数字集群通信系统论文

数字集群通信系统的探讨【摘要】集群通信是实现移动中指挥调度通信最有效地手段之一，也是应急通信最重要的通信方式之一，本文简要介绍了公众移动通信和数字集群通信的区别，阐述了数字集群系统所支持的业务和功能，对目前主要数字集群系统从不同角度进行分析，最后展望了国内数字集群通信发展的方向。

【关键词】公众移动通信;数字集群通信;tetra;iden;gota;gt8000.引言数字集群通信系统是一种采用先进的数字技术、数字信令方式、语音数字编码技术和先进的调制解调技术的专业移动通信系统。

数字集群通信系统集多功能于一体，在技术上和系统容量上能够满足大型共网的建设要求，系统可提供指挥调度、电话互联、数据传输、短消息收发、定位服务等多种业务。

基于应对“911、sars”等突发事件和确保重大活动的成功运作需要，在国家与重要城市政府部门直接支持下，作为电子政务重要环节的“社会与城市应急联动系统”的规划与实施也已成为热点，其中数字集群将成为应急联动系统无线平台的重要支撑。

1.公众移动通信取代不了数字集群通信近20年来，我国的公众移动通信技术得到了突飞猛进的发展，相比之下，集群通信的发展比较缓慢，有人肯定认为既然公众移动通信发展的这样好，干嘛还要发展集群通信了，所以有必要在科学分析的基础上对数字集群通信和公众移动通信有一个明确的认识和清楚的界定，以利于两者的协调发展。

数字集群和公众移动通信虽同属移动通信范畴，但却有本质的区别，具体在以下几个方面：1.1在目标用户群方面数字集群的目标用户群是以团体为单位，团体中的个体用户往往在工作上具有一定的联系，具有最紧密工作关系的个体之间以组的形式出现，有关联的小组之间又形成了队，根据工作性质和重要程度的不同，群组内部用户之间、群组之间乃至业务之间分为不同的优先等级；公众移动通信的目标用户群是以个体用户为单位的，以“一对一”双工电话通信为主，通话对象随机性，系统内部用户之间是平等的，不区分优先级。

数字集群是一种提高工作效率的生产工具，适合诸如公共安全、交通运输、社会联动等行业或部门，以及抢险救灾、处理各种突发事件等场景的调度指挥通信，是保障社会稳定、确保安全生产、提高工作效率、降低事故损失的重要手段，就数字集群的作用而言，具有社会效益和经济效益的双重性。

而公众移动通信是人们方便日常联络沟通，提高生活品质的手段之一，虽然在提高工作效率等方面也具有一定的促进作用，但就其本身性质而言，没有被赋予明确的社会责任，因此，更趋向于追求经济效益。

1.2在业务特征方面数字集群的最主要的业务特征是“一呼百应”的群组呼叫，个体用户或群组之间分为不同的等级，表现为占有通信资源和通话主导权的优先级别不同。

通信作业一般以群组为单位，以调度台管理为特征。

一般情况下被叫用户无权拒绝主叫用户的通信要求；公众移动通信的主要业务特征是“一对一”的个体之间的通信，个体用户之间是平等的，被叫用户有权拒绝主叫用户的呼叫请求。

即便在通信资源紧张的情况下，任何用户也无权中断其他用户的通信强行占用通信资源。

1.3在组网模式方面公众移动通信的组网原则比较单一，即通过实现预测和事后统计观察根据业务量和用户地理分布特点进行网络组织，一般在人口稠密和业务量的的城市地区先行建设，随后根据用户发展情况逐步扩展，具有一定的“经济效益”性；而数字集群的组网原则比较复杂，需要根据用户的工作区域进行组网，而不是根据业务量的大小决定组网的先后顺序，也不能因为业务量小而降低网络性能。

1.4在系统性能要求方面由于数字集群使用对象和使用性质的要求，决定了在系统安全性、可靠性、通信接续时间、通信延时等方面较公众移动通信都有更高的要求。

系统故障对于公众移动通信系统来讲最多是经济上的损失，而对于集群通信还要承担社会责任。

1.5在系统功能方面数字集群的基本功能包括组呼、全呼、广播呼、私密呼以及电话互连呼叫等。

对于特殊用户还需要提供双向鉴权、空中加密、端到端加密等功能，这些功能是作为一个真正的数字集群通信系统所必需具备的，否则无法满足现场实际工作的需要，而公众移动通信系统功能则没有这方面的特殊要求。

1.6在终端要求方面公众移动通信终端除一般的功能、性能要求外，主要追求外观的精美、小巧等，而且主要是手持终端，即通常所说的手机；而数字集群的终端除功能、性能的一般性要求外，从外观上，为适应现场工作环境的需要，还要具备三防功能（防水、防尘、防震），需要带有外部扬声器，电池容量要求较大，要带有ptt呼叫键和紧急按钮，有时还需要根据特殊部门特殊需要提供专用终端或专用配件，另外数字集群中的调度通信终端是必不可少的，它是部门内部统一调度指挥得以实现的关键，调度终端的界面系统需要根据不同部门的不同组织结构和工作流程分别开发。

1.7在运营管理方面公众移动通信是由运营商统一进行网络建设、运营维护和日常用户管理，每一个用户需要新增或减少什么样的业务都要经过运营商的认可并由运营商操作实施，用户自己不能自行更改。

而数字集群中要求具备用户（指团体用户）自行管理的能力，除一般的小型企业外，大多数行业和集团用户都有这种要求，因此，特别强调强大的vpn功能，利用vpn功能，用户通过远程操作维护终端，在应用层面上自行管理本单位的用户，包括用户分组、用户业务权限、优先级甚至用户的开通和停用，还包括用户签约信息等。

当然，用户只能管理和操作本部门下属的用户，而且用户权限是在运营商事先授权的范围内。

2.数字集群通信系统所支持的业务与功能2.1业务按照通常的业务划分、数字集群通信系统所能提供的业务类型包括电信业务、承载业务和补充业务。

电信业务是指为用户之间的通信提供完整通信能力（包括终端设备的功能）的业务，它包括调度语音业务，包括：单呼、组呼、广播呼叫。

承载业务是指在用户—网络接口之间提供信号传送能力（不包括终端设备功能）的业务，它包含了电路型数据业务和分组型数据业务；电信业务和承载业务一起称为基本业务。

补充业务是对基本业务加以修改或补充的业务。

2.2数字集群通信系统支持以下功能要求（1）呼叫处理。

（2）移动性管理。

（3）鉴权认证。

（4）加密。

（5）故障弱化。

（6）虚拟专网。

（7）直通工作方式。

3.国内四种数字集群的比较国内目前有四种数字集群：tetra、iden、gota、gt800，简介如下：3.1关于tetra标准tetra是一种既可用于pmr（专用集群系统）又可用于pamr（共用集群系统）的全新开放式数字集群标准，它是由欧洲通信标准委员会etsi于1990年提出，1995年正式确定，1997年开始全面推广，并在欧洲成立了一个tetramou（谅解备忘录）共有64个成员，世界上一些著名厂商都参加了此组织，该系统基于tdma技术，提供包括集群、非集群和直通模式通信的一系列服务，集双向无线电对讲机、移动电话、字符报文传送和数据等功能于一身。

tetra标准对无线网络结构的形式未做限制，仅定义了一组网络组成模块间的接口，这就使得tetra系统网络结构简单，规模可大可小。

tetra网络的核心部分为交换和管理基础设施（swmi），包括接入到其他类型网络和网络管理单元的接口，用户主要通过移动台（ms）或有线调度台（ls）接入网络，网管终端主要用于为网络提供控制、配置、告警指示和收集tetra系统运行的统计资料。

各个模块通过不同接口或传输线互连，完成tetra系统的诸多功能。

频谱利用率：tetra系统上下行间隔为45mhz，射频载频间隔为25khz。

通过采用tdma技术和π/4-dqpsk调制方式，系统在每个25khz载波可提供4个时隙的物理信道，同时支持4路话音或数据，总传输速率为36kb/s。

呼叫接续速度：tetra的呼叫建立时间很短。

在同一基站范围内的呼叫建立时间小于300ms，同一网络内的呼叫建立时间小于500ms。

3.2 iden系统iden系统是motorola公司开发的集群通信系统标准，它将数字调度通信和数字蜂窝通信综合互联在一套系统中，集移动电话、数据传输、集群调度和短信息传输于一体，并使用和gsm系统相同的双工通话结构以及特殊的频率复用方式。

组网结构：iden数字集群移动通信系统主要面向共用集群通信网的设计，其网络组成的系统单元一般都集中安装在一个设施中，即移动交换局（mso）中。

从使用的基本技术和分组系统部件的功能来看，iden系统则可分成基站系统（bss）、网络交换系统（nss）和操作及维护中心（omc）三部分。

频谱利用率：iden系统采用tdma多路复用技术和m16-qam的调制技术，使得iden将一个25khz的物理信道划分成6个数字通信时隙，速率达到64kb/s。

呼叫接续速度：该系统提供的调度呼叫功能主要建立在帧中继和分组交换的基础上。

iden呼叫建立时间一般在700ms左右。

3.3 gota系统gota基本网络结构由终端、无线子系统bss、调度子系统dss等构成，如图4所示。

为了支持电话互连业务、数据业务和短信息服务，gota还可以在基本结构上接入交换子系统、数据业务子系统及短信息服务中心等。

频谱利用率：gota系统在不改变cdma空中接口的物理机制同时，可使同一小区下的同一群组成员共享前向业务信道，提高了资源利用率。

gota系统采用16qam、qpsk调制和频分双工方式，上下行带宽各为1.25mhz。

基站子系统采用的扩频速率为1×1.2288mb/s，单载波连续占用1.25mhz带宽，能够支持153.6kb/s的高速数据传输。

呼叫接续速度：该系统呼叫接续时间小于1s。

对于集群组呼业务，它采用数据通道建立快速的呼叫建立，而非传统电路域方式。

3.4 gt800系统gt800是华为公司基于gprs和gsm-r技术开发的数字集群系统。

它结合蜂窝技术，通过对tdma技术的优化与融合，可以提供专业用户所需的集群业务和功能。

组网结构：gt800系统采用与gprs类似的网络结构，增加了针对行业用户的多种应用处理平台。

其网络结构主要分为核心设备和功能扩展两大部分。

频谱利用率：gt800系统以tdma技术为基础，数据传输方面的需求采用gprs网络满足，最高数据传输速率可达171.2kb/s；gt800在涉及到群组呼叫业务时，只需通过共享一个业务信道就可实现，呼叫方共享上行信道，接听方共享下行信道。

呼叫接续时间：gt800系统它的初始呼叫接续速度小于1s，ptt 速度小于300ms。

3.5分析比较这四种集群系统（1）相同点：四种数字集群通信系统均可提供基本的集群业务，补充业务及必要的全双工电话互连业务。

在快速呼叫和提高频率利用率方面，它们都做了不同程度的优化和提高，均满足实际集群系统运作的要求；对于紧急情况，它们都有相应的处理措施，在资源紧张的情况下，优先级最高的紧急呼叫都可通过抢占获取信道。