关键任务群组通信（MCX）技术白皮书

前言 当前，伴随着5G网络在垂直领域的纵深拓展，以及“扬帆”行动升级、加强极端场景应急通信能力建设等政策的相继发布，需进一步加大新业务的拓展力度以及提升公众通信网络应急服务能力，强化极端条件下现场应急通信保障能力。公共安全、轨道交通、电力能源、应急救援等行业关系到人民群众生命财产安全以及社会平稳运行。随着5G专网的发展成熟以及行业应用的普及，更需要采用先进的关键任务群组通信（MCX）网络技术来赋能行业、拓展应急通信特色服务、促进各网络系统间互联互通，完善资源统筹与信息共享。 关键任务群组通信（MCX）技术具备“多接入、多媒体、多模式”等特点，提供完备的QPP机制、异构系统互联、安全可靠等能力，能够解决传统窄带群组通信接入形式单一、传输载体受限等问题，构建高安全、强保障的群组通信体系，面向公共安全、轨道交通等各行业提供全流程的调度和管理能力，是未来群组通信网络的重要发展方向，有望构建智慧互联新生态。 本白皮书首先从技术概述、标准化历程、产业进展三个维度，勾勒关键任务群组通信MCX技术的发展现状与产业生态；随后，深入探讨MCX技术的关键能力，创新构建“1+4+2+N”技术体系；最后，结合典型应用案例实际商用落地效果与需求，对未来技术演进方向进行了展望。希望能够为产业在规划设计MCX相关技术、产品和解决方案时提供参考和指引。本白皮书由中国移动携手海能达、华为、中兴、中兴高达、诺基亚、善理、宝尔爱迪、东方通信、通号、爱立信等众多行业合作伙伴共同编制。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 01 06 16 3.1.应用1：江苏无锡地铁4号线项目3.2.应用2：青岛地铁试点项目1616 概述 1.1 技术概述 关键任务群组通信（Mission Critical Service，MCX）是一种为公共安全、应急救援、工业能源、铁路交通、大型赛事等对通信安全性、可靠性、实时性等要求较高行业提供的通信解决方案。“关键任务”可以理解为当一项任务的失败/中断会危及生命或使重要资产处于危险中时，这项任务即为“关键任务”。其核心目标是在极端环境或高风险场景下，确保多部门、多设备之间的无缝协同与信息高效流转，保障生命安全和关键基础设施稳定运行。 当前主流群组通信技术主要包括窄带数字集群技术和宽带数字集群技术。陆地无线电系统（LandMobile Radio，LMR）涵盖了包括TETRA、Project 25、DMR和PDT等四大主流窄带数字集群技术，广泛应用于构建数字传输的专网系统，支持公共安全和工业领域的群组通信需求： •TETRA：由欧洲电信标准协会（ETSI）在90年代为欧洲PPDR（Public Protection and DisasterRelief，公共保护与救灾）组织开发。由于其可靠性、高弹性和安全性，TETRA技术在关键通信市场上获得广泛认可，已成为全球PPDR组织和多个行业的标准。 •Project 25：由公共安全通信官员协会(APCO)在90年代开发的数字集群系统，简称P25，应用于北美、部分拉美以及澳新等国家，为他们的公共安全机构提供服务。 •DMR:由ETSI制定的2时隙TDMA解决方案，旨在为价格敏感的关键业务型客户提供从传统模拟系统平滑迁移到数字系统的途径。由于其价格优势，DMR在全球设备销量中占据主导地位。 •PDT：PDT是由我国开发的数字通信标准，融合了DMR和TETRA技术优点，最初旨在满足我国警察特定需求。PDT技术具有低运营成本、广泛覆盖和向后兼容等优势。目前，PDT已成为国家标准，在我国的公安、消防救援和应急管理部门广泛采用，并在一些“一带一路”国家得到落地应用。中国当前已建立了全球最大的全国性PDT互联互通和漫游网络。 宽带数字集群技术从3GPP R12 4G LTE开始正式引入，主要包括中国自主制定的B-TrunC（BroadbandTrunking Communication，宽带集群系统），以及3GPP制定的LTE MCX、5G MCX。 •B-TrunC：2013年，B-TrunC由中国通信标准化协会CCSA制定和发布。作为一种宽带数字集群通信系统，B-TrunC依托专用频段能够为行业用户提供高效、可靠、安全的通信解决方案。B-TrunC支持语音、视频、数据等多种业务的无缝融合，能够满足现代行业用户对多媒体通信的多样化需求，广泛应用于公共安全、交通运输、能源、制造业等领域。该技术采用先进的下行共享信道技术，支持点对多点的传输机制，是国际上首个支持点对多点语音通话、点对多点视频通话等应用的宽带集群通信标准；支持动态资源分配和优先级调度，能够在高并发场景下保障关键业务的通信质量；具备较强的网络覆盖能力，支持广域覆盖和深度覆盖；具备高安全性，采用端到端的加密技术和严格的用户鉴权机制；支持网络连续性和稳定性保障，支持多级冗余设计和故障自愈功能。该技术2015年已被国际电信联盟（ITU）采纳为全球标准，其开放的接口和协议也支持与其他通信系统的互联互通，为用户提供了更广泛的集成和应用空间。 •LTE MCX：4G LTE用于关键任务通信相较于之前的集群专网技术具备明显优势，一是覆盖部署方面，4G LTE已在发达国家广泛部署，具备覆盖优势；二是数据传输速率与带宽方面，LTE技术能够提供更高的带宽，支持视频实时传输、高清图像回传、传感器数据高速采集等多媒体关键任务应用；三是生态建设方面，设备制造商、解决方案提供商和应用程序开发人员能够构成更强大的生态圈，利于端到端的发展成熟；四是面向5G演进的未来扩展性，LTE作为4G技术天然具备向5G网络演进的路径，可逐步引入5G超低时延、海量连接以及未来6G等能力，为未来关键任务通信的智能化提供技术基础。 •5G MCX：随着5G技术的发展，移动宽带网络的边界被推向新的水平，5G的强大功能也为关键任务通信带来了新活力。3GPP从2020年逐步开展对5G MCX（下文统称为MCX）技术的研究和标准制定，致力于技术增强研究，让关键任务用户之间合作更高效，提高应急救援业务能力和民众安全感；同时基于AI、自动化等前沿技术，创新性能监控和服务保障能力，优化用户体验。MCX基础功能包括关键任务语音MCPTT、视频MCVideo以及数据MCData，支持灵活的操作模式，能够适应用户和环境的变化： (1) MCPTT：提供一种基于5G的强大集群对讲服务，不仅能够提供即时的语音通信服务，还支持紧急呼叫、离网运行、呼叫组管理、会话保持、位置共享等功能； (2) MCVideo：支持视频点对点通话、视频组呼、视频上拉、视频推动等多种应用场景，为用户提供高品质的视频通信体验； (3) MCData：为关键通信用户提供数据传输服务，支持多种传输方式，包括点对点传输和点对多点传输，并支持文本消息、图片、视频、文件传输等多种数据格式。 1.2 标准化历程 3GPP标准组织自2015年开始，研究制定基于LTE的MCX技术标准，满足行业客户宽带化集群通信需求。3GPP SA6主要负责定义MC业务的应用层协议，承担MCX应用层之上的标准架构和接口定义等。迄今为止，3GPP标准组织已完成Release 12到Release 18版本的MCX标准化制定工作，Release 19正在进行。基于LTE的商用版本在Release 16，基于5G的商用版本在Release 18。技术演进时间轴如图2，每个版本仍在持续演进中。 MCPTT架构于Release13发布，后续版本中逐步增加了MCData、MCVideo、MCX系统互通互联、高速铁路和船舶集群业务协议等功能，Release 12到Release 19的技术标准内容介绍如下： •Release 12制定了基于4G LTE技术的MC系统架构，定义关键任务通信的QCI值； •Release 13制定了集群语音MCPTT标准、基于LTE的IOPS； •Release 14增加集群视频MCVideo、集群数据MCData标准； •Release 15重点完成MCX和窄带集群系统互联互通的标准，多个MC系统间的业务迁移和互通；开始支持铁路集群领域的相关特性，首次引入多讲者和功能号等核心功能的标准化支持；在广播多播应用方面，引入了端侧MBMS API中间件，更好的使能集群数据在eMBMS承载。MCX的基本特性和关键特性在R15基本覆盖，后面演进版本更多的聚焦特性增强、问题修正等； •Release 16除了对增强型群组通信、动态QoS调度等特性进一步优化，还针对关键任务场景中的安全监控与审计需求，系统性的开展了合法监听和日志管理的技术研究工作，为公共安全、铁路运营等场景提供合规性保障与网络行为追溯能力。Release 19基于此技术报告的方案，在标准规范中引入了合法监听和日志管理； •Release 17重点开启5G MCX标准的制定。由于在Release 13首版本架构设计时，MCX采取了应用层业务与网络承载传输解耦的设计，因此原有的应用层标准在迁移到5G网络时，仅需对接5G核心网新接口，包括N5（策略控制）、Nmb2（群组管理）、N6（用户面传输）、Nudm、GC1，具体迁移对接关系见表2。但在Release 17仅完成了技术报告，未引入标准支持。此外，还制定了基于LTE IOPS的应用层MC IOPS标准； •Release 18全面完成5G MCX标准； •Release 19继续针对SA1的需求对标准进行完善和增强，并启动制定MCX一致性测试规范和MCX Server测试规范。 3GPP通过持续完善包括5MBS、D2D通信、NTN集成等在内的技术标准，预计在2030年能够完成窄带集群通信向宽带集群通信的整体演进或迁移。 1.3 产业进展 1.3.1 国际产业现状 1.3.1.1 国际应用情况 随着MCPTT/Data/Vedio、HPUE和其他关键通信能力的逐步商用，在实时视频、高分辨率图像、多媒体消息传递、位置服务等需求方面，LTE和5G的网络能力越来越被认可。当前，在公共安全领域已有MCX网络的成功应用，包括北美的FirstNet和韩国的灾难安全通信网，其他多国家也在逐步尝试落地中，具体应用情况如下： •北美依托强大的基础设施建设，对公共安全进行了大量投资，建设了覆盖全美的FirstNet国家级公共安全专用宽带网络。FirstNet基于3GPP标准构建，专为应急通信设计，核心频段为700MHz。其底层采用LTE/5G蜂窝技术，通过标准化协议、动态资源调度与多层级安全设计，形成的端到端的公共安全通信解决方案。FirstNet网络应用效果明显，在飓风“艾达”等重大灾害中，相关数据显示应急团队响应速度提升40%，跨部门协作失误率降低25%。 •亚太地区也呈现快速发展趋势，韩国已建成覆盖全国的灾难安全通信网，中国、东盟国家也逐步开始部署MCX项目，如中国江苏无锡地铁4号线项目，印尼警察MCX关键任务项目等。其中，韩国的灾难安全通信网2017年启动，2020年投入使用。该网络基于700MHz频段LTE技术，为消防、警察、医疗等应急部门设计，该系统已有效提升台风、山火等灾害的应急响应效率，并逐步与5G MCX融合。 •欧洲地区致力于MCX标准化工作，目前正在建立泛欧洲的公共安全网络，解决MCX跨系统、跨网络及跨国境大规模组网、互操作的问题。备受关注的是英国主导的ESN（Emergency ServicesNetwork）项目，该项目旨在替代老旧的AirTetra模拟网络，为警察、消防、急救等应急部门提供基于LTE/5G的MCX。ESN项目2015年启动，计划覆盖全境，但目前面临基站覆盖不足、终端适配延迟等挑战，导致项目多次延期，当前还未投入应用。此外已成立国家级项目且还在不断推进的包括芬兰VIRVE 2.0、瑞典Rakel G2、法国RRF（Réseau Radio du Futur）、意大利公共安全LTE服务、德国BOS