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| 資策會MIC產業分析師鐘國晉 |
新增D2D/群組通訊功能 LTE成公共安全通訊利器
近年來全球暖化、恐怖攻擊、極端氣候等問題頻傳，能提供關鍵任務(Mission Critical)需求之公共安全通訊系統已受到各國政府的重視。
傳統的公共安全通訊標準主要包括美規的Project 25以及歐規的TETRA，這些標準係針對各種緊急應變功能而設計，因此具有可靠性高、支援群組通訊、涵蓋範圍廣等優點。
然而，Project 25或TETRA皆屬於窄頻的公共安全通訊標準，且需要專業人員進行架設的客製化系統，因此對於未經訓練的民眾而言並不容易操作。
為了催生普及化、支援寬頻傳輸的公共安全通訊標準，第三代合作夥伴計劃3GPP (3rd Generation Partnership Project)從Release 11開始，在長期演進技術LTE(Long Term Evolution)商用通訊標準中加入公共安全的規範，使未經訓練的民眾皆能以市售之智慧型手持裝置進行寬頻關鍵任務通訊。
以火災救援為例，為了讓搜救人員能瞭解現場的狀況，需要「即時傳送」火場的圖片給消防單位相關人員。以一張2MB大小的圖片為例，以傳統的TETRA系統需要約14分鐘的傳輸時間，但使用3GPP的LTE通訊系統卻僅需1.5秒，可知LTE的寬頻特性能夠滿足「即時傳送」的目標。
此外，透過LTE通訊系統傳送即時影像資料，相對於傳統的TETRA系統，能夠在低時延的情況下傳輸解析度更高的即時影像，有利於搜救指揮人員更精確瞭解現場狀況，進而有效掌握救援進度。
提高公共安全終端裝置之發射功率
在3GPP所規範的LTE導入頻帶中，Band 14(758~768MHz，788~798MHz)已被美國及加拿大作為公共安全之用。為了擴增上傳訊號的涵蓋面積，並減少基地台的佈建數目，3GPP在制定公共安全通訊的相關標準時，首先考慮終端裝置使用較一般智慧手持裝置更高的發射功率，然而過高的發射功率將會干擾其他終端裝置，因此仍需規範發射功率的上限值。
在3GPP 的Release 11標準中，主要是將終端裝置在Band 14的功率上限規範在31dBm(1.25W)，為一般智慧手持裝置的功率上限23dBm(0.2W)的6倍(一般大型基地台的功率約在40W，相當於46dBm)，如此可將上傳訊號的涵蓋面積擴增為3倍，使基地台的佈建數量能減少66%。
終端裝置間可進行直接通訊
若某區域發生地震、土石流等天然災害，網路基礎設施可能遭受到破壞，使得該區域的基地台無法與核心網路(Core Network)進行連結，因此形成通訊盲區。
若能透過終端裝置間D2D(Device to Device)通訊傳輸，發揮鄰近終端裝置間「守望相助」的功能，將可改善通訊盲區之問題，增進救災效率。
根據3GPP在Release 12之前所制定的標準，終端裝置間的資料傳輸皆依循傳統LTE訊號傳輸路徑，亦即需透過核心網路進行傳送。為達成終端裝置間「守望相助」的功能，3GPP在Release 12開始加入D2D的相關標準，也就是採取鄰近服務ProSe(Proximity Services)的方式，使終端裝置能藉由探索(Discovery)發現其他終端裝置，以便進行終端裝置之間的資料傳輸，而毋需和先前一樣仰賴核心網路。
ProSe包含直接通訊(Direct Communication)模式及區域路由(Locally Routed)模式，其中直接通訊模式允許終端裝置彼此間直接進行資料傳輸，並不需要透過基地台進行資料轉傳的工作；區域路由模式則是指終端裝置之間經由基地台協助資料轉傳，但不需要將資料回傳至核心網路。
直接通訊模式可確保搜救人員或災區民眾，在基地台訊號涵蓋範圍外仍能進行資料傳輸。若終端裝置皆位於某個基地台訊號涵蓋範圍內，則可透過區域路由模式進行資料傳輸。相較於直接通訊模式，在區域路由模式下，由於基地台能作為資料傳輸的橋樑，終端裝置間有較大的通訊範圍；且基地台可扮演各終端裝置間的射頻資源管理者，能有效協調終端裝置間的干擾。因此可知，在不同的使用情境，直接通訊模式及區域路由模式均有其應用之價值與必要性。
此外，若要擴增ProSe的訊號涵蓋範圍，3GPP在Release 13更允許終端裝置作為訊號傳輸的中繼站(Relay)，將基地台或終端裝置之發射訊號的涵蓋範圍做進一步延伸。
藉由群組通訊集結眾人力量
在公共安全的應用中，若要使更多搜救人員能同時瞭解現場的狀況，傳統的公共安全通訊標準必須支援群組通訊(Group Communication)的功能，以「一呼百應」的方式進行一對多的資料傳輸。但3GPP在Release 12之前的標準僅支援用戶間「一呼一應」的通訊模式，為了讓LTE通訊系統也能執行群組通訊的功能，Release 12開始加入群組通訊的相關標準。
LTE的群組通訊是採用單點傳播(Unicast)、群播(Multicast)或廣播(Broadcast)的方式，將特定終端裝置的資料傳輸給群組成員之其他終端裝置。調度台專責群組成員的設定及管理，群組內的終端裝置可使用多種應用服務(如文字、語音、影音、資料傳輸)，並由外部的群組通訊系統應用服務器對各種應用服務進行管理及控制。
如前述，為了擴增群組通訊的有效範圍，3GPP在Release 13在群組通訊標準也加入中繼站的使用，以有效減少群組通訊的盲區。
透過孤立或移動基站確保通訊不斷線
透過孤立或移動基站確保通訊不斷線
當天然災害發生時，可能會發生某區域的基地台無法與核心網路進行連線，但有些基地台本身並無損壞，此時這些功能仍正常的基地台稱為孤立基地台(Isolated Base Station)。
為了使孤立基地台能在無法與核心網路連線時，仍能獨立服務其涵蓋範圍內的使用者，3GPP在Release 13開始加入了Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety(IOPS)的標準，使孤立基地台能以區域路由模式進行服務；抑或是在通訊盲區建置移動基地台，以微波通訊系統當作後置網路(Backhaul)與核心網路溝通，以擔負當地的公共安全通訊服務。
緊急任務語音通話支援群組通訊
2014年6月，日本電信業者NTT DOCOMO已提供藉由LTE通訊系統傳輸語音封包的服務，亦即所謂的LTE語音服務VoLTE(Voice over LTE)，比傳統的網路電話有更高的服務品質QoS (Qualify of Service)。然而，VoLTE也採用「一呼一應」的通訊模式，並不符合緊急任務所需的群組通訊功能。
為使LTE通訊系統也能支援群組通訊的語音通話，3GPP基於Release 12的D2D及群組通訊等相關標準，開始在Release 13制定緊急任務一按通MCPTT(Mission Critical Push to Talk)的標準。
MCPTT使用半雙工(Half-Duplex)的群組通話方式，當使用者在終端裝置按下通話鈕後，群組通話會在短時間內(約5秒內)建立，以符合緊急任務的需求。
此外，率先按下通話鈕的使用者即取得群組通話的發言權(Floor)，且在該使用者的發言期間，群組內的其他使用者僅能傾聽其發言，並且必須等到該使用者鬆開通話鈕後，才能釋出其發言權。
由於MCPTT包含了D2D及群組通訊等相關標準，相較於傳統的Project 25以及TETRA系統而言，其訊號涵蓋範圍能更有效深入通訊盲區，以提升救災群組成員之間的通訊效率。
鄰近服務及群組通訊為公共安全通訊核心
為了能減少通訊盲區，3GPP在標準制訂上透過鄰近服務的方式，在核心網路無法順利連線的情況下，仍有能力進行終端裝置之間的資料傳輸；並搭配群組通訊的模式，使更多搜救人員能掌握現場的狀況。
觀察3GPP在公共安全的相關標準，可發現提高發射功率、採用區域路由模式之孤立基地台等技術，皆是基於減少通訊盲區的範圍所設計，而緊急任務一按通則是根據群組通訊的架構做延伸。
由此可知，3GPP所制定的公共安全技術標準，均聚焦於兩種技術特性：減少通訊盲區及具備群組通訊的功能。相信在未來，3GPP的公共安全技術標準仍將基於上述兩種技術特性，使通訊系統能提供無所不在的高品質群組通訊服務。
R14標準將支援緊急任務影像/資料傳輸
在公共安全的應用中，由於搜救人員需清楚瞭解現場的狀況，因此有緊急任務的影像及資料(如多媒體、檔案等)傳輸需求。
相較於傳統的TETRA系統，LTE通訊系統能夠傳輸低時延、高解析度的即時影像。
由此可知，3GPP在Release 14的標準將關注於緊急任務的影像及資料傳輸，並能支援大規模的群組通訊(5,000個終端裝置)以整合救災資源。
