我国数字集群通信系统介绍
《数字集群移动通信系统体制》标准介绍
《数字集群移动通信系统体制》标准介绍提要：最近信息产业部颁布了电子行业标准《数字集群移动通信系统体制》，本文介绍该标准的制定背景、编制原则和依据、以及标准主要内容，以便读者进一步理解本标准。
一、概述１．标准制定背景９０年代中期以来，无线移动通信从模拟时代全面迅速转向数字化。
如无线电话从ＴＡＣＳ、ＡＭＰＳ转向ＧＳＭ、Ｄ－ＡＭＰＳ；无线寻呼从ＰＯＧＳＡＧ转向ＦＬＥＸ、ＥＭＥＲＳ；无绳电话从ＣＴ０、ＣＴ１转向ＣＴ２、ＤＥＣＴ、ＰＨＳ；专业无线通信从常规对讲、模拟集群转向数字集群，国际上出现了十余种数字集群体制。
早期移动通信只有专业移动通信（ＰＭＲ），用于专业调度指挥控制，是部门所有、部门使用、部门维护的非经营性通信网。
８０年代初期，公用无线电话开始进入家庭；８０年代末期，开始出现共用网络基础设施、共享频率的共用集群网（ＰＡＭＲ）。
ＩＷＴＡ（国际无线电信协会）研究表明，从１９９４年到１９９８年，全世界商业集群市场增长大约４５０万用户，从现在到２００５年大约增长２０００万。
其原因主要是数字系统能取得相对高的负荷水平（频谱效率高、容量大）和全球数字通信系统的参与。
到２０００年底，数字设备的数量超过模拟设备。
我国从８０年代末期引进模拟集群系统，对国民经济的发展起了很大作用，但也存在若干问题，表现在：多种制式、信令不一、无法兼容、互不相通；频谱效率低、系统容量小；功能单一、只有语音调度；干扰大、盲区多。
与此同时，国内幼小的制造业面临严峻局势，大多数体制的信令不公开，多数企业转向配套和工程组网工作；制造业没有标准引导研发，更谈不上规模生产、规模效益。
制定本标准也是我国面临即将加入ＷＴＯ的需要。
经济全球化是不可阻挡的趋势，制定中国数字集群体制标准，有利于维护我国市场有序竞争，保障无线移动通信频谱有序管理，对进出口商检、质量监督检验、维护消费者权益等都有重大意义。
１９９７年，上级有关部门及时下达标准制定计划，组成“数字集群移动通信系统体制”标准工作组。
第二章 集群通信系统概述
消息集群
用户数(单位:千)
10
15
20
25
准传输集群
30
信道数
传输集群
Southwest Jiaotong University, Chengdu, PR of China
9
数字集群移动通信系统 Digital Trunking Radio Systems
Southwest Jiaotong University, Chengdu, PR of China 10
数字集群移动通信系统 Digital Trunking Radio Systems
解决"碰撞"(争用)问题方法有两种: 一种采用"定时询问"办法. 即在此系统中,给每个移动台分配一个专用时隙,若移动 台有信息发送就在该相应时隙内发送信令,这种时隙可由同 一起始定时信号导出,或由基地台轮流安排各个用户发送, 这种方式的缺点是当用户多时,效率不高.所以它适用于用 户数较少的系统. 另一种是采用ALOHA方式或时隙ALOHA入网控制技术. 在此系统中,每一消息中都会有若干检错位,使基地台可 确定收到的消息是否同移动台同时发送引起碰撞而出错.若 所收信令无差错则发送应答信令,否则有关移动台将按随机 选择时延重发消息,直到消息发送完了为止.
Southwest Jiaotong University, Chengdu, PR of China
2
数字集群移动通信系统 Digital Trunking Radio Systems
一,集群通信系统的基本概念
什么是集群(Trunking)
集群通信系统(Trunking System),是一种高级专用移 动调度系统,它是从早期的无线电调度系统发展起来的, 代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向. 所谓集群通信系统,即系统所具有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. 系统内任一用户想要和系统内另一用户通话,只要有空闲 信道就可以在中心控制台的控制下,利用空闲信道进行通 信. 若把若干调度系统集中在一起,多信道共用,原来的每 个用户系统,作为一个用户群,仍保持各自的主属关系. 这样就构成了一个集群系统.
数字集群移动通信系统
=23.9%
图3-1电路利用度与电路容量的关系
可见，第一类电信络形态的最大可能的络资源利用效率只有24%。如果一个单独指挥通信系统只有2条电路， 电路利用率只有20%；如果一个集群指挥通信系统共有20条电路，电路利用率可以达到65%。可见，集群应用可以 明显提高电路利用率。
集群通信系统的发展概况
1．国外发展概 况
2．国内发展概 况
（1）模拟集群通信系统 1985年，无线电对讲机发展成为模拟集群通信系统。典型的模拟集群通信系统有FAST模拟集群通信系统、 SMARTNET模拟集群通信系统、MULTI-NET模拟集群通信系统和ACTIONWT模拟集群通信系统。 （2）数字集群通信系统 1998年ITU提出《用于调度业务的高效频谱的数字陆上移动通信系统》（ITU-R37/8）文件，说明集群通信系 统的总体目标是： ①更高的频谱利用效率； ②高话音业务质量和加密； ③支持话音和非话音业务，能与PSTN和ISDN互通； ④具有语音和数据的手持台和车载电台接口； ⑤要求移动台重量轻、体积小、便宜、省电。 同时推荐“陆上集群无线电系统”（TETRA，Terrestrial Trunked Radio System）和“数字综合移动无 线电
分别建设多个容量比较小的专用指挥通信系统比合伙建设一个比较大的共用指挥通信系统，显然可以降低建 设和维护成本。同时，如上所述，又可以提高络资源利用效率。
分别建设专用指挥通信系统肯定可以保障服务质量。但是，多家共用一个集群通信系统就可能发生使用次序 矛盾；同一个部门之内也可能发生使用次序矛盾。集群通信系统之内，采用虚拟专用可以避免发生部门之间的矛 盾；采用严格的分级制度，保障使用优先次序。集群通信系统采用按键讲话（PTT）通话体制，借助简明的信令 系统的实时控制，保障指挥通信建立时间不超过30ms。
TETRA数字集群通信系统
TETRA的无线特性－灵敏度、干扰抑制度
1、灵敏度定义 TETRA接收机的灵敏度定义为在话音信道(TCH/S)产
生4%未解码误码率时所需的输入信号电平。 2、参考灵敏度电平和参考灵敏度性能
集群通信在我国的发展
专用通信 20世纪80年代之前 集群通信 20世纪80年代初
模拟集群通信
20世纪80年代初～80年代末
数字集群通信
20世纪90年代～
国内外主要数字集群技术比较
TETRA系统的发展
TETRA:Trans European Trunked Radio,全欧集群 无线电,后更名为:Trans Trunked Radio,陆地集群 无线电。标准由ETSI制定。
（1）用户终端业务包括：单呼(点对点)、组呼(点 对多点)、广播(单向点对多点)、数据业务；
（2）承载业务包括：分组数据、电路数据。承载 业务提供下列用户比特率：
• 未保护的话音或数据为7.2kbps(最高可达28.8kbps)； • 低保护度数据为4.8kbps (最高可达19.2kbps)； • 高保护度的数据为2.4kbps (最高可达9.6kbps)；
20世纪80年代末，欧洲开始研究数字集群通信体制； 1995年ETSI只是确定TETRA标准； 1998年起全面推广； 2001年800MHz频段TETRA系统进入我国市场； 2003年12月350MHz频段TETRA系统开始在我国组网试验。
TETRA系统的发展方向
今后，TETRA将主要沿着以下几个方向发展： ➢ 高级无线数据业务DAWS(Digital Advanced Wireless Services)的研究开发； ➢ 频率扩展，争取覆盖130MHz～1GHz，以适应市场的 需要； ➢ 更新和完善TETRA SIM卡，与第三代移动通信兼容； ➢ 进一步增强互连性；开发研究多模终端
TETRA介绍
调度话音业务：单呼(私密呼) 组呼、 • 调度话音业务：单呼(私密呼)、组呼、广播呼 • 电话互联业务 • 短消息
什么是集群通信系统？ 什么是集群通信系统？
集群是Trunking或Trunked意译过 ☺ 集群是 或 意译过 来的， 本意为中继或干线， 来的，Trunk本意为中继或干线， 本意为中继或干线 直接译的是树杈 集群是“集小群为大群” ☺ 集群是“集小群为大群” ☺ 集群通信系统是专用指挥调度系统 ☺ 集群通信系统是动态共享若干个信 道的多信道中继（转发） 道的多信道中继（转发）系统
集群方式
☺ 消息集群 ☺ 传输集群 Message Trunking Transmission Trunking ☺ 准传输集群 Quasi Transmission Trunking
消息集群
☺ 也有译为信息集群 ☺ 在通话期间控制系统始终分配给用户 一条固定的无线信道， 一条固定的无线信道，从用户最后一 次讲话完毕松开PTT开关开始，系统 开关开始， 次讲话完毕松开 开关开始 将等待6～10s的“ 信道保留时间”后 将等待 ～ 的 信道保留时间” 脱网， 脱网，才能完成消息集群 消息集群方式效率较低， ☺ 消息集群方式效率较低，它不是信道 动态分配方式
什么是集群通信？ 什么是集群通信？
集群通信系统是共享资源、分担费用、 ☺ 集群通信系统是共享资源、分担费用、向 用户提供优良服务的多用途、 用户提供优良服务的多用途、高效能而又 廉价的先进无线电调度指挥系统 对指挥调度功能要求较高的企事业、 ☺ 对指挥调度功能要求较高的企事业、轨道 交通、民航机场、水利流域、工矿、油田、 交通、民航机场、水利流域、工矿、油田、 农场、公安、 农场、公安、武警和军队等部门都十分适 采用单工方式，通过PTT进行通话， 进行通话， 用，采用单工方式，通过 进行通话 效率高。少数高端用户可配用双工终端 效率高。
集群移动通信系统
集群移动通信系统第一点：集群移动通信系统的概述集群移动通信系统是一种专业的通信系统，主要应用于公共安全、紧急救援、大型活动等场景。
它不同于普通的移动通信系统，具有较高的通信可靠性、安全性和实时性。
集群移动通信系统的主要特点包括：1.高频段使用：集群移动通信系统通常使用UHF（超高频）和VHF（甚高频）频段，这些频段的波长较短，抗干扰能力强，传播损耗小，适合于城市等复杂环境下的通信。
2.信道分配与管理：系统通过动态的信道分配和管理技术，实现高效的使用频率资源，减少信道间的干扰，提高通信质量和效率。
3.多级优先级：在紧急情况下，集群移动通信系统支持多级优先级通信，确保紧急任务的优先处理。
4.漫游和越区切换：系统支持漫游和越区切换功能，使得移动用户在不同覆盖区域间无缝通信。
5.高度的可靠性：通过采用各种抗干扰、抗多径衰落的技术，保证在复杂环境下的通信可靠性。
6.语音和数据通信：除了基本的语音通信外，现代集群移动通信系统还支持数据传输，包括短信、图片、地图等信息。
7.保密性和安全性：系统采用加密技术，保证通信内容的保密性和安全性。
集群移动通信系统通常由多个基站、调度台、移动终端等组成。
基站负责信号的接收和发送，调度台用于管理和控制通信，移动终端则是用户实际使用的设备。
系统的工作原理是，移动终端通过基站与调度台进行通信，调度台根据通信需求和信道状况，动态分配信道和资源，以实现高效、可靠的通信。
第二点：集群移动通信系统的应用场景集群移动通信系统在多个行业和领域发挥着重要作用，以下是几个典型的应用场景：1.公共安全：在公安、交警、消防等公共安全领域，集群移动通信系统是标配的通信手段。
它可以为执法人员提供实时、可靠的语音和数据通信，便于指挥调度和快速响应。
2.紧急救援：在地震、洪水、泥石流等自然灾害发生时，常规通信设施可能受损，集群移动通信系统可以迅速建立现场通信网络，为救援人员提供有效的通信支持。
3.大型活动：对于奥运会、世博会、音乐节等大型活动，集群移动通信系统可以保障组织者、参与者之间的通信顺畅，确保活动的顺利进行。
GSM-R数字集群移动通信系统简介
GSM-R数字集群移动通信系统简介2006年7月1日，随着青藏铁路的全线通车，我国铁路所使用的一种世界上领先的铁路数字移动通信系统也在青藏线上正式投入使用。
这种通信系统就是GSM-R铁路全球移动通信系统。
GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系统是欧洲铁路综合调度移动通信系统的简称。
是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。
它是在8时隙/200KHz TDMA多址方式GSM蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统。
它基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，提供铁路特有的调度业务，并以此为信息化平台，使铁路部门可以在这个平台上实现铁路管理信息的共享。
GSM-R系统是基于GSM的规范协议，增加了优先级、组呼、广播呼叫等铁路运输专用调度通信功能，适用于铁路通信的需要。
为了完成调度通信的功能，GSM-R系统与GSM系统不同的是在其结构中增加了组呼寄存器（GCR）。
GSM-R系统除了具有语音传送功能外，更重要的是具有数据传送功能，它与GPS卫星定位系统、机车车载计算机结合后能够实现机车和地面之间列车控制信息的实时传送，达到控制列车运行，确保列车安全的目的。
GSM-R网络属于铁路运输指挥专用调度通信系统，因此其网络和业务具有调度通信所要求的封闭性、安全性和实时性特征，要求与外部通信网络只能进行有限的互联互通，即为实现铁路运输指挥业务需要，与铁路专用电话网、铁路各种MIS 信息网络互联互通，一定程度上与公众通信网络互联互通。
同时在铁路运输各工种业务之间也要从技术和管理两方面保证一定的封闭性。
从集群通信的角度来看，GSM-R是在公网GSM技术基础上融合了调度通信功能的专门用于铁路无线通信的数字集群通信系统。
其突出特点是将高速铁路列车自动控制信息的传输与以语音通信为主的调度通信统一纳入同一个无线通信平台。
是一个功能完善、实现通信信号一体化的先进高效的通信系统。
TD-LTE 宽带数字集群通信系统
TD-LTE 宽带数字集群通信系统1 集群通信系统的现状和发展趋势集群通信系统是为了满足行业指挥调度需求而开发的、面向行业应用的专用无线通信系统。
由于集群通信系统主要侧重于指挥调度通信，其应用可遍及公共安全、交通运输、公共事业、特种通信、企业生产等领域，尤其可以在应对突发事件和自然灾害的过程中发挥优势。
与公众移动通信系统类似，集群通信系统也经历了从第一代模拟集群通信系统，到第二代窄带数字集群通信系统的发展历程。
第二代窄带数字集群通信系统是当前国际、国内市场上应用最广泛的集群通信系统，其代表有：欧洲电信标准协会（ETSI）的陆上集群无线电系统 TETRA（Terrestrial Trunked Radio）、美国 Motorola 的综合数字增强网络 iDEN（Integrated Digital Enhanced Networks）系统、我国的基于 CDMA 技术的开放式集群架构 GoTa （Global open Trunking architecture）系统和基于GSM 技术的GT800 系统。
与公众移动通信系统的高速发展相比，无论在数据传输能力方面还是多媒体业务支持能力方面，目前的窄带数字集群通信系统都比较落后。
以TETRA 系统的最新演进TEDS（TETRA Enhanced Data Service，TETRA 增强数据业务）为例，在最理想情况下，也仅能支持518kbps 的峰值传输速率。
随着无线高速数据业务的飞速发展，集群通信系统对宽带多媒体业务的需求也日益显著，行业人员在应用集群通信系统进行指挥调度的过程中，不仅要求“听得到”，还要求“看得见”，促使集群通信系统向数据宽带化、业务多样化、终端多模化、系统IP 化的发展方向迈进，其具体表现形式主要体现在高速数据和视频的传输，以及构建于此基础之上的各种应用，包括多媒体集群调度、协同作业、移动视频监控、城市应急联动等方面。
例如，公安要求集群通信系统能够支持现场图像和视频采集、多媒体数据广播、视频指挥等；石油化工行业要求集群通信系统能够支持远程视频监控等。
谈我国四种数字集群通信系统体制——郑祖辉
谈我国四种数字集群通信系统体制[作者]:郑祖辉 [来源]：?专业无线通信? [时间]：2021-5-27 15:15:37到目前为止，经原信息产业部批准，可以在我国市场上推出的数字集群通信系统有4个，即：〔1〕2000年12月28日由原信产部发布的“数字集群移动通信系统体制〞所推荐的行业标准TETRA和iDEN。
〔2〕2004年11月2日由信息产业部科技司发布的基于GSM和CDMA技术的GoTa和GT800两种数字集群通信系统的?通信标准技术参考性文件?。
由此，在我国数字集群通信舞台上已经活泼着4种体制的系统和网络，这4种体制正角逐着我国的数字集群通信市场。
应该说，它们各有优缺点、各有特点、各有市场定位、各有用处，因此受到了各自喜爱它们用户的青睐。
原信产部特别是无线电管理局对频谱高效使用是十分重视的，因为我国分配给集群通信使用的800 MHz频段只有2´15MHz带宽，按照无线电管理机构规定，当时的集群通信频段的信道间隔为25kHz，那么共有600对信道，后来数字集群通信系统也使用这个频段，也按25kHz为信道间隔。
但是对于我国这样一个地域广阔、人口众多的大国来说，600对集群通信信道显然是不够用的。
为此，为了更好地满足有关各部门使用集群通信的需求，无线电管理局又专门开辟了350 MHz频段〔共560个信道〕供公、检、法等8个部门使用。
原信产部一直倡导和支持建设集群通信共网〔Common network或Shared network〕，在无线电管理局连续发布的几个文件中也始终贯串着提高频谱效率这个意图，直到2007年发布的173号文件中还特别强调“建立数字集群通信共网为主、专网为辅的原那么〞。
在这4种体制中，TETRA、iDEN和GT800都是采用TDMA的，而GoTa系统是CDMA的。
而在工作频段占用方面，4个系统都使用800MHz频段，而TETRA还独有350MHz频段。
本文试图对我国的4个系统的概况特别是近年来的一些开展作一个简要的归纳，以供参考。
国内常用数字集群
国内常用数字集群1. TETRATETRA系统是一个空中接口信令开放的系统，并大量借鉴了GSM的概念。
它基于TDMA方式，在25 kHz带宽内分4个信道，采用较先进的ACELP语音编码方式和π/4-QPSK数字调制技术。
它支持连续覆盖和大区覆盖，并且支持脱网直通和端到端加密功能。
TETRA系统在调度功能上是比较完善的，所以它非常适合做专网，尤其是军队、武警、公安局、检察院、法院、城市轨道交通等单位。
2. iDENiDEN是由摩托罗拉公司推出的，它也采用TDMA制式，在25 kHz的信道上分6个时隙（目前已经开发出25 kHz带宽上分成12个时隙）。
它的VSELP语音编码和16QAM调制技术都比较先进。
iDEN系统的起源设计就是做共网用的，所以它是集指挥调度、双工互连、分组数据和短消息于一体的工作方式。
iDEN系统既是以调度为主的，又是根据公网考虑设计的系统。
iDEN系统的基本调度系统功能包括组呼通话、私密通话、通话提示、来电显示。
调度的先进功能包括优先级、紧急呼叫、状态信息、多组扫描、区域限制、孤立站运行、调度台等。
iDEN系统也有虚拟网功能，通过虚拟专用网（virtual private network，VPN），最终用户可以管理其终端用户的终端配置，包括开户，增加新业务，更改调度私密号、组号、电话号码，重新编组以及随时取得详细通话清单和使用统计等。
3. GoTaGoTa是由中兴通讯股份有限公司自主研发的，基于CDMA1X技术面向新技术演进的数字集群通信系统，其目标是满足共网集群的需要，兼顾专网集群的应用。
GoTa系统基于CDMA多址方式，采用16QAM和QPSK的调制方式，QCELP语音编码技术，频分双工，上下行各1.25 MHz带宽，间隔45 MHz。
GoTa具有一定的技术优势，掌握了基于CDMA技术实现集群业务的关键技术。
GoTa在处理通信连接时采用共享的方式，这将减少网络处理呼叫的时延。
东信TETRA数字集群通信系统资料
区域选择
空中数据加密
优先呼叫
端到端数据加密
环境监听
虚拟专网
接入优先
遥毙/遥启（复活）
录音功能支持
故障弱化
当交换机与基站之间的链路发 生故障时，基站以单站集群方式独立 工作；当故障排除后，系统自动恢复 到正常运行状态。
单站集群支持的主要功能有：
组呼 紧急呼叫 短数据业务 通话方标识 迟后进入
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政务网系统解决方案
东信 eTRA○R 数字集群通信系统组建的政务网能很好地满足政府在大型赛事活动时期间的指挥调度、组织接待、 应急处理以及办公业务的通信需求；在平时，该网络还可服务于政府各部门及重点企事业单位的社会化服务和日常 管理，以及提高政府部门在应对突发公共事件时的紧急处置和应急联动能力。
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eTRA○R 系统基于全 IP 架构，具有高可靠性、高安 全性、高性价比、易用性强等诸多优势，方便客户快速、 经济地部署专用数字集群网络。
eTRA○R 系统提供 350MHz、800MHz 等频段的系列 产品，并可根据客户需求定制相应频段产品。适用于公 共安全、轨道交通、政务、军队、物流、港口、民航、 航运、电力、石油化工等行业的指挥调度作业。
基站
标准 频率范围(MHz) 双工间隔(MHz) 信道间隔(KHz) 频率稳定度（-30℃，+60℃，+25℃） 调制方式 接入方式 接收参考灵敏度(dBm)
呼叫建立事件 发射功率 工作温度 尺寸（基站 4 载波满配） 重量（基站 4 载波满配） 功耗（基站 4 载波满配） 空间分集接收
其他特性
TETRA
一个城市或一个地区建设一套统一的无线政务网，用户管理提供虚拟专网，各单位有自己的调度台、网管系统、 等同于单独建设的行业专网；紧急情况下，政府跨部门通信互联互通，统一调度指挥。不但节约资金、提高了资源 的利用率，而且在为“联合行动、快速反应”提供通信保障方面，具有重要的实际意义。
(通信企业管理)谈我国四种数字集群通信系统体制郑祖辉精编
（通信企业管理）谈我国四种数字集群通信系统体制——郑祖辉谈我国四种数字集群通信系统体制[作者]:郑祖辉[来源]：《专业无线通信》[时间]：2008-5-2715:15:37到目前为止，经原信息产业部批准，能够于我国市场上推出的数字集群通信系统有4个，即：（1）2000年12月28日由原信产部发布的“数字集群移动通信系统体制”所推荐的行业标准TETRA和iDEN。
（2）2004年11月2日由信息产业部科技司发布的基于GSM和CDMA技术的GoTa和GT800俩种数字集群通信系统的《通信标准技术参考性文件》。
由此，于我国数字集群通信舞台上已经活跃着4种体制的系统和网络，这4种体制正角逐着我国的数字集群通信市场。
应该说，它们各有优缺点、各有特点、各有市场定位、各有用处，因此受到了各自喜爱它们用户的青睐。
原信产部特别是无线电管理局对频谱高效使用是十分重视的，因为我国分配给集群通信使用的800MHz频段只有2´15MHz带宽，按照无线电管理机构规定，当时的集群通信频段的信道间隔为25kHz，则共有600对信道，后来数字集群通信系统也使用这个频段，也按25kHz为信道间隔。
可是对于我国这样壹个地域广阔、人口众多的大国来说，600对集群通信信道显然是不够用的。
为此，为了更好地满足有关各部门使用集群通信的需求，无线电管理局又专门开辟了350MHz频段（共560个信道）供公、检、法等8个部门使用。
原信产部壹直倡导和支持建设集群通信共网（Commonnetwork或Sharednetwork），于无线电管理局连续发布的几个文件中也始终贯串着提高频谱效率这个意图，直到2007年发布的173号文件中仍特别强调“建立数字集群通信共网为主、专网为辅的原则”。
于这4种体制中，TETRA、iDEN和GT800均是采用TDMA的，而GoTa系统是CDMA的。
而于工作频段占用方面，4个系统均使用800MHz频段，而TETRA仍独有350MHz频段。
集群通信系统
集群通信系统集群通信系统是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统,主要应用在专业移动通信领域。
该系统具有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。
1、简介集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk),以一按即通的方式接续,被叫无需摘机即可接听,且接续速度较快,并能支持群组呼叫等功能,它的运作方式以单工、半双工为主,主要采用信道动态分配方式,并且用户具有不同的优先等级和特殊功能,通信时可以一呼百应。
2、发展历程中国在1989年开始引进模拟集群系统,1990年投入使用。
随着数字通信技术的发展,集群通信系统也开始向第二代的数字技术发展,最主要的特点是采用了TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)通信方式。
同时,由于各集群使用企业为了满足其各自不同的使用要求,采用了独立建设集群通信网络的方案,所以众多企业的集群网络在网间互联互通性、频率资源使用、整体建设等方面存在诸多问题。
此外,国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒,使得内部接口基本不公开,技术开放性很差,系统和终端设备市场价格居高不下,也制约了中国数字集群的产业化进程和规模应用。
2000年12月28日,我国信息产业部正式发布的《数字集群移动通信系统体制》(SJ/T11228-2000)行业推荐标准,参照国际标准TETRA(体制A)和美国国家标准iDEN (体制B),确定了两种集群通信体制。
后来又加入了我国自主的GoTa和GT800两种体制。
目前我国现有数字集群标准有四个:欧洲的Tetra,美国的Iden,以及我国中兴和华为公司的GOTA和GT800。
国产的两个标准都是在公网基础上改进而来的,在入网时间及脱网直通等方面无法满足专业用户的需求。
美国的Iden也是从公网改进而来的,存在同样的问题。
只有Tetra能够满足包括公安在内的专业用户的需求。
数字集群通信系统基本技术
第四讲数字集群通信系统基本技术数字集群移动通信系统体现了当前移动通信技术的最新水平，与模拟系统相比，具有如下优点：容量大，频谱利用率高；通信质量好；业务种类多；易于保密；用户设备小巧轻便；便于与ISDN、PSTN、PDN等网络互联。
根据CCIR的建议，需要研究的数字技术主要有如下六方面：数字无线调制与解调；数字话音编码；多址技术；信道编码和数字信号处理；数字控制信道和数据信道；保密和鉴权。
从理论上说，数字集群基本技术与数字蜂窝移动通信系统没有本质的区别，但是数字集群通信系统有其自己的特点。
典型的数字集群MOTOROLA的iDEN系统采用TDMA技术，在每载波25kHz的宽度下，可传六路话音。
众所周知，现在的GSM系统每载波200kHz，可传八路话音。
iDEN系统有如此之高的频谱利用率是基于数字调制技术M－16QAM(Multiple－16Point Quadrative Amplitude Modulation)16点阵正交调幅和话音编码技术VSELP(VectorSum Excited LinearPrediction)向量和激励线性预测编码技术。
在不使用均衡器的情况下，M－16QAM可在25kHz信道中以64kbps的速率传递信号。
而VSELP，把话音编码的速率降至4.8kbps，加上 2.6kbps的前向纠错，使每路信道的比特率降至了7.4kbps，以实现每25kHz信道传送六路话音。
另外，在网同步方面，iDEN系统还引入了 GPS(GlobalPosition system)作为全网统一的时间标准，从而省去了昂贵的艳原子钟，这也是iDEN系统的一大特点。
本讲重点地介绍三种技术，并结合集群用户的需要与集群系统的发展趋势，引入加密技术。
4.1 调制技术在移动通信中，频率利用率一直是一个关键问题。
如果不考虑小区分裂，也就是说在不增加基站设备的前提下，为了使每信道能负载更多的用户，就必须从两方面着手：其一，采用更先进的调制技术，提高频谱利用率；其二，采用码率更低的语音编码技术，使一定的调制码速率能传输更多路话音。
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摘要首先介绍了集群通信发展现状，然后分别介绍了国内数字集群通信系统的特点、网络结构和关键技术。
关键词数字集群民族产业1、前言从数字集群通信的发展现状来看，我国集群产业还处在发展初期，与公众移动通信的发展规模相比，数字集群通信的规模还远远落后于移动通信。
而且，无论是TETRA系统还是iDEN系统，其标准的开放性不高，iDEN系统为摩托罗拉独家垄断，而TETRA系统虽然在空中接口可以做到兼容，但各个厂商的系统之间不能互联互通，从而影响了TETRA系统的发展。
这种状况造成最直接的问题是终端和系统设备价格较高，或者是系统维护、升级和扩容的成本较高，这在很大程度上限制了数字集群通信在我国的发展。
由于我国的集群通信存在着相当规模的市场和发展潜力，因此国内的多个电信设备制造商(例如中兴、华为和大唐)，都在大力研发数字集群通信设备，并已经相继研制出符合集群通信要求的数字集群系统设备。
目前，国内能够提供完整的数字集群系统设备和终端的有华为开发的基于GSM的数字集群通信系统(GT800系统)、中兴开发的基于CDMA的数字集群通信系统(GoTa系统)。
基于TD-SCDMA的数字集群系统方案目前也在制定当中。
下面对GoTa 系统以及GT800系统的结构和特点做一简要介绍。
2、GoTa系统GoTa的含义是开放式集群结构(GlobalopenTrunkingArchitechture)，是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的。
GoTa的空中接口在cdma2000技术基础上进行了优化和改造，使之能够满足现代集群通信的技术要求。
GoTa采用的呼叫方式是集群通信中所特有的PTT方式的话音呼叫。
为了提高呼叫接续速度，GoTa还定义了一套相应的体制结构和协议栈以满足集群通信系统的快速连接。
为了支持群组呼叫，GoTa优化了空中接口，从而达到在同一个小区/载频下同一群组的用户在呼叫时能够共享同一条空中信道的目的。
GoTa在处理通信连接时也采用了共享的方式，这将减少网络处理呼叫时的时延。
对于用户来说，信道选择和分配的过程却是透明的。
因此，GoTa具有快速接入、高信道效率和频谱使用率、较高的用户私密性、易扩展性和支持业务种类多等技术优点。
2.1GoTa系统的网络结构GoTa系统的网络结构如图1所示。
图1 GoTa系统网络参考模型系统中包括集群终端、基站子系统等5个逻辑功能模块和子系统。
(1)集群终端集群终端为用户提供CDMA集群系统的各种集群业务，同时也为用户提供传统的普通电话业务、补充业务、短消息业务和数据业务。
终端通过空中接口和集群系统相连，提供集群调度功能。
(2)基站子系统基站子系统(BSS)由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)组成，主要完成集群业务、数据业务和普通电话业务的接入功能。
BSS通过标准接口和调度子系统、CDMA核心网(包括交换子系统以及分组子系统)相连，满足集群终端的各种业务需求，包括集群业务、电信业务和数据业务。
(3)调度子系统调度子系统(DSS)由调度控制中心(DCC)、调度归属寄存器(DHR)组成，主要完成集群调度业务。
DCC是集群呼叫的总控制点，完成集群调度呼叫的处理，包括鉴别集群用户、建立各种集群呼叫如私密呼叫和群组呼叫、判断集群PTT请求等。
DCC作为调度控制中心，还接收反向链路来的集群语音数据，根据呼叫的性质再分发到对应的前向链路。
DHR完成数据库管理和配置功能，为集群用户提供群组注册、群组成员注册，并提供集群成员的本地信息以及集群成员的业务权限记录，完成呼叫统计和计费功能。
(4)调度台调度台是用户组中具有特殊权限的终端，可以分为移动调度台和固定调度台。
●固定调度台同时与调度子系统和操作维护中心相连，可以发起和参与组呼、广播等调度业务，并可以实现对群组成员的管理功能。
●移动调度台可以发起组呼、广播呼叫等调度业务，在组呼的话语权控制上有较高的优先级，具备简单的群组用户管理功能。
(5)CDMA核心网CDMA核心网包括交换子系统和分组子系统。
交换子系统主要完成电话互联业务、普通电话呼叫业务和部分增值业务，并提供相关业务功能用户信息的存储和管理功能。
分组子系统的主要功能是为用户提供数据业务通道，从而向用户提供高速的分组数据业务服务。
2.2关键技术与GSM和CDMA公共蜂窝移动通信系统相比，业务信道共享、呼叫快速建立是数字集群系统中特有的两项关键技术。
(1)前向无线业务信道的共享由于集群系统是提供组呼业务而CDMA系统是一对一呼叫的，因此在实现PTT方式的群组呼叫时必须对CDMA系统进行改造，以实现前向资源的共享。
若要实现前向业务信道共享，就必须对群组用户所使用的前向业务信道采用相同的调制参数，即同一组内的每个用户所分配的前向业务信道具有相同的长码掩码和WalshCode，这样，相同的载波/扇区下同一个群组将使用同一个信道，从而达到前向信道共享的目的。
为了达到群组用户在前向信道共享的目的，在信令流程上必须增加相应参数(长码掩码和WalshCode)的传递。
前向共享业务信道由F-FCH/F-SCH提供支持，不对前向信道的结构进行改动，与原cdma20001x前向码道不同的是：建立码道时原设置的私有长码掩码改为调度组要求或指定的特殊公共长码掩码；不同的群组使用不同的长掩码和WalshCode。
与cdma2000 1x前向业务信道比较，Walsh码资源与语音用户相同，信道结构基本不变；长码掩码通过加密算法计算得到。
(2)呼叫快速建立集群系统中PTT呼叫的另一个重要特性就是快速连接。
如果CDMA系统未经改造，则呼叫建立的时间将不能满足PTT呼叫应用时的需要。
为了解决快速连接必须从两个方面着手：一是将信令流程进行改造，减少不必要的流程和协商，尽量采用并行处理方式，节省用户接入的时间，满足PTT呼叫方式；另一方面，可通过使用增强型的接入信道，增加基站接入信道数量以及通过允许集群移动台增大初始发射功率、功率增加步长以及提高系统的接收灵敏度、优化搜索策略等技术，将接入试探控制在极短的时间内完成。
另外，为了提高移动台接入的成功率和通话的稳定性，系统可以考虑采用AccessProbeHandoff、AccessHandoff、Channel-assignament into soft/softer Handoff等技术。
3、GT800系统GT800是以GSM-R为基础进行自主技术创新、兼容GSM和TD-SCDMA无线接入技术、满足行业用户指挥调度需求的数字集群系统。
GT800根据基础技术发展的成熟期可分为两个阶段实现：●PhaseⅠ：定位集群共网运营，采用GSM无线接入技术，支持现有主流集群系统业务功能，性能指标达到或优于现有集群体制(接续速度等)。
●PhaseⅡ：定位专网和共网集群，基于PhaseI核心网增强，同时支持GSM和TD-SCDMA接入技术，通过终端双模向TD-SCDMA演进。
3.1GT800系统的网络结构GT800系统的网络结构如图2所示。
图2 GT800数字集群系统组网结构系统中包括网络子系统等逻辑功能模块和子系统。
(1)网络子系统网络子系统(NSS)主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
NSS由一系列功能实体所构成，一个NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR。
各功能实体之间都通过No.7信令协议互相通信，其中组呼寄存器(GCR，GroupCallRegister)中包含了组ID和组呼区域，组呼区域与组ID合在一起称作组呼参考。
其中，与锚MSC相连的GCR中包含了与该组呼参考相关的调度台列表、中继MSC列表、锚MSC直接控制的小区列表；而与中继MSC相连的GCR则包含了与该组呼参考相关的锚MSC地址、本中继MSC所控制的小区列表。
(2)基站子系统基站子系统(BSS)是集群系统中与无线传输方面关系最直接的基本组成部分。
它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送/接收和无线资源管理。
另一方面，BSS与核心网中的移动业务交换中心(MSC)相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。
(3)集群终端集群终端由移动终端(MT)和用户识别模块(SIM)两部分组成。
支持点对点私密呼叫、广播呼叫、组呼等集群功能。
3.2关键技术(1)信道共享GT800采用GSM的物理结构逻辑信道，增加了组呼信道和广播通知信道。
在GSM系统中，每个手机单独分配一个信道进行通话，而在GT800的组呼中所有手机都使用同一个组呼信道进行监听，监听的手机个数不受限制，这样节省了无线信道资源。
(2)快速呼叫建立呼叫建立时间主要消耗在空中接口与手机的交互消息中。
GT800采取减少合并消息的方法以及系统同步处理技术节约了呼叫建立的时间，组呼建立时，组成员根据广播通知消息中的信道描述立即加入到组呼中，不需要与网络有任何的消息交互，加快了响应速度。
4、结束语为了验证国内集群技术的可行性和促进其在今后的发展，在信息产业部相关部门的领导下，我们进行了国内数字集群技术的测试和标准制定工作，目前试验工作已经完成并进一步开展了商用试验工作。
在标准方面，已经发布了两个参考性技术文件，分别是《基于CDMA技术的数字集群总体技术要求》和《基于GSM技术的数字集群总体技术要求》；2005年6月，GoTa和GT800系统通过了信息产业部组织的技术鉴定。
这些工作大大推动了国内数字集群通信系统的发展和完善，相信我国自主研发的数字集群通信系统在未来将会获得更大的发展。