集群通信系统的应用及其发展

集群通信系统的应用及其发展
集群无线通信系统是特殊移动无线电系统或专用移动无线电系统中的一种，它主要为户外作业的移动用户提供生产调度和指挥控制等通信业务。

由于系统具有易于使用、建立通话快速及保密性好等优点，在铁路运输、船舶通信、港口导航、航空业务、气象预报、森林、矿区作业、公安、电力、石油、灾难救助等众多专用指挥调度通信领域得到广泛的应用。

同时，许多国家的政府还为集群通信系统运营者开放执照申请，将其作为公共接入移动无线电系统，除运营者本身使用外还可为公众提供服务。

一、集群通信系统及其应用
集群通信系统诞生于上世纪70年代末到80年代初。

集群通信允许为数众多的用户通过智能化的频率管理技术自动处理、共同使用相对数量有限的通信信道，其工作方式类似电话交换系统，它通过中央交换站根据需要自动为用户指定信道。

在传统的无线对讲机通信中，因所有用户使用一个公共的无线电信道，用户需要随时收听通话状况才知道信道是否被占用；而集群通信系统则进行自动处理，提高了信道的使用效率及通话的保密性。

集群通信的基本原理是：它由中央控制器集中控制和管理系统中的每个信道，并以动态方式迅速把空闲信道分配给发起呼叫的用户，通话完成后又将该信道收回给等待的用户使用，因此，该系统极大地提高了频道使用率。

另外，当系统内部用户相互通信时，不必接入公网；只有当用户的一方为公网用户时，系统才接入公网。

其用户群呈树状，由数个用户组成一小组（Subfleet），数个小组组成一队（Fleet），通常一个集群通信系统可提供数十个队的服务。

集群通信系统的网络为星型结构，便于调度中心对各移动台的指令传输。

同时，网络覆盖采用大区或中区制。

集群通信系统主要由以下几部分组成：调度台即调度系统中的移动台；交换控制中心负责信道的动态分配并监视系统的通话状态；基地台发射和接收无线电信号，并将其传回交换控制中心；移动台即提供用户通话的终端设备（包括车载台或手持机）。

在集群网络系统建设时，一般先建基本系统单区网，然后将多个基本系统相互连接成局域网。

基本系统可为单基地台或多基地台，基本结构可分为单交换中心的单基地台网络结构和单交换中心的多基地台网络结构。

在控制方面，集群系统分为集中控制方式及分散控制方式。

前者的系统中控制信号传输是由一个专用的频道传输，其速度较快，同时，具有集中控制的系统控制器，功能齐全，适用于大、中容量多基地台网络；后者则是在每个频道中既传输控制信号又传语
音信号，只有在频道空闲时才传控制信号，节省了一个专用信道，但接续速度慢，不需要集中控制器，因此，其设备简单且成本低，适用于中、小容量的单区网。

集群通信系统通常包括诸如群组呼叫、紧急呼叫、发起或接收与公网之间的呼叫等多种呼叫功能。

同时可以为用户提供可靠的通信信道、快速建立通话、优先等级划分、动态重组能力等功能，尤其是在执行紧急任务时，这些功能更显重要。

在移动台识别系统中，每个移动台均有1位识别码，控制中心对通话的移动台具有识别能力，以监控系统的通话状况；群组呼叫控制中心可同时呼叫系统内所有用户或者对特定的群组进行群呼通话；紧急呼叫，在紧急情况下即使所有频道都被占用，系统仍可让用户取得信道做紧急呼叫用；限时装置，由于集群系统以调度为主，通话时间不宜过长，为免频道占用过久，可设定最长发射时间进行通话时间的限制；动态重组，系统可按特殊需求在控制中心输入动态重组计划，将不同通话群组人员编于同一通话群内，一旦任务发生时，以无线遥控方式激活重组计划执行任务，任务完毕后可恢复原有编组；忙线排列，当信道全部被占用时，控制中心将发起呼叫用户的置入“等待名单”中，一旦有空闲信道，立即自动通知该用户开始呼叫；优先排序分级，控制中心可将系统中的每个用户划分优先等级，不同等级的用户具有不同的使用权限；自动回叫，当被叫遇忙或不在覆盖范围内时，系统将记录此状况，在被叫通话完毕或重新回到系统时通知被叫回呼；遗失禁用，移动台遗失时，系统可遥控此移动台使其无法使用。

集群通信系统的优点是，它可以带来动态性强、更经济的组网手段，可以将多个部门或机构组合在一套系统之下，同时，仍能保持各部门的独立运行。

二、集群通信系统的标准化状况
（1）国际标准
为避免各种不同系统的相互干扰并提高通信质量追求更高的系统容量和频谱利用率，1998年3月，国际电信联盟（ITU）根据世界各国提交的集群通信系统标准共制订了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek等七个数字集群通信系统的国际标准。

APCO 25是由美国公众安全通信官员协会（APCO）第25计划委员会和电信工业协会（TIA）共同制订的标准；Tetrapol为法国Tetrapol论坛和Tetrapol用户俱乐部提交的标准；瑞典的爱立信公司提交了EDACS（Enhanced Digital Access Communications System，增强型数字接入通信系统）标准；TETRA原为Trans European Trunked Radio（即泛欧集群无线电系统），现已改为Terrestrial Trunked Radio（陆地集群无线电系统），是欧洲电信标准组织（ETSI）制定的数字集群通信系统标准；DIMRS（Digital Integrated Mobile Radio System，数字综合移动无线电系统）为加拿大提出的工作频率在800MHz的集群通信系统标准；IDRA
（International Digital Radio Association，国际数字无线电协会）为日本无线电工商业协会（ARIB）提出的工作频率为1.5GHz的集群通信系统标准；Geotek 是以色列的一家研究所RAEAE和一家名为Powerspectrum Technology公司共同研制的基于跳频多址（FHMA）新技术的集群通信系统标准，并联合美国的Geotek公司共同生产。

这7项标准中：APCO 25、Tetrapol、EDACS等三项为采用频分复用（FDMA）技术的标准；TETRA、DIMRS、IDRA等三项为采用时分复用（TDMA）技术的标准；而Geotek为采用跳频多址（FHMA）技术的标准。

另外，按应用场合划分，DIMRS、IDRA 和FHMA三个标准主要是供公网应用；APCO 25、Tetrapol、EDACS及TETRA等则可以同时符合公网和专网的应用。

（2）我国的集群通信系统标准
为推动集群通信系统在我国的建设和应用，2000年12月28日，信息产业部正式批准发布了SJ/T 11228--2000《数字集群移动通信系统体制》的电子行业推荐标准。

标准主要参照国际标准TETRA（体制A）和Motorola公司提出的美国国家标准iDEN（体制B），确定了两种集群通信体制。

体制A面向专用调度和共用集群通信网，体制B主要适用于共用集群通信网。

同时标准规定了集群通信系统的工作频段为806MHz～821MHz/851MHz～866MHz，双工频率间隔为45 MHz。

三、集群通信系统的发展方向
早期的专用移动通信主要由点对点无线电对讲机来完成，在上世纪80年代初发展成为单频道、单基地台的模拟系统，但只能提供语音通信功能；后来通过不断发展，形成了多频道、单基地台系统，可以利用多频道提供话音及非话音业务，且功能日益增多；在引入多频道共享技术之后的1985年发展成为第一代模拟集群通信系统，即多频道共享的单基地台或多基地台通信系统，并于1987年投入商用。

多频道集群通信系统的控制器由几个信道形成一群，自动搜索可用信道给用户使用，因此，多频道集群通信系统平均每频道可提供的用户数较多且效率也较高。

随着数字技术的发展，集群通信系统已经开始向第二代的数字技术发展，其频谱利用率比模拟系统大为提高，且具有更大的容量。

为了更进一步提高频率使用率，集群通信系统出现了将多个集群系统结合在一起统一管理，共用频道和信道，共享覆盖区域，通信业务共担费用等朝着公众使用的方向发展。

现代的集群通信系统除了具有通话功能之外，还有命令传输、遥测、遥控等功能。

目前市场上较为成功的数字集群通信系统主要有欧洲的TETRA和美国的APCO25两个标准，TETRA的相关厂商在结合无线应用协议、网际网络协议的各个方向表现出积极
的态度，相当具有发展潜力；而APCO 25的空中接口有两大特色，一是具有很强的纠错能力，增强了通信范围，二是持续性的传送识别码及同步加密资料。

从新发展的集群通信系统标准如TETRA及APOC 25可以看出，数字集群通信系统发展的一个方向是：在传统移动通信的调度功能之外，还提供了类似公用移动电话系统的双工通话和短信服务（SMS），可在多基地台覆盖范围漫游，甚至具有越区切换等功能；除此之外，高速数据通信能力的强化、与IP网络的整合等，也是集群通信系统非常重要的发展方向。