活、容易实现外，还有以下显著优点：通过对调制符号的串并转换降低单载波上的符号速率可以增强多径干扰的抵抗能力；根据对各个信道的动态分配来选择符号的承载信道可以抗频率选择性衰落。其次，CS-OFDMA采用了码扩技术，将一个符号进行码扩后再以一个信道为单位进行多载波调制，这样可以将一个符号的的能量分散到整个信道中，在接收时达到频率分集的效果；最后，CS-OFDMA采取的多址方式主要由TDMA与OFDMA组成，MCWILL的使用范围仅在每一个信道中，而信道是给用户的最小单位，这样用户在发射接收信号时，相互之间不会干扰，避开了传统CDMA接入方式的多址干扰问题。2.1.2 增强型智能天线智能天线是一种信号处理技术，它采用阵列天线及时空信号处理技术，充分利用移动用户的空间方位信息来提高移动通信的传输质量、系统容量。传统基站天线将功率辐射至目标用户以外的方向是对功率的浪费，这些其他方向的辐射还将对其他用户造成干扰。智能天线的概念是其辐射模式不固定，而是针对具体的用户与现时辐射条件定制，可以形象理解为天线阵定制了多个波束指向具体的终端。这将提高功率与频谱的利用效率，同时提高了灵敏度、减弱了干扰。由于功率放大器的价格随输出功率的上升而指数增长，信威在基站中使用8只低功率功放取代单只昂贵的大功率功放来获得相同的输出功率，使得基站射频成本极具竞争力。信威智能天线技术已居世界先进水平，通过大幅降低这种复杂数字信号处理技术的成本问题，并解决了在大规模组网运行中的稳定性问题，采用8阵元智能天线技术的MCWILL基站已经在国内外成功部署上万台，在网用户数达数百万。在MCWILL系统智能天线技术的基础上，McWiLL采用增强型零陷等优化方案，进一步提升了系统性能。零陷分为发射零陷和接收零陷两种。如果向某方向发射的信号为零，则称为发射零陷；将零陷对准干扰到达方向，则称为接收零陷。McWiLL智能天线可将无线电的信号导向期望的方向，使天线主波束对准接收用户，同时将零陷对准其他小区用户, 以降低外泄干扰强度；McWiLL智能天线能选择性地接收移动用户信号并删除或抑制干扰信号。如果在某方向探测到一个干扰源，系统就会在此方向产生一个零陷使接收信号质量最佳化。McWiLL的增强型零陷技术大幅提高了系统抗干扰能力，可以抑制比信号最多强20dB的干扰。McWiLL系统的智能天线在检测用户空间方位信息的准确性上，比之前的MCWILL系统更进一步。我们结合电子地图信息和对瞬时空间方位信息的处理,更准确地定出用户的空间方位信息，并利用它真正实现可靠的接力切换。2.1.3 软件无线电软件无线电是近年来随着微电子及计算机技术高速发展而产生的一种新的无线电技术, 相对于传统的基于ASIC的无线技术, 它具有许多优越性。随着大规模集成电路技术的不断进步和芯片处理速度不断提高, 使得在DSP芯片或通用CPU芯片平台上,利用软件来完成以前用ASIC实现的多种数字信号处理功能得以实现。 由于软件所具有的灵活性、廉价等特点, 在软件无线电通信系统中可以实现多种通信协议的兼容, 便于通信技术升级, 同时可以引入多种先进的动态调整技术, 从而大大提高无线通信系统的功能和服务质量, 有利于各种通信新标准的实施和兼容,使无线通信系统实现极大的灵活性和开放性。McWiLL 系统中基站、用户终端的射频收发机与基带电路的接口都是高速A/D 或D/A 变换器，全部基带信号的处理都是在数字信号处理器中用软件完成。基于McWiLL 开发新系统只需进行软件修改，减少设计, 制造和测试时间, 从而使产品更快上市。可以使运营商能更方便和廉价地扩展服务。可以大大减少实现新的通信标准所需时间以及风险, 保护运营商及用户的投资。由于运用软件无线电，信威已快速开发出工作于各种频率的McWiLL产品以及多模终端。2.1.4 快速联合检测McWiLL协议针对为高速移动信道进行优化设计。McWiLL系统采用快速联合检测算法从移动CS-OFDMA信号中提取信息。快速联合检测算法能跟踪信道变化并快速计算相应的符号的承载信道和联合检测矩阵，这样能在获得频率分集增益的同时实现相干检测。因此, 检测算法总能在最优准则下恢复每一时间点上的传输符号, 从而大大提高移动检测性能.2.1.5 自适应调制编码现实中的无线通信环境都是多种多样且随时变化的。为了能在这样的环境下实现数据信号的正确传输，可采用自适应调制方式。自动检测信道质量，通过改变下行信道的调制方式来动态调整传输速率，以适应不同的传输环境和干扰波动。McWiLL系统的动态调制方式分为QPSK、8PSK、QAM16和QAM64。由于信道帧结构引入特殊时隙，信道和噪声估计较准并不需考虑用户间的干扰。根据信道质量进行动态调制可以使系统的吞吐量最优化2.1.6 动态信道分配智能天线技术在抗干扰方面的新突破和MCWILL多址方式使McWiLL系统对相邻小区同频干扰有很强的抵御能力。但是，在某种特殊场合，两个用户的空间特征相差细微，并用相同的频点，这时，我们需要用动态信道分配来重新分配其中一个用户的频点，以避免相邻小区同频干扰。类似于动态调制技术，动态信道分配技术也得益于McWiLL系统的信道帧结构引入特殊时隙，能更准确地估计每个时隙各个频点相邻小区的干扰，大大增加同频组网的可靠性。2.2 McWiLL系统优势2.2.1 高带宽McWiLL基站在5MHz带宽上单扇区容量达到15Mbps，三扇区设置可以提供45Mbps容量。McWiLL系统的普通CPE终端，占用带宽为1M，数据速率可达3Mbps； McWiLL系统的超级CPE终端，占用带宽为5M，数据速率可达12Mbps，可以满足不同行业的各种数据传输需求。McWiLL双工方式为TDD，共有8个时隙，上下行带宽分配比例可以灵活调整，如1:7、2:6、4:4、6:2、7:1等。这样对于行业办公区和家属区的Internet浏览、视频点播、文件下载等以下行流量为主的应用可以调高终端下行带宽（比如2:6），而对于视频监控、数据采集等以上行流量为主的业务可以调高终端上行带宽（比如6:2）。2.2.2 广域覆盖McWiLL宽带无线系统的智能天线技术通过空间波束赋形可有效提高链路预算，从而保证较大的覆盖范围。工作于1800MHz频段的McWiLL基站最大覆盖半径可超过20km。相对于传统的无线接入技术，McWiLL因其覆盖范围大的特性更容易组成城域大网，而不单单局限于热点覆盖，使得用户可在较大的范围内享受宽带。在无线领域内，天线高度和周围区域的环境等因素都决定了基站的覆盖范围和效果，所以具体地区的基站覆盖情况需要根据具体情况来分析和计算。2.2.3 支持大量用户并发用户密集地区对无线通信系统的并发容量提出很高的要求，如电力、油田、城市管网监控系统、水文、气象监测、交通管理、煤矿安全监控等行业的大量数据采集设备也要求通信系统支持大量用户同时在线。McWiLL系统采用了8kbps的细颗粒度带宽分配机制，单扇区支持双向各300个并发信道，可同时支持300个用户的并发业务，对于语音业务，按照1：10的收敛比则可以提供3000个用户，对于数据业务，McWiLL可以支持512kbps的数据终端200个左右。McWiLL无可比拟的大量用户并发能力十分适合大量窄带语音和数据传输的系统容量需求，比如电力抄表、厂区通信等。2.2.4 宽带数据与窄带语音融合任何一个用户都不愿用两个终端，一个传语音，一个送数据。任何一个企业也不愿布设两个通信网，一个语音网一个数据网。语音数据一体化最关键的是系统能同时高效率地支持窄带和宽带业务。McWiLL以其独特的码道设计和无线技术处理解决了宽带无线数据通信基础上的窄带语音通信，实现了二者的完美结合。McWiLL终端产品CPE、MIAD等提供语音和数据两种接口，即实现语音电话业务又实现数据上网业务，可以很好的满足不同行业用户的数据传输和语音调度服务。2.2.5 端到端整体解决方案McWiLL系统是构建在信威公司拥有自主知识产权的无线宽带接入技术和NGN软交换技术之上的新一代宽带无线通信系统。McWiLL系统以无线宽带为接入手段、以IP网络为承载、以软交换核心网为平台，通过提供丰富的终端、灵活的组网和个性化业务定制能力为用户真正提供了能够满足下一代宽带移动通信需求的端到端解决方案。2.2.6 专用频率资源优势作为完全自主知识产权的无线通信技术，McWiLL和MCWILL无线接入技术获得了国家在无线电频率资源分配方面的大力支持，拥有独特的频率优势。目前McWiLL 拥有17851805MHz和406.5409.5MHz两段授权频率。此外，McWiLL还获得国家无委批准的33003400MHz的产品研发频段。2.2.7 绿色环保McWiLL系统通过采用智能天线等专利技术，最大限度地降低了多径干扰，从而有效降低了系统的发射功率。基站最大发射功率仅2W，大大低于其他系统。智能天线的使用使得信号波束仅指向终端方向，其他方向信号非常弱，减少了对人体的辐射。采用多通道的设计，极大的提高了系统的可靠性，在个别通道故障的情况下，系统仍然可以工作。2.2.8 支持同频组网McWiLL支持1*1的同频组网，因其采用了增强零陷、动态信道分配等新技术，使得系统具有良好的抗同频干扰能力。McWiLL单基站需要5M带宽，因此只需要较少的频率资源就可以组建较大规模的网络。2.2.9 自主知识产权McWiLL系统由信威公司自主研发，拥有完整的自主知识产权，可以根据不同行业的用户需求定制开发不同的终端和基站乃至核心网产品，McWiLL提供无线终端模块，可以方便的与行业现有的终端集成，提供McWiLL网络的无线接入，比如McWiLL为行业定制了应急通信车、为民航定制了通信终端等。2.2.10 产品成熟度高MCWILL系统已获得大规模商用，国内外MCWILL网络用户已达数百万人，商用基站数超过1万台。McWiLL是基于成熟的MCWILL技术平台开发的，智能天线、软件无线电等核心技术均已经过了商用考验。McWiLL目前已为中国移动、中国网通等运营商建设了多张商用网络，在网基站数千个，用户超过10万，此外McWiLL还在在电力、油田、水利、军队行业专网中得到应用。在移动宽带无线领域，McWiLL的技术成熟度、商用时间表比其他类似技术（比如WiMAX）提前12年左右。3 McWiLL网络结构3.1 典型网络拓扑图图31 总体网络拓扑图由图3-1可以看出，McWiLL网络分为接入网络层和核心网络层。3.1.1 核心网络层XXMcWiLL网络利用XX已经建设的IP数据网络作为骨干传输链路，构建基于IP网络的语音数据综合业务平台。考虑到投资成本和管理操作的便捷性，建议将老厂区和新厂区建设统一的核心网络，成为统一的接入平台，实现一体化管理。在网络中，McWiLL基站与XX现有办公网络通过IP网络连接，工作人员通过McWiLL终端可以访问为XX现有的办公网络和各个生产自动化系统平台；视频监控平台也可以为XX现有的视频服务平台，提供视频图象的转发存储等服务。核心网络层需新增加的核心网络侧设备包括SAC（Service Access Controller，业务接入控制器）和语音调度业务平台。SAC负责对基站设备和终端设备的管理、维护工作，对用户可以使用的业务进行管理和控制，包括业务的登记、变更、存储，并根据这些业务信息对用户所使用的业务进行控制。业务接入网关与基站之间通过XX的IP专网进行连接。语音调度平台包括语音调度机和语音调度专用终端，负责McWiLL网络所有内部语音终端的语音交换和调度应用。调度机对外可以通过中继网关连接到PSTN或传统PBX电话网络，为系统提供对外呼叫路由；对内可以限制语音终端的呼叫权限，同时定义不同终端或呼叫的路由走向，来实现语音通信。在调度应用中，调度机决定了不同等级和权限的逻辑关系，并维护成员的分组以及实时监测通信状态，随时将调度台发出的指令实施到终端，并反馈执行信息。调度机将所有调度成员按组织结构或作业分工划分到不同的基本组，并根据工作性质的不同严格区分调度等级和权限。在XX信息指挥中心可以部署触摸屏调度台，用于监控所有调度成员的通信状态，调度员能够对各基本组发起广播通知、会议或组呼，用于命令的快速下达；除此之外，在调度工作中可以灵活使用强插、强拆、代接、监听、转接、对讲等业务加强管控。同时在PDA上也可以加载调度台界面，便于调度员移动作业和在现场的指挥调度。调度员借助调度台可以对基本组中的调度成员进行机动重组，根据作业性质的转变或工作岗位的临时变动，在不同基本组中的成员需要加入到一个扩展组中方便调度，调度台可以随时创建这样的扩展组，并创建组呼的触发号码，组内的成员可以根据触发号码发起对扩展组的组呼及对讲，一个成员可以处于多个扩展组中，通过不同的触发号码来区分组呼。调度成员可以使用调度终端参与作业，在固定的地点可以采用CPE外接调度话机或采用MCWILL固定终端的方式，车辆上可以安装车载台，针对不同业务需求配发不同的终端设备，所有终端又能够提供宽带接入，利用手机和CPE终端都可以为电脑提供USB连接端口，用于接入到办公网络或互联网，同时PDA终端则更加灵活，借助宽带网络的接入可以在调度作业的同时实现对其他业务系统的监控和同步操作，为高效的工作奠定了基础。3.1.2 接入网络层接入网络层由基站和终端组成，基站提供RJ45以太网接口，连接XXIP网络交换机，提供基站的接入。基站可以通过VLAN标签完成业务流和网管流的分离，以便于业务的隔离和管理，保证系统的安全性。对于终端的数据传输和视频等服务，终端设备与基站之间建立基于McWiLL网络的无线透明桥接，将数据业务透明传输至IP有线网络；CPE语音和手机语音业务，经由基站和SAC后完成呼叫控制和媒体接续。McWiLL提供多种方式的终端接入，CPE桌面式终端，提供RJ45以太网接口和RJ11电话接口实现数据语音接入；U28实现笔记本电脑上网；手机实现移动语音业务，通过数据线连接电脑也可实现电脑数据上网业务。另外，McWiLL提供MEM模块，模块提供以太网接口和RS-232接口能够将不同传感设备采集的实时数据通过McWiLL无线网络传输至核心监测平台处理。3.2 业务流描述McWiLL网络作为接入层网络，将汇聚所有无线终端的数据业务，通过空中链路透明的承载IP数据，McWiLL基站接入XX现有网络以及业务流的示意图如图3-2所示。图 32 McWiLL业务流程示意图McWiLL基站通过有线方式接入XXIP网络。McWiLL基站最大提供15Mbps的数据吞吐量，每基站要求传输网带宽不低于30Mbps。McWiLL基站支持IEEE802.1Q协议，可以将发送出的数据包标识不同的VLAN ID，经过XXIP网络的二层交换机可以将不同类型的数据业务流路由至相应的核心网设备，实现业务流的隔离，以保证服务质量。McWiLL网络的业务流有三类，数据业务流、语音业务流和视频业务流。3.2.1 数据业务流图中蓝色虚线：数据业务流承载终端的IP数据业务，包括数据采集、物流管理等业务需求，终端通过基站分别连接XX内部办公网络和各个生产自动化系统平台，为工作人员提供各种数据业务；同时可以通过XX内部局域网与INTERNET网络连接，为终端提供PPPoE、DHCP等连接方式访问外部网络。3.2.2 语音业务流图中红色虚线：语音业务流需要在SAC的配合下完成，基站与SAC之间需要建立信令和媒体的连接。语音局内呼叫主要由语音调度机完成局内语音呼叫的交换功能，终端的VoIP语音包通过基站和业务接入网关发送至语音调度机，由语音调度机判断是否为局内呼叫，如果是则在语音调度机完成话音的交换功能，如果不是则通过外部接口出局。语音出局呼叫主要通过语音调度机提供的NO.7/FXO接口与PSTN网络连接，当语音调度机判断终端发送来的VoIP语音包为出局呼叫时，语音调度机将VoIP语音包转换成标准的电路交换格式，通过NO.7/FXO接口完成出局呼叫，出局呼入也是类似的过程。3.2.3 视频监控业务流图中绿色虚线：摄像头通过AV模拟线路连接视频编码器，视频编码器将模拟视频压缩成MPEG4或者H.264格式的IP视频流传送给CPE，CPE与基站之间透明承载IP数据包，将数据包路由至视频服务器解码显示。3.3 网络管理McWiLL宽带无线接入系统的网管功能包含了完整的配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等网管功能。根据管理的对象不同，可以分为数据业务管理和话音业务管理两个部分，话音业务的管理功能仅当采用高效话音解决方案时才需要。数据业务管理实现对无线基站、终端、数据业务开户信息的网管功能管理；话音业务管理实现对SAC、话音业务开户信息等话音业务的管理。4 应用模式介绍针对XX目前的网络状况和业务需求，建设McWiLL网络可以解决集群语音调度、运输过程物流管理、工业过程视频监控、计量等工业过程控制数据采集及传输、电子围栏等安全监控设施数据传输，同时可以作为有线网络的补充，解决如办公自动化、普通无线语音电话等业务需求。实现工业生产信息化管理和生活区无线信息化建设的目标。4.1.1 语音调度图 41 语音调度 通过McWiLL网络，可以给XX提供标准完善的语音集群调度业务，主要包括以下几部分功能：（1）语音调度通过McWiLL系统内的调度机，支持以下语音调度功能：a单呼：用户之间的全双工单呼。b组呼：一个用户与预先约定的小组内多个成员间的呼叫。c广播：调度员对一个或多个组进行广播。d强插强拆：调度员可以插入监视中组呼用户的通话；调度员可以对目前通话的用户进行拆线。e监听：调度员从调度台上根据用户状态选择一个用户，在用户不知情的情况下，指示用户终端打开发射机，监听用户周围的环境信息。f禁话、代接、会议g通播、组播（2）指令调度a调度中心可以给调度终端下达调度指令b调度终端将在LCD屏幕上显示该指令，并用声音、指示灯等提示c现场人员根据实际结果对该指令进行回复（3）可视化调度a通过可视化终端，调度员或是视频话机可以看到监控的现场图象，同时进行双向的语音通话b通过可视话机的数字键可控制监控头的转向和摄像头的焦距c手机、普通电话等都可以与监控设备进行双向的语音通话4.1.2 视频监控图 42 视频监控针对XX日益增长的安全生产需要，视频监控已经成为保障安全生产，提高生产效率，保护国有资产的有力手段。但是传统有线方式的视频监控在很多场合应用并不适合，有线电缆铺设难度大，容易被毁，采用无线方式作为有线方式的补充建设视频监控接入平台是一种高效安全快速的手段。McWiLL终端CPE通过与视频编码器的结合，借助McWiLL网络的高带宽特点可以将高质量的视频图象（D1格式）传输到视频服务器平台，并在视频终端上显示，能够保证重要区域的实时监控，保障安全生产需要。对于区域内的巡逻安检，或者设备巡检则可以将视频监控终端安装在巡逻车内，巡逻车在厂区内巡逻时即可将实时的视频图象传输至监控中心，供监控中心及时了解现场情况。4.1.3 数据采集回传图 43 数据采集回传利用McWiLL网络，可以完成计量等工业过程控制数据采集及传输、电子围栏等安全监控设施数据传输、火灾报警系统数据传输等业务功能。如图所示，McWiLL系统使用专用数据传输模块MEM可提供网口和串口通信与传感器等数据采集终端连接，也可以和数据采集终端进行相关集成，完成相关采集数据的回传工作。根据XX实际情况，每一路数据采集终端数据量大约为几十K左右，使用McWiLL网络完全可以解决相关数据回传的问题，但是考虑到XX生产安全和稳定性，建议对于炼钢、炼铁等关键生产车间仍然采用有线方式实现数据回传等，McWiLL无线网络着重解决决有线易损毁的原料车间等非重点部位的采集数据回传工作。对于电子围栏，由于XX目前已经采用移动GPRS作为电子围栏数据回传通道，可以选用McWiLL终端设备进行备用，或者在GPRS信号覆盖能力达不到的区域采用McWiLL设备进行数据回传的解决。4.1.4 办公自动化图 44 办公自动化McWiLL系统是集宽带数据与窄带语音为一体的移动通信系统，终端设备提供语音接口和数据接口，能够解决办公自动化中不同计算机终端和电话终端的接入问题。 McWiLL 桌面式终端CPE提供一个电话接口和一个网络接口可以供办公室以及家庭使用，实现综合电信业务接入。CPE提供最大1.5Mbps的上下行双向带宽。McWiLL接入终端U28可以通过USB接口与计算机连接提供无线上网，方便工作人员随时随地与办公网络连接。同时McWiLL网络还拥有多种行业PDA终端，可以给工作人员提供无线上网功能。McWiLL以其无线的优势可以方便的根据需要快速部署不同终端，快速开通业务，减少了有线网络的布设成本和建设周期，是XX办公自动化的有利接入手段。5 网络安全5.1 核心网安全特性5.1.1 认证客户端设备（CPE/PCMCIA等）在接入网络时系统对其硬件设备序列号（EID）、从属基站设定、网络编号（Network ID） 进行认证，未开通的客户端设备无法接收无线信息。系统可对客户端设备的设备序列号、用户主机的MAC 地址和IP 地址进行绑定，如果其他计算机连接到该客户端则无法接入网络，防止克隆和服务盗用。系统具有动态访问控制列表特性，能为DHCP 中继提供过滤规则，系统自动将动态获得的IP 地址加入客户端认证IP 列表，如果分组数据的MAC 地址在客户端认证IP列表中找不到，该分组就会被丢弃。McWiLL的认证和源地址确认特性能够有效防止克隆和服务盗用。5.1.2 虚拟网（VLAN ）划分McWiLL 系统支持基于802.1q 的VLAN 功能，将无线宽带网络隔离为不同的虚拟网，增强网络安全性。系统提供VLAN 的终结和透传两种模式：VLAN 终结模式将CPE 划分到不同的虚拟网内，组建企业和集团用户的无线专网；透传模式中不同VLAN 流量能够穿透CPE，通过支持802.1q 的交换机将流量隔离到不同的VLAN 中，实现共用一台CPE 的用户数据隔离到不同专网中。5.1.3 数据加密和鉴别VPN 是在IP网内通过隧道技术建立虚拟专网，保证数据传输安全的技术。如果McWiLL技术对多个不同用户提供无线接入服务，也可以利用VPNS 实现用户数据的加密传输。McWiLL 系统支持主流VPN 技术，可与PPTP、L2TP 等二层隧道技术或IPSec 等三层隧道技术集成为用户构建虚拟专用网络，采用IPSec 等技术提供数据加密和完整性认证，防止明文数据在网络中被截获或窜改。McWiLL技术支持所有主流厂商的VPN 产品，包括VPN 网关和VPN移动客户端。McWiLL 结合VPN 技术能够提供场点场点、客户端场点、客户端到客户端等几种主要虚拟专网的应用模式。场点场点模式是用VPN 网关上连到CPE，建立数据安全传输隧道。客户端场点模式为移动用户提供了安全连接内网的加密隧道。客户端客户端模式在用户之间建立加密私有隧道，保证双方间通信的安全。5.2 空口安全特性5.2.1 空口协议安全性McWiLL技术使用自行设计的无线接口协议SWAP，从物理层、链路层和网络层提供了无线链路和数据的安全性。McWiLL技术采用码扩OFDMA，其中的码扩技术具有扩频通信被公认的安全性。经过扩频后的有用信号的频谱被展宽，其结果是有用信号在单位赫兹频带上的功率大大降低了，其功率甚至远远低于背景噪声的功率，这样用户的信号就淹没在噪声中，很难被截获。McWiLL采用智能天线进行波束赋形，在增大系统覆盖范围和提高频谱利用率的同时，也提供了一定的安全性。由于波束赋形将信号集中向客户端所在方向发射，并且波束持续锁定跟踪客户端，因此在其他方向则不能接收到发往用户信号，大大降低了信号被窃听的几率。5.2.2 独立的安全通道每个客户端以信道独享方式接入McWiLL 网络，在一次进程过程中所使用的码道由此客户端所独享，其他客户端不能占用。根据设置，基站能够拦截所有上行或下行的以太网广播包，提高无线通信的保密性，防止其他网络用户的监听。如果不同用户间是互不信任的，可以隔离各个用户流量，使之不能二层互通，只能与上行口相通。5.3 用户安全特性McWiLL 系统提供基于TCP/IP 的标准接口，可与主流网络安全技术良好集成，构建多层次的无线宽带网络安全体系。5.3.1 用户认证McWiLL技术既可以通过RADIUS 架构为所有网络接入提供集中的AAA(认证、授权和统计)控制，也可以通过各专网用户和设备的本地数据库来进行分散的AAA 控制。客户端可采用PPPOE 或WEB 方式进行用户认证，其中PPPOE 中采用CHAP 认证，用户密码不以明文在网上传输，WEB 认证中用户密码采用HTTPS 加密传送，保证认证信息的安全。5.3.2 用户管理系统安全性为了防止系统受到接入用户的攻击，McWiLL技术禁止客户端与基站通信。根据设置，系统可以禁止客户端与EMS 通信，也可以允许指定客户端与EMS通信以为网络管理员提供便捷的远程管理。通过EMS的设置，基站的ARP 代理功能提供安全的ARP 服务，基站回应来自客户端或网络的ARP 信息，在提供客户端之间以及网络端与客户端之间互通的同时拦截ARP 广播信息，提高了网络安全性。6 网络设备6.1 网络设备6.1.1 SACSAC 是基于 McWiLL 成熟的接入和交换产品平台定制的、面向行业专网的业务接入控制器。SAC 负责完成纯数据业务组网和全业务(话音数据)组网时的接入控制功能，是McWiLL组网必需的设备。图 61 SAC外观图 SAC的主要功能包括：1. 用户业务信息管理功能 对用户可以使用的业务进行管理和控制，包括业务的登记、变更、存储，并根据这些业务信息对用户所使用的业务进行控制。 2. 用户及终端认证和等级管理功能 用户接入网络时对用户的合法性、终端的合法性进行认证，并根据用户等级启动相应的业务提供策略，如优先级、带宽上下限等。 3. 移动性管理以及切换功能 移动性管理是无线通信系统最具特色的特点之一。通过 SAC 对终端位置和状态的管理，使得终端不管处于覆盖区域的任何位置，都可以享受系统所提供的业务。切换功能保证了终端在业务状态下在不同的基站覆盖区域之间移动时，能够保持业务连续不中断。 4. 漫游功能 支持用户在不同的分支机构之间漫游，分支机构之间通话通过内部网络互联，大大降低了通话费用。 5. 提供高效话音(HEV) HEV话音技术可以大幅度提高系统的话音并发量、带宽利用率。 6. 对基站的管理功能 通过SAC 实现对基站的配置管理、故障管理等设备管理功能。SAC的网管功能：SAC的网管采用 B/S架构，通过IE浏览器即可实现对SAC和基站的管理，不需要配置专门的客户端。 SAC的网管功能包括：SAC 的配置管理和 SAC 的故障管理等。6.1.2 调度机调度机是系统的核心设备，负责所有内部手台的语音交换和调度应用。调度机对外可以通过中继网关连接到PSTN或传统PBX电话网络，为系统提供对外呼叫路由；对内可以限制手台的呼叫权限，同时定义不同手台或呼叫的路由走向，来实现语音通信。在调度应用中，调度机决定了不同等级和权限的逻辑关系，并维护成员的分组以及实时监测通信状态，随时将调度台发出的指令实施到终端，并反馈执行信息。图 62 调度机外观图MDS调度机提供开放的API接口，可以将调度作业嵌入到其他办公系统或软件中使用，实现与现有系统的有机结合，方便用户操作。6.1.3 调度台提供专业的17寸触摸屏调度台，支持左右机方式，支持免提扬声。可以进行以下调度操作：呼叫、强插、强拆、代接、监听、禁话、转接、对讲、夜服、热线、组播、会议、广播通知。图 63 调度台外观图监控功能：能够通过图标颜色和文字指示出用户状态：呼叫、振铃、通话；监控中继线路状态；显示通话记录基本业务：拨号呼叫、来电接听、多线路切换、振铃组、轮询组、语音信箱、公共会议室、自动转接、手动转接管理功能：系统管理、分组管理、帐号管理、权限管理、热线管理6.1.4 基站基站主要由两部分组成：基站收发信机（BTS）和无线射频子系统（RFS）。下面分别介绍。 基站收发信机（BTS）图 64 McWiLL基站BTSMcWiLL BTS是电信级，全冗余的网络设备，它采用高度集成设计，可以安装到任何标准19”机柜内，置于室内或室外环境中。它通过10/100Mbps标准以太接口与IP骨干网连接。BTS又分为数字和射频两部分，承担着所有接收、发送和信号处理功能。软件可以通过EMS远程升级。在可用性方面，所有插卡都支持热插拔。McWiLL BTS收发信机完全基于软件无线电技术架构设计的，主要采用G4 PowerPC、 TI TCI100 DSP处理器、FPGA、高速ADC/DAC和模块化的射频单元组成。基带处理平台可以完全满足McWiLL物理层、MAC层、OAM等运算的处理要求，并有足够的MIPS余量用于今后的扩展与重构。McWiLL BTS收发信机主要由以下部分组成：1块基带处理板1块频综板8块射频板1块电源板（今后将与基带处理板合并） 无线射频子系统（RFS）与其他无线方案提供商相比，信威公司的一项突出技术是其对波束赋形技术的低成本实现；波束赋形是信威公司无线宽带接入基站中自适应相控阵智能天线子系统提供的一项发射技术。McWiLL基站射频子系统主要包括：智能天线阵塔顶放大器无源校准电路防雷滤波器等功能模块。射频子系统一般安装在发射塔或高层建筑物的顶层；其外壳使用无源制冷方法同时具有长时间无需维护工作的能力。 天线子系统图 65智能天线外观基站天线为具有专利技术的自适应相控阵智能天线，采用成熟的波束赋形技术。主要分为全向天线和扇区天线，包括了天线阵、无源校准电路、带通低噪声放大器、防雷滤波器等模块；天线一般安装在发射塔或高层建筑物的顶层，其外壳使用无源制冷方法同时具有长时间无需维护工作的能力。图 66智能天线结构6.1.5 直放站产品信威直放站（Repeater）属于异频放大设备，是在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。其工作在BTS和MS之间，为BTS和MS提供一个透明的射频通道。直放站在下行链路中，由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号，通过通带滤波器对带通外的信号进行极好的抑制，将滤波后的信号放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链路中，覆盖区域内的信号以同样的工作方式由 上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基站与手机的信号传递。上、下行收转发工作可以同时完成。图 67 直放站产品图 产品使用直放站产品和干放产品不同，信号源取自空中的无线信号。在相同基站下推荐尽量少使用直放站，不能级联使用。直放站主要用于加强覆盖盲区的信号，是一种低成本覆盖产品。为宏蜂窝基站覆盖区域内造成的大量小面积的盲区提供方便廉价的覆盖手段。 产品特点直放站产品和干放产品不同，信号源取自空中的无线信号。在相同基站下推荐尽量少使用直放站，不能级联使用。直放站主要用于加强覆盖盲区的信号，是一种低成本覆盖产品。为宏蜂窝基站覆盖区域内造成的大量小面积的盲区提供方便廉价的覆盖手段。 技术指标最大输出功率：37dBm最大功耗：-80dBm一个基站下的直放站数：35个满功率直放站工作频率：17851805MHz重量：17kg尺寸：500*383*15 环境要求参 数指 标工作温度（C）-3055存储温度（C）-4085 湿度 095%，非冷凝 大气压力（kpa）86106 防水等级IP55 电源防雷 内置 馈线防雷 外接 防雷级别（KA）206.1.6 干放产品干放产品分为射频和光纤两种规格。单路塔放作为射频干放产品的信号源。不论是射频干放还是光纤干放，输出功率都有2W和5W两种。图 68 光纤干放和射频干放 产品的使用一个单路塔放设计指标可以带并联在一起的8个射频干放，单基站8个射频通道，一共能带60个左右干放，通过合理的规划能够满足大部分建筑物的覆盖需求。对于地铁城铁、超大型建筑如首都机场T3航站