我国集群通信发展现状综述

zjol

摘要　本文围绕国内集群通信的发展，介绍了集群应用情况，对现有集群技术进行了适用性分析，并重点阐述了我国GT800集群新技术的适用性，最后对发展我国集群新技术的意义进行了说明。
l　国内集群应用简介
　　1.1　当前发展情况
早在公众移动通信规模发展之前，无线通信一直应用在各专业领域。近年来公众移动通信取得了长足发展，专业移动通信应用却相对滞后，这种情况常为人所忽视。现阶段正在使用的专用无线通信系统包括常规对讲、模拟集群、数字集群等多种技术，归纳起来有以下特点：技术相对落后、业务单一、应用面较窄等。随着社会的进步，现有技术已远远不能满足专用移动市场的需求。虽然也有为数不多的数字集群系统应用，但存在设备价格高、稳定性差、业务不够丰富、售后支持有限等不足，严重制约了国内集群应用的发展。
　　1.2　制约因素分析
　　目前国内使用的集群系统多为模拟系统，数字集群的应用有限。作为我国电子行业推荐标准的TETRA和iDEN两种体制，目前在国内都没有得到大规模应用，其原因很多。可以从以下几个方面进行分析：
　　(1)开放性
　　TETRA和iDEN这两种技术开放性有限，只有少数国外厂商提供，不利于多厂家竞争，使得网络及终端设备价格居高不下，妨碍在国内的应用。
　　(2)完备性
　　由于完备性方面的限制，导致不同厂家的TETRA系统无法互联，而iDEN技术集群特性不够突出，也不适合中小规模专网应用。
　　(3)业务方面
　　现有TETRA设备提供业务有限，未能很好地实现TETRA标准所规定的业务；iDEN设备定位于普通的群组业务提供，集群业务不够丰富；限制了这两种技术在国内的发展。
　　(4)设备商
　　由于制造商投入不够，现有系统存在稳定性差、售后支持有限、可用业务少的缺点。实际应用中难以很好满足需求。
　　(5)适应性
　　制约国内集群发展的另外一个重要原因是集群系统面对的是行业用户市场，需求多样。为行业用户提供个性化解决方案的能力非常重要，TETRA和iDEN这两种技术在这方面都有所欠缺。
　　1.3　国内市场需求分析
　　国内数字集群如何发展，是许多专家、学者探讨多年的问题，也是一个极为复杂的问题。就需求而言，概括起来，国内对数字集群的基本要求主要有以下几个方面：
　　(1)满足业务、特性需求；
　　(2)安全性，可靠性突出；
　　(3)组网方式灵活，网络覆盖满足要求；
　　(4)合适的价格，满足国内大发展的需要。
　　华为公司基于以上需求，面向国内市场，提出了GT800数字集群新技术，并与国内外移动通信制造厂家，共同制定我国自己的GT800数字集群标准，以推进国内集群应用的大发展。
2　国内现有数字集群技术分析
　　2.1　TERA技术
　　TETRA是欧洲ETSI制定的数字集群标准。TETRA大量借鉴了GSM的概念，基于TDMA方式，采用与GSM类似的逻辑信道，载波带宽25kHz，分4个时隙，调制方式为π/4DQPSK,支持蜂窝式的连续覆盖。TETRA标准在指挥调度方面考虑的较多，定义了不同的网络工作方式，规定了话音、电路数据、短数据消息、分组数据等业务，以及多种附加业务。网络内部接口没有标准化，对外互联技术也未完全公开，规范的完备性方面也有欠缺。
　　TETRA标准的Release Ⅱ还处于制订阶段。
　　TETRA设备方面，不同厂家的系统还无法实现互联互通，不同网络之间的用户和业务的互通还存在很多问题，无法异地漫游。
　　从国内需求角度来看，TETR技术存在以下问题：
　　(1)现有系统支持业务有限，难以很好满足专业用户需求：
　　(2)现有设备均为国外提供，安全性方面有难以克服的障碍；
　　(3)设备价高，不能满足国内专业用户价格方面需要。
　　2.2　iDEN技术
　　我国数字集群电子行业推荐标准中的体制B，即iDEN(集成数字增强型网络)系统是摩托罗拉公司研制和生产的一种数字集群移动通信系统，它的前身是MIRS系统，兼有双工电话互联、数据和短消息等功能，将数字调度通信和数字蜂窝通信综合在套系统之中。
　　iDEN是基于TDMA多址方式的调度通信/蜂窝电话集成系统。它在传统大区制调度通信基础上，大量吸收数字蜂窝通信系统的优点，增强了电话互联功能；采用小区复用蜂窝结构，提高了网络覆盖能力。iDEN系统采用高级调制技术M-16QAM，把每个25kHz信道分割成4个子信道，分6个时隙传输，每个时隙占时15ms。在每时隙之始设置同步码作时隙同步用，采用频分双工方式和4.2Kb/s的VSELP语音编码技术，支持调度、电话互联、电路数据/传真等业务。
　　目前国内的几个网络应用都不尽理想。从国内需求来看，iDEN存在以下不足
　　(1)现有系统支持业务，尤其是调度类业务有限，集群特性不突出；
　　(2)现有系统不支持加密，在安全性方面缺乏保障；
　　(3)组网方式单一，不够灵活，难以适合专网应用；
　　(4)缺乏多厂家竞争优势，未来演进不明确，不能满足国内市场对价格的要求。
3　国内数字集群新技术——GT800数字集群
　　3.1　GT800数字集群技术简介
　　华为公司综合考虑客户需求的急迫性、技术成熟度和可持续发展能力，提出了分阶段发展的我国GT800数字集群新技术。
　　第一阶段　以成熟的TDM技术为基础，围绕国内集群业务需求，对呼叫信令流程和网络结构进行针对性设计，提供快速呼叫、组呼、动态重组、优先级控制、遥开遥毙、环境监听、故障弱化、虚拟专网等业务特性，满足共网集群用户和专网应用需求；在数据传输方面采用GPRS技术满足需求。
　　第二阶段：继承第一阶段的业务特性，并引入TD-SCDMA技术提供高速数据业务和更高的系统容量，同时对网络和终端功能进行增强，提供端到端加密、终端直通等安全、保密方面的业务特性，进一步满足特殊行业用户的需求。
　　GT800数字集群系统基于GSM基本技术，通过FFN(功能号码节点)、GCR(组呼寄存器)、排队机等节点，为指挥调度提供更灵活的业务功能；通过针对行业用户的多种应用处理平台，满足专业用户数据的应用需求，克服了现有集群技术在数据应用方面的局限性。
　　另外，GT800与以往集群系统相比，增加用户接入管理平台，VPN客户可直接管理本集团用户，智能业务平台的引入对指挥调度应用扩充起到良好支撑；计费平台的建设使集群共网运营商能够采用更加灵活的运营方式来促进业务发展。
　　为满足国内市场需求，GT800进行了大量技术创新，形成了指挥调度业务、电话互联业务等完善的集群业务体系。指挥调度业务包括组呼、私密呼叫、语音广播、增强优先级呼叫、动态编组、强拆/强插、岗位号码寻址、基于位置的路由、开放信道呼叫、讲话方识别显示、迟后进入、呼叫报告、组内优先级、调度区域限制、呼叫提示、调度台核查呼叫、列表查询呼叫等，为行业用户的指挥调度应用提供良好的支撑。
　　电话互联业务包括双工一对一电信业务、承载业务和补充业务，以满足行业用户中部分成员对电话业务的需求。
3.2　GT800集群需求适应性分析
　　(1)丰富的业务功能，突出的集群特性
　　针对国内市场集群需求，GT800借鉴吸收已有集群通信的重要业务特性，结合电信技术的最新发展，提供比现有集群系统更加丰富的集群业务。GT800将智能网与数字集群系统相结合，使集群业务能力得到极大加强，从而使GT800能够更好地满足行业用户的指挥调度需求。GT800数字集群体制在第二阶段引入了TD-SCDMA技术，提供更高的数据传输速率，为今后业务应用的扩展在网络承载能力上提供充分保证。
　　GT800快速呼叫建立时间小于700毫秒，群组业务丰富适用，组内用户容量不受限制，并实现全方位的优先级管理，具有比现有系统更突出的集群优势，能够满足国内用户对集群业务和特性的需求。
　　(2)可靠的安全性保障
　　GT800数字集群核心芯片和关键算法完全由我国自主设计，核心技术全部自有，所需芯片提供均不受制约；GT800运行无需依赖GPS同步系统，从国家安全角度降低了对国外技术和系统的依赖；GT800支持空中接口加密及端对端加密，根据不同行业安全性的需求，提供不同级别的安全性保障；GT800支持集群、故障弱化、直通等多种系统工作方式，不仅保证了网络设备的高可靠性，还切实保证了专用移动通信系统的高度安全性。
　　(3)广域大区覆盖，组网方式灵活
　　GT800采用时分多址技术，具有突出的覆盖优势，稳定可靠，为专业用户提供有保障的集群通信业务。GT8D0覆盖能力强，通过技术增强，单基站覆盖半径超过70公里。覆盖范围与小区内用户容量、移动台与基站距离远近没有关系，不受“远近效应”等影响，稳定可靠，很好地满足了集群应用需求。
　　GT800组网方式灵活，根据集群业务的类别、容量等情况，可实现连续城区覆盖、线状覆盖或局部区域覆盖，还提供室内、隧道、海平面等多种覆盖方案，以满足集群共网、城市应急联动和专网集群组网要求，并可根据用户发展情况对网络进行调整，适合国内集群发展需要。
　　(4)可持续发展，推动国内集群应用
　　GT800基于GSM基本技术，成熟稳定。GT800产业链构筑在主流移动通信产业基础之上，具备了规模产业的成本优势，可以大幅度降低设备、终端、网络规划成本，为运营商、集团客户建设高性能价格比的集群网络奠定基础。
　　GT800数字集群体制在设计之初就确定了向下一代网络演进的方向，选择未来移动通信主流技术TD-SCDMA作为第二阶段无线接入技术。在阶段演进时，GT800技术体制采用双模终端、多接入网共存等方式，最大限度保护运营商和各专业客户的投资和用户体验。
　　GT800集群新技术的雄厚产业基础、低成本优势及国内多厂家合作，包括运营商和专业用户，将推动我国数字集群的大规模普及应用，实现引领我国数字集群领域的群体突破。
　　3.3　CDM技术集群应用可行性分析
　　CDMA属于自干扰系统，整个小区允许的无线总功率有限，通过精确的功率控制，CDMA系统可以获得较大的蜂窝用户容量，适用于在蜂窝系统中提供点到点服务。
　　现有CDMA技术针对“点到点”的蜂窝电话设计，如果要提供“点对多点”的集群业务，需要解决的第一个问题是组呼过程中的信道共享问题。对于TDMA技术，同一群组业务只需一对上下行业务信道，而对于现有CDMA技术，除了需要对上下行业务信道之外，对于群组业务所涉及的用户，还需要进行功率控制，占用下行的Walsh码资源，严重影响了网络容量。如果不共享信道，每个用户占用一组信道资源，即采用类似于会议电话方式，一方面严重浪费网络资源，另一方面严格限制了通话组数量及组内用户数量，不能适应集群应用。现有CDMA技术要实现真正的信道共享，目前还存在问题。
　　第二个需要解决的问题是功率控制。功率控制是一个矛盾体，在蜂窝系统中可以有效控制干扰，提高系统容量；但在集群系统中，因为通常情况下的组内各个用户，在小区内的分布不可能集中在个点，这就导致下行信道不能以较合适的功率发射；如果不进行功控，则会导致网络容量极度减少，并影响全网的稳定性。
　　另外一个问题是快速接入的实现。CDMA技术采用试探接入机制和分时隙寻呼模式，以减少干扰，延长手机电池使用时间，这样导致终端接入系统时间较长。为缩短呼叫接续时间，如果终端取消时隙模式进行连续信号解调，其耗电量将增加(大约为10倍)，终端将变得不可用；如果为减少接入时间，将试探接入变为直接采用最大功率发射，增加接入概率，这也会影响网络中其他用户的服务质量。
　　从目前各厂家在这方面的探索结果来看，还没有很好的办法来解决这些问题。
4　发展GT800集群新技术的意义
　　4.1　保障国家通信安全
　　数字集群系统特性之一是具有高度的安全性。政府、公共安全等部门对集群通信的信息安全性、系统可靠性都有很高的要求，国外集群系统在保证国内通信安全方面，有先天的缺陷。GT800数字集群技术为用户度身定做，提供满足国内需求的解决方案，可以有效地保证国家重要通信安全。和平时期，该系统应用于政府、国家安全等部门，保障国内通信安全自主，防止敌对势力包括恐怖分子的破坏；当形势发生逆转时，也只有我国自己的数字集群技术才能真正保证集群通信的机密性，避免安全隐患。
　　4.2　促进国民经济发展
　　上个世纪末，国内移动通信设备制造商就联合起来，进行数字集群标准的研究及产业化尝试，推动了我国数字集群事业的发展。时至今日，各厂家已在集群通信技术、产品和应用方面有相当积累，他们都积极要求发展我国自己的数字集群技术体制，提升我国移动通信技术创新和设备制造水平。通过GT800数字集群技术开发和应用，可增强我国移动通信制造业的竞争能力，摆脱目前的代工局面，深入核心技术的研发，提高我国移动通信技术层次；同样也能拉动第三方配套，如软、硬件开发和数据应用开发和集成能力。
　　从另一个角度看，由于集群系统多应用于国民经济重要部门，我国自主开发的GT800集群系统，可以推动集群通信的发展，普及专业集群应用，提高生产率，促进国民经济的发展。
　　4.3　促进移动通信技术创新
　　GT800是我国自己的数字集群新技术，打破了国外公司在数字集群领域的垄断；同时，GT800的可持续发展，也为技术创新提供了更广阔的天地，具有重要的技术创新意义。GT800的发展，不仅可以带动集群通信领域的一系列创新，也能促进我国TD-SCDMA的实用化，把我国数字集群技术推向国外，提升我国移动通信技术在国际上的地位。
5　结束语
　　现阶段，从已有标准来看，由于技术的不开放性，难以形成多厂家供货以及竞争性价格的集群产品；从国内已有数字集群系统来看，由于多方面因素制约，不能满足我国集群通信大发展的需求。因此，制定我国自己的、技术开放的GT800数字集群标准有重要意义，GT800数字集群新技术是未来集群技术发展的方向。