350M集群通信系统

350M集群通信系统概述
集群通信业务是指利用具有信道共用和动态分配等技术特点的集群通信系统组成的集群通信共网，为多个部门、单位等集团用户提供的专用指挥调度等通信业务。

集群通信系统，是一种高级移动调度系统，代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向。

它是按照动态信道指配的方式实现多用户共享多信道的无线电移动通信系统。

该系统一般由终端设备、基站和中心控制站等组成，具有调度、群呼、优先呼、虚拟专用网、漫游等功能。

集群通信系统的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

模拟集群通信与数字集群通信
模拟集群通信采用模拟话音进行通信，整个系统内没有数字制技术，后来为了使通信连接更为可靠，不少集群通信系统供应商采用了数字信令，使集群通信系统的用户连接比较可靠、联通的速度有所提高，而且系统功能也相应增多。

数字集群通信网是二十世纪末兴起的新型移动通信系统，它除了具备公众移动通信网（GSM、CDMA）所能提供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编控，是集对讲机、GSM、CDMA和图像传输于一体的智能化通信网。

数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能，而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯，保密性高，功能丰富，真正全面实现了通讯的智能化。

另外，经调研80%通话来自于团队内部的工作联络，数字集群由于其内部矛盾通话成本极低，从而大大降低了团队的通信开支，在强调社会管理成本控制和企业成本核算的今天，数字集群通信网特别适合中国国情，能为使用者带来明显的经济效益。

数字集群通信网主要应用于政府管理部门、工商企业、公安、铁路、交通、水利、能源、工商、税务、证券等企业内部联络和指挥控制。

同时，某些专业人士对它也有极大的需求。

无论大型演习或是防讯抗洪斗争，有了全通网，调动千军万马从此无需千呼万唤；警察执勤巡
逻，可以利用手机即时与其专用数据中心查证，伪造证照立马现形。

数字集群通信系统因其先进的技术特点满足了众多专业用户无法在传统通信业务中解决的需求，发展空间广阔。

由于公众移动网技术原理和硬件原因，第二代公众移动网（GSM）无法具备群体调度功能，在第三代公众网（CDMA）和第四代公众网的标准中也无法包括组呼、群呼等等集群通讯特有的功能，所以在可预见的若干年内公众移动通讯不可能替代数字集群网，两者互为补充。

集群通信系统技术比较
综上所述， PDT多基站在同频呼叫系统可以灵活组网，方便快捷。

根据网户不同需求和现场实际情况，可随时随地、采取不同方式进行快速组网，为无线应急通信提供强有力的保障手段。

为此，不管是采用何种通信系统，正常通信都是可以完全能够保证。

关键是在发生极端应急情况下，无线通信系统是否能够发挥作用才是真正的无线通信应急专网系统。

公安的无线通信系统就需要平时能够畴的出，关键时刻叫的上，具有中国好声音的应急无线通信保障系统。

PDT 多基站同频呼叫无线通信系统为应急通信保障在技术上提供了正能量出于信息安全方面的考虑,公安部一直在致力于拥有自主专利技术的专网数字集群标准的制定推进,2010年4月20日,公安部信息通信局在京公布了中国警用数字集群新标准PDT(Police Digital Trunking),该标准由海能达作为中国PDT联盟总体组组长单位带领联盟成员制定,具有自主知识产权
MPT-1327信令，是专用陆地集群移动通信信令标准，定义了系统控制器（TSC）和移动终端（RU）之间的空间信令规则，采用专用的控制信道传输信令；该信令可以应用于大小不同规模的集群系统；该信令定义了丰富的用户和系统功能，用户可以根据使用需求实现其中的部分功能，并预留将来扩充功能的余地；该信令只规定了空间信令规则，对系统如何实现信令没有强制性的规定，因此具有较大的灵活性。

1998年11月，公安部在MPT-1327基础上定义了编队方式、动态重组、遥毙复活等功能，统一规划公安350兆频率，颁布了警用集群系统标准《公安移动通信网警用自动级规范》(GA176-1998)。

至此，模拟集群开始在中国公安市场推广应用。

PDT(Police Digital Trunking)是由公安部主导，联合国内主要集群通信系统厂商制订的适合中国公安系统的警用数字集群标准。

PDT数字集群通信标准吸收了国际上专业数字无线通信标准Tetra、P25和DMR的优点，并结合目前国内公安行业大量使用的350MHz警用集群通信系统的使用习惯，推出的中国完全拥有自主知识产权的一种全新的数字集群通信体制。

该标准采用TDMA时分多址方式，4FSK调制方式，大区制覆盖，全数字语音编码和信道编码，具备灵活的组网能力和数字加密能力;拥有开放的互联协议，能够实现不同厂家系统之间的互联和与MPT-1327模拟集群通信系统的互联。

2011年10月公安部科技信息化局印发了《警用数字集群(PDT)通信系统总体技术规范(试行)》，规范中提到数字通信具有大区制、广覆盖、可从模拟向数字平滑过渡、采用国产密码算法加密、拥有自主知识产品等特点和优势，解决公安无线通信的加密问题，满足国家不同地区公安无线通信的数字化需求，推动全国公安机关无线通信数字化建设。

2013年3月公安部正式发布行业标准《警用数字集群(PDT)通信系统总体技术规范》、《警用数字集群(PDT)通信系统空中接口物理层及数据链路层技术规范》、《警用数字集群(PDT)通信系统空中接口呼叫控制层技术规范》、《警用数字集群(PDT)通信系统安全技术规范》，PDT 系列标准的发布标志着公共安全部门已经全面开始推动专网无线指挥调度系统的数字化。

PDT与MPT-1327技术体制比较
通常人们习惯地按照覆盖区半径大小、服务区的几何形状来对系统的网络结构分类。

按照覆盖区半径的大小，分成大区网、中区网、小区网；按照服务区的几何形状，分成框状网、带状网、蜂房状网等等。

根据国内外各种资料来看，集群通信系统的网络结构有下列四种方式：
单区、单点、单中心网络(图1．1)；单区、多点、单中心网络(图1．2)；多区、多中心网络(图1．3)；多区、多层次、多中心网络(图1．4)。

这里所谓“中心”是指具有控制、交换功能的通信中心，它同时具有与市内电话网联接的功能；所谓“点”是指具有无线电信号收发功能的基地站。

下面详细介绍一下实际应用最多的类型。

1．单区、多点、单中心网络如图1．2所示，它由一个控制中心、多个基站、有线或无线调度台及网中若干移动台组成。

这种网络适用于一个地区内、多个部门共同使用的集群移动通信系统，可实现各部门用户通信，自成系统而网内的频率资源共享。

在这整个服务区域内设立了一个控制中心和多个基站(一个基站可以设多部基台、也可设一部基台)。

多个基站区组合形成整个服务区。

各基站可通过无线或有线传输电路连接到控制中心。

控制中心通过中继线或用户线与市话端局或用户小交换机连接。

有线调度台通过有线传输电路与控制中心直接相连。

在这种网络的设计和设备配置的考虑中应采取多点设址。

因各专业部门的业务需要不同，应按需设置基站，从而满足各专业部门的业务。

对于早先已建成并各自独立使用频率、独立工作的专用网络，可方便地改造成频率资源共享的集群移动通信网。

这一点充分证实了集群的优点，即充分利用原有设施，减少投资同时满足各自需要，实现了高效益。

当上述网络中基站只有一个时，网络就简化成图1．1所示的单区、单中心网络。

它同样是由控制中心、基站、有线或无线调度台以及若干移动台组成。

基站和控制中心可设在同一地点，也可分别设在不同地点，两者之间同样可通过无线或有线传输电路连接。

通过用户线或中继线，同样也可以实现控制中心与用户小交换机或市话端局的连接。

2．多区、多中心、多层次网络如图1．3及图1．4所示，由区域控制中心、多个控制中心、多基站组成而形成整个服务区。

可以看出，图1．3各控制中心通过有线或无线传输电路连接至区域控制中心，即形成了图1．4所示的网络结构。

各控制中心将受到上一级的区域控制中心控制及管理。

控制中心主要处理所管辖基站区内和越区至本基站区内移动用户的业务。

至于越区用户识别码的登记、控制频道分配、有线或无线用户寻找越区用户的业务，换言之，即位置登记、转移呼叫、越区频道转移的漫游业务，将区域控制中心处理。

这样就形成了二级管理的区域网。

根据业务需要，还可以设立更高级的管理中心，将其与区域中心相连接，也可以通过有线或无线传输通道，处理各下区域间用户登记、呼叫建立、控制管理，从而对区域控制中心进行控制、管理以及监控。

单基站单控制中心网络结构图如下图所示：
350M数字集群通信系统基本设备与组成
350M数字集群通信系统是利用350MHz附近的无线电波，架设的集群通信系统，一般用于警用系统。

350兆警用集群通信系统自90年代初服务于公安部门以来，在各项重大保卫工作、抢险救灾以及日常警务活动中发挥了巨大的效能。

其指挥调度的快速灵活性是任何公网移动通信系统无法比拟的，这一点在实践中已得到充分证明。

公安部门的无线通信在八十年代末，九十年代初期基本以常规通信方式为主，随着MPT1327 信令体制的集群系统的成熟，九十年代中期各地开始了大规模的集群系统建设。

目前在经济较发达的东部地区，警用集群系统基本上覆盖了地市以上的行政地区，在西部的广大地区集群系统仍有70%以上的地市为空白。

目前，各地所使用的集群对讲机系统均为MPT1327信令体制的集群系统，并且绝大多数系统是遵循公安部制定的行业标准《GA176－1998》建设的，早期建设的一些集群系统也在逐步地向该标准改进或升级。

警用集群系统的建设在近几年内还是要以模拟集群系统为主。

因为：首先，模拟集群系统已经历了十多年的应用、磨合和改进，其使用功能应该说比目前的数字集群系统完善；其次，模拟集群系统早就实现了国产化，因此其价格是广大公安部门所能接受的，由于模拟集群系统的覆盖范围要比数字集群系统大，所以在同一个城市获得同样的覆盖范围，模拟集群对讲机系统的价格优势非常明显；再者数字集群系统主要是解决频率拥挤的问题，国家将350兆到370兆这一频段专门划为警用无线通信使用，共有160对双频点
供集群系统使用，还预留了40对双频点，这些频点通过合理的复用规划完全可以满足绝大多数公安部门在今后几年中的使用。

当然数字集群系统的应用是电子通信技术发展的必然趋势，只是目前和今后几年中还不适合在公安部门中推广使用。

为达到这种通信目的，将中心基地站和用户终端结合在一起，再加上连接它们的有线通道和无线通道，就组成了一个移动通信网。

(1)基站它由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。

天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。

天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。

(2)移动台用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。

(3)调度台它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成。

有线调度台只有操作台。

(4)控制中心控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。

它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。

如下图所示。

考虑到无线通信的重要性，集群系统设备具有极强的故障弱化能力。

集群基站采用分散控制设计思想，关键设备出现故障时，仍然能集群模式工作（电源、天馈系统除外）。

在系统中每个信道机都配置了独立、专用的信道控制器，所有业务信道都可以作为控制信道的备份，因此当系统发生故障控制信道不能工作时，系统的其他业务信道按照系统的设计程序可以自动转变为控制信道进行工作。

系统中所有信道既可以作为控制信道工作，又可以作为业务信道工作，系统应具有极高的容错能力。

新系统具有极强的扩展能力，系统为模块化结构设计，并留有扩容接口可根据需要增加信道数或链接分基站。

基站子系统：（即基站）
基站子系统（BSS）又称基站设备，它是GSM系统的重要组成部分。

基站子系统主要包括：（1）基站收发信台（BTS）、（2）基站控制器（BSC）、（3）码变换和速率适配器（XCDR）、（4）无线操作维护中心（OMC_R）。

其中BTS主要完成收发功能，BSC负责控制功能，XCDR主要完成数据编码，而OMC_R则负责用户操作和维护功能。

基站控制器（Base Station Controller）：
是基站子系统的控制和管理部分，位于MSC和BTS之间，负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与BTS无线连接的建立、持续和拆除等管理，目前国内主要有GSM和CDMA两类基站。

基站控制器的逻辑组成单元包括，操作维护单元（OMU）、接入单元（AU）、处理单元（PU）、交换单
元（SU）、外围设备监控单元（PMU）。

其位置与作用如下图所示：
时分交换机：
时分交换机是把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换。

时分交换的关键在于时隙位置的交换，而此交换是由主叫拨号所控制的。

为了实现时隙交换，必须设置话音存储器。

在抽样周期内有n个时隙分别存入n 个存储器单元中，输入按时隙顺序存入。

若输出端是按特定的次序读出，这就可以改变了时隙的次序，实现时隙交换。

移动台
用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。

调度台
是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成。

有线调度台只有操作台。

信道机
信道机(radio system transeeiver)在无线电通信系统中，将群路基带信号转变成射频信号的发射机和从天馈线系统接收射频信号并复原为群路基带信号
的组合设备。

信道机中的接收机通常都采用外差原理，而发射机可采用外差式和直接调制(无中频)射频的方式。

公安集群通信网建设的需求
公安集群通信网建设的需求主要有以下三个方面：
第一，集群网络的组网方式；
集群网络的组网方式主要包含用户拟配备的移动终端的数量、基站的数量、各基站的信道数量、各基站的位置选择、各基站天线的架设高度以及各基站与交换控制中心的连接方式等。

移动终端的数量直接决定了基站的信道数量，表一是单基站集群系统信道数量与所带的移动终端数量的对照表。

该表是根据经验公式A＝M.AA计算得出的。

A为系统的总话务量，由系统的信道数量及呼损概率决定，调度呼叫的呼损概率通常取10%，由这两个指标通过查爱尔兰C表可得出系统的总话务量；M为系统移动用户终端的数量；AA为移动用户终端的平均话务量，通常取0.008Erl，它的含义是用户平均占用信道时长为28秒，平均每小时呼叫1次。

表一：
基站的数量主要取决于用户所在城市的地理环境以及所需覆盖的范围。

一般大中城市因为高楼大厦较多，电磁环境又不太好，所以我们可以取工程的经验值即手持机的覆盖半径约为10公里左右。

如果要求集群系统的服务半径大于10
公里，那么通常需要架设多个基站。

基站位置的选择主要考虑所选位置的电磁环境是否满足要求，机房条件是否满足要求，是否具备足够高度的铁塔等因素。

因为目前很多公安部门由于受经济条件的制约，不具备基础设施的建设能力，选择具备安装条件的地方作为基站不失为一个好方案。

集群系统属于大区制的无线通信系统，无线的架设高度直接影响到系统的覆盖距离，表二给出了基站天线架设高度与基站覆盖距离预测的经验值。

该覆盖预测的计算是以移动通信工程电波传播的理论及电波传播损耗的工程经验公式为依据，该预测表适合于地形相对平坦的地区，如平坦地形的城市郊区，不适用于具有很多高大建筑物的城区内。

表二：
各基站与交换控制中心的连接方式通常有光纤和微波两种方式，如果基站站址选在城区，并具备光缆的地方最好采用光纤连接。

如果基站站址选在山上，也不具备光缆的地方可采用微波设备连接。

无论是光纤还是微波最终都要将E1接口转换为基站连接所需的模拟中继接口。

如果条件允许，最好全部采用光纤连接，光纤中继设备运行稳定，基本上不需要维护，而微波设备会受到天气（如雨衰）和电磁环境的影响，所以采用光纤的好处不言而喻。

第二，集群网络可实现的调度及故障弱化功能；
公安部的部颁警用集群系统标准《GA176-1998》已经详尽地规定了集群系统的调度功能，但是随着用户需求的不断提高，又提出了一些新的功能，这里简单阐述一下。

话音呼叫调度功能，话音呼叫的调度功能主要用到的有单呼、组呼、队呼、全呼、紧急呼、转移呼、包容呼、遇忙排队自动回叫等。

其中组呼是最主要的调度呼叫，临时编组呼和开放编组呼是在大型保卫活动中经常要用到的组呼。

随着多基站系统的产生和多系统的联网，要求系统能实现跨多个基站和跨多个系统的组呼，能否实现跨多个基站和跨多个系统的组呼是体现一套集群系统技术先进性的重要指标，另外集群系统的最突出优势是呼叫接续建立的时间要短，目前跨多个系统的组呼呼叫接续时间可以做到700毫秒以内。

系统的网络调度功能，计算机网络技术已经广泛地应用于各个领域，集群通信系统也不例外，集群系统单一的PC终端的管理模式已经不适合金盾工程的总
体需求。

110联动指挥中心网络的建立是"科技强警"的一个重要组成部分，350兆集群系统作为该网络的一个重要分支，要求其必须采用具备网络结构的管理系统，通过网络接口以TCP／IP协议接入110联动指挥中心的网络平台，110联动指挥中心就可以实现对系统的远程指挥调度和远程监视，同时也方便用户或厂商对集群系统进行远程维护管理。

举一个简单的实际案例大家就可以明白集群系统采用网络调度的重要性。

有群众拨打110电话报警，该人的报警位置可以通过电信部门提供数据显示在110调度人员的调度终端上，调度人员通过鼠标点击报警位置，周围的巡逻车就可以显现出来，再点击最近的一辆空闲的巡逻车就可以实现报警人、调度人、巡逻人的三方通话。

其中呼叫巡逻人员就是通过网络接口发起的调度呼叫。

集群系统的故障弱化功能，集群系统的故障弱化功能可以从网络的拓补结构及网络的软件设计两方面讨论。

集群系统通常有集中控制和分部控制两种结构，每种结构各有千秋。

集中控制系统在接续时间方面占有绝对优势，分部控制系统各基站的工作不受交换控制中心及中继链路的影响。

如果集群系统的拓补结构能够将两者结合起来，那么才是一个完美的系统。

采用集中控制与分部控制相结合的网络拓补结构也是实现市、县集群系统联网的重要手段之一。

在软件设计方面可以采用信令信道定时切换技术或遇故障切换的技术保障信令信道的正常工作，还可以通过检测接收机受干扰的情况以及发射机发射的功率正常与否来自动关闭故障信道等等。

一般集群系统都能做到：有线接口故障不影响无线用户间的通话，话音交换单元故障不影响本基站无线用户的通话，控制中心或链路故障不影响分基站的工作或分基站弱化为常规通信方式。

第三，集群网络可提供的增值区务。

集群网络建设完成后，如果只能提供本网络单纯的话音服务，并不能发挥出其应有的作用。

这里从系统联网、移动数据传输、集群系统与常规系统互联几个方面讨论集群系统的增值服务。

系统联网，每个集群系统的服务范围是有限的，一般只限于本地使用，然而随着经济、交通、信息技术的高速发展，警务活动的范围已经不能局限于某一个地域，如一辆警车行驶在高速公路上，几分钟就可能离开自已所属的辖区或基站的覆盖范围。

如果对讲机能将某一地区或省的集群系统联网，那么移动终端的使
用范围将成倍地扩大，极大地方便警员外出执行任务。

系统联网主要是将不同系统的话音连接起来以及移动用户终端的位置信息及时更新。

金盾工程实施几年来，各省的公安专用数据通信网基本上都建立起来了，主要有两种形式，一种是传输网，一种是IP数据网，无论哪种网络，最终都能实现语音、数据、图像的三网合一。

公安专用数据通信网的建立为集群系统的联网提供了物理基础通道。

我们可以在省厅设立一个全省的集群系统话音汇接交换中心，通过专用数据网提供的话音通道将各分系统的话音会接到省厅。

通过专用数据网提供的数据接口，将各分系统的网管系统组成一个专用的局域网络来自动更新用户的位置登记信息和
跨系统的呼叫信息。

移动数据传输，移动数据查询是当前警务活动不可缺少的重要组成部分，工作在一线的警员经常要实时查询如车牌号、驾驶证、常住人口、暂住人口、犯罪嫌疑人资料等信息。

这些信息的查询可以充分利用350兆集群系统提供的空中传输通道，不需要对系统及终端设备作任何改动，只是在移动终端上增加一个微型调制解调器和掌上电脑，用户数据库增加一个无线网关接口即可。

现已投入使用的移动数传系统速率为1200bit/s，查询一条200字的信息大约需要8秒钟时间。

借助于350兆集群系统进行移动数据传输的最大好处是节省资金、组网快速、查询方便、实用性强。

该方式完全可以胜任2K字节以下的移动数据传输。

技术发展永无止境，更先进的调制解调技术可能会提高数据传输的速率，但我们还要衡量其性价比如何。

很多地方目前还在大量地使用常规通信设备，150兆、350兆、450兆频段
都有，我们可以在这些常规转信台上增加集群的接口控制设备，赋予集群接口设备一个集群ID号码和几个参与组号码。

集群接口设备将常规终端发出的DTMF
呼叫信号转成MPT1327格式的信令转发向集群系统，就可以实现常规终端呼叫集群终端。

集群终端通过呼叫集群接口设备的ID号码就可以实现集群终端呼叫常规终端。

图二给出了不同频段的常规系统与集群系统的互联示意图，从图中可以看出集群终端可以调度任何一部常规终端，常规终端之间也可以通过集群系统实现互通。