集群通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介及主要技術(shù)介紹

摘要　集群通信系統(tǒng)是當(dāng)今發(fā)展迅速的一種專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，本文介紹了集群通信系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和發(fā)展，以及集群通信的幾種主要技術(shù)類型。

關(guān)鍵字　集群　TETRA　iDEN　GoTa

　　移動(dòng)通信是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用最廣和技術(shù)最前沿的通信領(lǐng)域之一。移動(dòng)通信分為公眾移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信，公眾移動(dòng)通信與公眾的生活密切相關(guān)，大家都很熟悉；與公眾移動(dòng)通信發(fā)展相對(duì)應(yīng)，專用移動(dòng)通信亦有其重要的市場(chǎng)定位和需求。

　　集群通信系統(tǒng)是一種用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要應(yīng)用在專業(yè)移動(dòng)通信領(lǐng)域。該系統(tǒng)具有的可用信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動(dòng)選擇信道功能，它是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)。

　　集群通信系統(tǒng)的組成與公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)類似，但是又有自己的特點(diǎn)。它由基站，移動(dòng)臺(tái)，調(diào)度臺(tái)以及控制中心組成�；�站由若干基本無(wú)線收發(fā)信機(jī)、天線共用器、天饋線系統(tǒng)和電源等設(shè)備組成，天線共用器包括發(fā)信合路器和接收多路分路器，天饋線系統(tǒng)包括接收天線、發(fā)射天線和饋線；移動(dòng)臺(tái)是用于運(yùn)行中或停留在某未定地點(diǎn)進(jìn)行通信的用戶臺(tái)，它包括車載臺(tái)、便攜臺(tái)的手持臺(tái)，由收發(fā)信機(jī)、控制單元、天饋線(或雙工臺(tái))和電源組成；調(diào)度臺(tái)是能對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行指揮、調(diào)度和管理的設(shè)備，分有線和無(wú)線調(diào)度臺(tái)兩種，無(wú)線調(diào)度臺(tái)由收發(fā)機(jī)、控制單元、天饋線(或雙工臺(tái))、電源和操作臺(tái)組成，有線調(diào)度臺(tái)只有操作臺(tái)；控制中心包括系統(tǒng)控制器、系統(tǒng)管理終端和電源等設(shè)備，它主要控制和管理整個(gè)集群通信系統(tǒng)的運(yùn)行、交換和接續(xù)，它由接口電源、交換矩陣、集群控制邏輯電路、有線接口電路、監(jiān)控系統(tǒng)、電源和微機(jī)組成。

　　集群通信的最大特點(diǎn)是話音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無(wú)需摘機(jī)即可接聽，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能，它的運(yùn)作方式以單工、半雙工為主，主要采用信道動(dòng)態(tài)分配方式，并且用戶具有不同的優(yōu)先等級(jí)和特殊功能，通信時(shí)可以一呼百應(yīng)。

　　隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，集群通信系統(tǒng)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為數(shù)字集群通信系統(tǒng)，數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號(hào)抗信道衰落的能力，使無(wú)線傳輸質(zhì)量變好，即提高了話音質(zhì)量；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，對(duì)數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，保密性也有很大改善；另外，數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說(shuō)除數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等，由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)，容易實(shí)現(xiàn)與綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)ISDN、PSTN、PDN等接口的互聯(lián)，因此極大的提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能；最后，數(shù)字集群移動(dòng)通信網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)更加有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理與控制，在數(shù)字集群網(wǎng)中，用戶話音比特源中插入控制比特比較容易實(shí)現(xiàn)，即信令和用戶信息統(tǒng)一成數(shù)字信號(hào)，這種一致性克服模擬網(wǎng)的不足，給數(shù)字集群系統(tǒng)帶來(lái)極大的好處。

　　1998年3月，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)根據(jù)各國(guó)提交的集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定了APCO 25、Tetrapo1、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、FHMA等7個(gè)數(shù)字集群通信系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中，APCO 25、Tetrapo1、EDACS等3個(gè)為頻分復(fù)用(FDMA)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，TETRA、DIMRS(后來(lái)改名為iDEN)、IDRA等3個(gè)為時(shí)分復(fù)用(TDMA)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)HMA為采用跳頻多址技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。從目前的應(yīng)用來(lái)看，TETRA和iDEN兩個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛，另外由中國(guó)中興通訊提出的GoTa技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越成熟，填補(bǔ)了中國(guó)在集群通信領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空白，下面針對(duì)這三種技術(shù)逐一進(jìn)行介紹：

　　TETRA標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)研究所(ETSI)于1995年正式確定，自從公布以來(lái)，一直在進(jìn)行不斷的修訂和完善，并在原有的基礎(chǔ)上增加了一些新的標(biāo)準(zhǔn)。它是一種基于數(shù)字時(shí)分復(fù)用(TDMA)技術(shù)的無(wú)線集群移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，定義了一系列開放接口、呼叫服務(wù)和協(xié)議，它不僅提供了數(shù)字化的一對(duì)一全雙工移動(dòng)電話服務(wù)，還可以提供短數(shù)據(jù)信息服務(wù)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)以及一對(duì)多群、組的調(diào)度功能。TETRA系統(tǒng)特別適合于作為公安、消防、急救中心、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭、鐵路運(yùn)輸、出租汽車和公共汽車調(diào)度、城市地鐵、高速公路管理、城市交通管理、電力、防洪、石油、供熱、天然氣輸送等部門使用的、集全雙工移動(dòng)電話、調(diào)度組呼、移動(dòng)數(shù)據(jù)等功能為一體的綜合移動(dòng)通信平臺(tái)。由于大量采用數(shù)字處理技術(shù)，TETRA系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、具有更高的頻率利用效率、具有通信質(zhì)量更加均勻的覆蓋范圍。TETRA系統(tǒng)還支持功能強(qiáng)大的移動(dòng)臺(tái)脫網(wǎng)直通(DMO)模式。在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，TETRA系統(tǒng)將每個(gè)25KHz載波分為4個(gè)時(shí)隙，從而使每個(gè)25KHz載波同時(shí)支持4路話音或數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于進(jìn)行慢速掃描圖像傳輸、靜止圖像傳輸、收發(fā)電子郵件、收發(fā)高分辨率傳真、文件發(fā)送等多種數(shù)據(jù)傳輸，也可以與因特網(wǎng)互聯(lián)；在TETRA系統(tǒng)中每個(gè)用戶信道的通信能力為7.2kb/s，每載波總通信速率最高可達(dá)28.8kb/s；TETRA系統(tǒng)在一個(gè)載波內(nèi)可以容納四個(gè)時(shí)分信道，話音和數(shù)據(jù)可以在不同的時(shí)隙被接收和發(fā)送，無(wú)線電頻譜的利用率高；TETRA系統(tǒng)還具有語(yǔ)音和數(shù)據(jù)加密功能，TETRA標(biāo)準(zhǔn)本身包括對(duì)空中接口的加密措施，這可以有效地防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)，防止對(duì)空中無(wú)線電信息進(jìn)行非法攔截；另外由于采用開放的TETRA標(biāo)準(zhǔn)允許來(lái)自多個(gè)設(shè)備制造商的不同產(chǎn)品工作在同一個(gè)TRETRA數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于它標(biāo)準(zhǔn)公開，技術(shù)先進(jìn)，功能豐富，逐漸被世界許多國(guó)家所接受，該標(biāo)準(zhǔn)也像GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)一樣，從一個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)逐漸成為一個(gè)走向世界的國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)，在中國(guó)TETRA已經(jīng)被接受為數(shù)字集群行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在美國(guó)，TETRA已作為APCO TDMA標(biāo)準(zhǔn)之一，另外俄羅斯也把它作為標(biāo)準(zhǔn)，截止到2004年7月，TETRA已經(jīng)在全球65個(gè)國(guó)家簽署了505個(gè)合同。歐洲和歐洲自由貿(mào)易地域的大部分國(guó)家已經(jīng)建設(shè)和使用TETRA標(biāo)準(zhǔn)。2005年初，信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所組織了北京集群政務(wù)網(wǎng)終端測(cè)試，測(cè)試在北京正通數(shù)字集群平臺(tái)上進(jìn)行，正通網(wǎng)使用TETRA系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果非常理想，為支持北京市政府開展奧運(yùn)準(zhǔn)備工作打下了良好的基礎(chǔ)。

　　IDEN系統(tǒng)是于1994年在美國(guó)洛杉磯由摩托羅拉公司推出的集數(shù)字話音傳輸為一體的綜合數(shù)字集群通信系統(tǒng)，采用TDMA技術(shù)，使得在25kHz信道上可以同時(shí)傳送6路數(shù)字話，并可動(dòng)態(tài)分配帶寬，再加之頻率復(fù)用技術(shù)和蜂窩組網(wǎng)技術(shù)，從而使得有限頻點(diǎn)的集群通信網(wǎng)具有大容量、大覆蓋區(qū)、高保密和高通話清晰度的特點(diǎn)。該系統(tǒng)具有蜂窩無(wú)線電話、調(diào)度通信、無(wú)線尋呼臺(tái)及無(wú)線數(shù)傳功能。iDEN數(shù)字集群系統(tǒng)使用的語(yǔ)音編碼技術(shù)是先進(jìn)的矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼技術(shù)(VSELP)。它將30ms的語(yǔ)音作為一個(gè)編碼子幀，得到126比特的語(yǔ)音編碼輸出，即信源編碼速率為4.2kbit/s，再加上3.2kbit/s采用多碼率格形前向糾錯(cuò)碼，形成7.4kbit/s的數(shù)據(jù)流，使信號(hào)電平在較高或較低的輸出情況下，都可改善音頻質(zhì)量，得到高質(zhì)量的話音輸出信號(hào)。在系統(tǒng)覆蓋范圍的邊緣地區(qū)，VSELP改善話音信號(hào)的效果更好；它的調(diào)制技術(shù)采用M-16QAM調(diào)制，是專門為數(shù)字集群系統(tǒng)開發(fā)的一種調(diào)制技術(shù)，具有線性頻譜，使25kHz信道能傳輸64kbit/s的信息而且該種調(diào)制方式還可以克服時(shí)間擴(kuò)散所產(chǎn)生的不利影響；iDEN數(shù)字集群系統(tǒng)采用了前向糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)，在譯碼時(shí)自動(dòng)地糾正傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，當(dāng)某一幀的數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失時(shí)，用FEC不能重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)，則使用自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ)技術(shù)，能確認(rèn)沒(méi)有收到的數(shù)據(jù)，并要求重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)。iDEN系統(tǒng)從1994年問(wèn)世，通過(guò)約3年的推廣，相繼在北美、南美及亞洲13個(gè)國(guó)家投入商用。在運(yùn)營(yíng)商和最終用戶反饋的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和完善，于1997年底進(jìn)入成熟期。iDEN系統(tǒng)在全球許多地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，用戶總數(shù)已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)，覆蓋的區(qū)域遍及亞洲的日本、韓國(guó)、菲律賓、新加坡、關(guān)島、以色列以及美洲的美國(guó)、加拿大、墨西哥、哥倫比亞、巴西、阿根廷和秘魯?shù)葒?guó)家。

　　GoTa是中興通訊自主推出的基于CDMA技術(shù)，面向未來(lái)技術(shù)演進(jìn)的新一代數(shù)字集群通信系統(tǒng)，GoTa的含義是開放式集群架構(gòu)(Global Open Trunking Architecture)，是為滿足數(shù)字集群通信專網(wǎng)和共網(wǎng)用戶的需要而開發(fā)的系統(tǒng)，它可以提供共網(wǎng)集群和專業(yè)調(diào)度統(tǒng)一的業(yè)務(wù)模式，提高網(wǎng)絡(luò)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力，吸引更多專業(yè)和社會(huì)集群用戶入網(wǎng)，創(chuàng)造更多運(yùn)營(yíng)收入，由于GoTa系統(tǒng)采用CDMA技術(shù)，通過(guò)對(duì)空中接口進(jìn)行改造和優(yōu)化，使其適應(yīng)數(shù)字集群業(yè)務(wù)需求，具有容量大，覆蓋面廣，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，除了基本集群調(diào)度業(yè)務(wù)，GoTa還提供成熟完善的移動(dòng)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，包括基本電信業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)(153.6kbit/s)業(yè)務(wù)，另外還可以實(shí)現(xiàn)集團(tuán)虛擬專用網(wǎng)(VPN)的功能，最終用戶可以管理其終端用戶的終端設(shè)備配置，包括開戶，增加新服務(wù)，更改調(diào)度私密號(hào)、組號(hào)、電話號(hào)碼，重新編組，隨時(shí)取得詳細(xì)通話清單和使用統(tǒng)計(jì)等。GoTa系統(tǒng)集群業(yè)務(wù)主要包括一對(duì)一私密呼叫，一對(duì)多群組呼叫，動(dòng)態(tài)重組，強(qiáng)拆強(qiáng)插，遲后接入，呼叫顯示，通話提示，呼叫前轉(zhuǎn)等等；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，消息類業(yè)務(wù)以及定位業(yè)務(wù)等等。在信息產(chǎn)業(yè)部的部署下，中國(guó)鐵通在沈陽(yáng)，長(zhǎng)春，重慶等地開展了數(shù)字集群商用試驗(yàn)，由中興通訊在中國(guó)鐵通遼寧分公司開通的實(shí)驗(yàn)局順利通過(guò)了信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所的MTNet實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。由信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布的《基于CDMA技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)總體技術(shù)要求》，GoTa系統(tǒng)是唯一符合該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字集群產(chǎn)品，它填補(bǔ)了中國(guó)在集群通信領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空白，對(duì)中國(guó)通信企業(yè)掌握核心技術(shù)，取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)具有重要意義。有理由相信，隨著時(shí)間的不斷演進(jìn)，我國(guó)的集群通信必將有著廣闊的發(fā)展空間!