數(shù)字集群通信發(fā)展趨勢(shì)

柯海清

摘 要：數(shù)字集群是一種共享資源、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)，是全球應(yīng)用最為廣泛的專用調(diào)度通信系統(tǒng)。本文介紹了數(shù)字集群通信發(fā)展的情況，分析了存在的不足和發(fā)展趨勢(shì)，寬帶集群系統(tǒng)將成為數(shù)字集群演進(jìn)方向，同時(shí)介紹了基于TD-LTE的數(shù)字集群通信技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字集群；發(fā)展趨勢(shì)；TD-LTE

移動(dòng)通信系統(tǒng)按照應(yīng)用領(lǐng)域不同，可以分為公眾移動(dòng)通信以及專用移動(dòng)通信，本文主要研究的集群通信屬于專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字集群興起于20世紀(jì)末，是集語(yǔ)音調(diào)度、短消息收發(fā)、數(shù)據(jù)傳輸、圖像視頻傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的移動(dòng)通信技術(shù)。隨著數(shù)字集群業(yè)務(wù)發(fā)展，其對(duì)寬帶化的需求也不斷提升，趨向于組成集語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻于一體的多媒體寬帶集群融合網(wǎng)，更好地滿足行業(yè)用戶集群通信需求。

1 數(shù)字集群通信發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)體制及發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種全球應(yīng)用最為廣泛的專用調(diào)度通信系統(tǒng)。1998年3月，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）共制訂了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS（iDEN）、IDRA、Geotel等七種數(shù)字集群通信系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中TETRA和iDEN系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛。

在國(guó)內(nèi)原信息產(chǎn)業(yè)部于2000年12月正式確定了兩種數(shù)字集群體制，即TETRA（體制A）和iDEN（體制B），體制A面向?qū)Ｓ谜{(diào)度和共用集群通信網(wǎng)，體制B主要適用于公網(wǎng)集群通信網(wǎng)。公安部出自自身的應(yīng)用需求也頒發(fā)了350M TETRA標(biāo)準(zhǔn)。2004年6月，又補(bǔ)充制定了基于GSM技術(shù)的GT800和基于CDMA技術(shù)的GoTa兩種數(shù)字集群系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。隨著MPT1327模擬集群系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用過(guò)程中其固有缺陷與不足的不斷暴露，由公安部推出了一種新型體制PDT集群標(biāo)準(zhǔn)。

從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，在全球范圍內(nèi)，數(shù)字集群通信大部分情況下仍是作為集群通信專網(wǎng)使用，用戶量仍相對(duì)較小。

1.2 國(guó)外數(shù)字集群通信技術(shù)

1.2.1 TETRA 系統(tǒng)

數(shù)字集群領(lǐng)域最著名的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)屬歐洲的 TETRA（Terrestrial Trunked Radio System 表示陸地集群無(wú)線電系統(tǒng)），是一種基于數(shù)字時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)的集群通信系統(tǒng)，是由 ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織）制訂的標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)際上得到了廣泛應(yīng)用。由于 TETRA 系統(tǒng)的開(kāi)放程度較低，異廠商的產(chǎn)品互聯(lián)互通存在一定的問(wèn)題；終端價(jià)格和建網(wǎng)成本都比較高，這些都制約了 TEREA 系統(tǒng)的發(fā)展。

1.2.2 IDEN 系統(tǒng)

IDEN（綜合數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)）是由 MOTOROLA 公司研發(fā)的一種數(shù)字集群通信系統(tǒng)，主要市場(chǎng)在美洲和亞洲。由于IDEN系統(tǒng)是由 MOTOROLA 公司獨(dú)家研制，接口不開(kāi)放，終端成本和建網(wǎng)投資都比較高；IDEN 系統(tǒng)由于研發(fā)的年代比較早，其對(duì)新業(yè)務(wù)、新功能的支持能力也相對(duì)較弱。

1.3 國(guó)內(nèi)數(shù)字集群通信技術(shù)

在國(guó)內(nèi)數(shù)字集群通信現(xiàn)狀是 TETRA 和 IDEN 系統(tǒng)仍然占比較大，由于這兩個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格和成本偏高，且系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)性不高，我國(guó)自主研發(fā)了數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn) GT800系統(tǒng)和GOTA系統(tǒng)。

1.3.1 GOTA 系統(tǒng)

GOTA（Global open Trunking architectrue 全球開(kāi)放式集群架構(gòu)）數(shù)字集群通信系統(tǒng)，是中興通訊公司提出的基于集群共網(wǎng)應(yīng)用的集群技術(shù)，是世界上第一個(gè)基于CDMA2000技術(shù)的集群通信體制。GOTA系統(tǒng)具備信道共享、快速接續(xù)、頻譜利用率高、物美價(jià)廉等特點(diǎn)，順應(yīng)數(shù)字化信息時(shí)代客戶對(duì)多種多樣通訊手段的需求；適合大規(guī)模覆蓋，在性能和容量上更能滿足集群共網(wǎng)應(yīng)用的需要。

1.3.2 GT800系統(tǒng)

GT800系統(tǒng)是華為公司提出的以GSM技術(shù)和TD-SCDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字集群技術(shù)，可以滿足用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。GT800系統(tǒng)主要是面向國(guó)內(nèi)數(shù)字集群市場(chǎng)，通過(guò)對(duì)GPRS和TD-SCDMA進(jìn)行創(chuàng)新融合，為用戶提供大容量、高速率、高性能的集群業(yè)務(wù)和附加功能，適用于城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、集群公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、專網(wǎng)應(yīng)用等。

2 目前數(shù)字集群系統(tǒng)的不足

從實(shí)際應(yīng)用狀況統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前廣泛使用的數(shù)字集群通信技術(shù)集中支持語(yǔ)音和低速率數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，技術(shù)應(yīng)用遠(yuǎn)落后于公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)。

IDEN系統(tǒng)和TETRA 系統(tǒng)之間采取的是頻道相隔25kHz，GOTA系統(tǒng)頻率帶寬1.25MHz，GT800系統(tǒng)頻率帶寬為200kHz，都屬于窄帶通信技術(shù)。隨著視頻、圖片和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的興起，窄帶數(shù)字集群通信在數(shù)據(jù)傳輸能力方面和多媒體業(yè)務(wù)支持能力方面呈現(xiàn)不足，在覆蓋、容量和頻譜利用率方面都無(wú)法適應(yīng)實(shí)際需求的發(fā)展，制約了數(shù)字集群通信技術(shù)的應(yīng)用推廣。

3 數(shù)字集群通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前基于窄帶數(shù)字集群由于技術(shù)成熟、建網(wǎng)及維護(hù)成本低、單易用等優(yōu)勢(shì)，在集群通信市場(chǎng)仍然會(huì)有一定的生命周期。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用，集群通信對(duì)于通訊過(guò)程中“全面掌控、現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)”的需求日益激增，語(yǔ)音為主的窄帶集群系統(tǒng)，因在視頻、圖片等傳輸能力不足，面臨的系統(tǒng)性能與業(yè)務(wù)需求、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)應(yīng)用成熟度等多方面的壓力日益激增。

數(shù)字集群技術(shù)發(fā)展跟隨通信技術(shù)飛速更新?lián)Q代，也實(shí)現(xiàn)“跨越式”發(fā)展，逐漸趨向數(shù)據(jù)寬帶化、應(yīng)用多樣化、架構(gòu)全I(xiàn)P化、終端多模化等方向；寬帶數(shù)字集群技術(shù)替代窄帶通信技術(shù)成為了一種發(fā)展必然。寬帶數(shù)字集群技術(shù)基于不同的寬帶無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)一張網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)承載語(yǔ)音、高速數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)，并可將專業(yè)通信系統(tǒng)與內(nèi)部管理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成。

隨著LTE技術(shù)逐步成熟應(yīng)用于專網(wǎng)通信領(lǐng)域，數(shù)字集群通信行業(yè)技術(shù)應(yīng)用也“跳躍3G直奔4G”，基于LTE的寬帶集群系統(tǒng)成為數(shù)字集群的演進(jìn)主流方向。

4 基于TD-LTE 數(shù)字集群技術(shù)

4.1 TD-LTE 數(shù)字集群技術(shù)優(yōu)勢(shì)

TD-LTE是移動(dòng)通信主流標(biāo)準(zhǔn)之一，移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線接入融合的典范，基于TD-LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)不僅可以繼承TD-LTE 系統(tǒng)高速率、大帶寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，滿足現(xiàn)代集群通信網(wǎng)絡(luò)在容量、帶寬、傳輸速率和頻譜利用率等方面的需求，同時(shí)系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，可以和其他現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)互連互通；可滿足當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)行業(yè)發(fā)展需求。

2014年我國(guó)成立了寬帶集群B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟推動(dòng)寬帶集群的產(chǎn)業(yè)化和國(guó)際化，基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的寬帶集群已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識(shí)。我國(guó)于2015年制定了基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群通信標(biāo)準(zhǔn)，也為寬帶集群通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

TD-LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)在系統(tǒng)研發(fā)的自主性方面具有其他寬帶通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模發(fā)展，將大大降低TD-LTE用于寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的成本。同時(shí)TD-LTE后續(xù)演進(jìn)路線清晰，作為寬帶數(shù)字集群技術(shù)，可持續(xù)為行業(yè)發(fā)展提供完善的業(yè)務(wù)能力。

4.2 TD-LTE 數(shù)字集群通信關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 上行信道搶占技術(shù)

集群呼叫過(guò)程通常都是一發(fā)多收，即同一時(shí)刻只能有一個(gè)用戶獲得話語(yǔ)權(quán)成為講話方（占用上行信道，發(fā)送數(shù)據(jù)），其他用戶為接聽(tīng)方（占用下行信道，接收數(shù)據(jù)）。為此，上行信道搶占技術(shù)的關(guān)鍵是話權(quán)申請(qǐng)、話權(quán)搶占等功能，基于 TD-LTE 的資源分配和調(diào)度技術(shù)進(jìn)行必要的改進(jìn)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)上述功能。

4.2.2 快速呼叫建立技術(shù)

集群通信系統(tǒng)對(duì)呼叫時(shí)延的要求較高，一般所要求的時(shí)延在0.3s內(nèi)。通過(guò)對(duì) TD-LTE 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，結(jié)合上行信道搶占技術(shù)和下行信道共享技術(shù)，優(yōu)化呼叫接續(xù)流程，提高接續(xù)速度，滿足 PTT”按鍵即講”的呼叫接續(xù)要求；基于TD-LTE 的寬帶數(shù)字集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)話權(quán)申請(qǐng)/話權(quán)搶占小于0.2s，實(shí)現(xiàn)了更低的傳輸時(shí)延。

4.2.3 集群指揮調(diào)度技術(shù)

指揮調(diào)度功能是集群通信系統(tǒng)的主要功能，也是集群通信系統(tǒng)中最重要的應(yīng)用。集群的指揮調(diào)度包括組呼、廣播呼叫、緊急呼叫、不同優(yōu)先級(jí)別呼叫、動(dòng)態(tài)重組、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等特色功能?；?TD-LTE 的集群通信系統(tǒng)增加相應(yīng)的集群功能實(shí)體，可支持這些指揮調(diào)度功能。

4.3 基于 TD-LTE 數(shù)字集群通信方案

由于TD-LTE寬帶集群通信可采取獨(dú)立組網(wǎng)或基于公網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，兩者各有不同特點(diǎn)。基于 TD-LTE公網(wǎng)集群系統(tǒng)無(wú)需為集群通信完全獨(dú)立建網(wǎng)，在原有 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，集群的無(wú)線接入網(wǎng)可與TD-LTE公網(wǎng)的無(wú)線接入網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)資源，包括站址、天面等資源。公網(wǎng)集群核心網(wǎng)中集群調(diào)度功能與 TD-LTE 系統(tǒng)的 EPC（Evolved Packet Core）核心網(wǎng)互相獨(dú)立，從接入網(wǎng)之后分別走不同的通道?；?TD-LTE 的專網(wǎng)集群獨(dú)立規(guī)劃建設(shè)一個(gè)完整的端到端無(wú)線專網(wǎng)通信解決方案。

不論采取何種方案，必須結(jié)合現(xiàn)有集群通信系統(tǒng)現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)需求、技術(shù)應(yīng)用成熟度等情況，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、先進(jìn)性等方面全方位評(píng)估，長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，確保寬帶集群系統(tǒng)建設(shè)長(zhǎng)效支撐業(yè)務(wù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著行業(yè)信息化的發(fā)展，語(yǔ)音為主的窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)，在視頻、圖片等傳輸上存在的能力不足日益明顯，數(shù)字化、寬帶化、融合化成為數(shù)字集群通信發(fā)展的趨勢(shì)，寬帶數(shù)字集群技術(shù)必然會(huì)替代窄帶數(shù)字集群技術(shù)?；赥D-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)可在一張網(wǎng)絡(luò)上提供語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)，成為今后數(shù)字集群通信發(fā)展較好的選擇。

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