数字集群通信系统iDEN的研究

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　集群通信是实现移动中指挥调度通信最有效的手段之一，也是指挥调度最重要的通信方式之一。它是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能的移动通信系统。

　　集群通信系统诞生于20世纪70年代，最早的集群通信是模拟系统，数字集群技术于20世纪90年代中期在全球范围内兴起，90年代末期在中国出现数字集群网络。信息产业部于2000年12月28日发布了我国《数字集群移动通信系统体制》(SJ/T11228-2000)标准，这是一项电子行业推荐性的部颁标准，在该标准中确定了TETRA系统和iDEN系统两种体制。其中iDEN(Integrated digital enhanced network)是美国标准，代表厂商是摩托罗拉，主要适用于共用集群通信网。为了规范我国集群通信市场，有必要制定我国自己的国家标准。目前我国计划制定的iDEN相关标准有：数字集群(iDEN)网络设备规范、数字集群(iDEN)终端设备规范、数字集群(iDEN)网络设备测试规范、数字集群(iDEN)终端设备测试规范。

　　iDEN是基于数字蜂窝网络的集群通信系统，它提供集群呼叫方式，以及传统的蜂窝语音和数据业务。本文主要参考四个数字集群(iDEN)规范，对iDEN数字集群通信系统结构、基本技术要求、提供的业务进行介绍，并展望了iDEN数字集群通信系统在我国的发展前景。

二、系统结构

　　iDEN数字集群系统主要由基站子系统、电话互联呼叫处理子系统、调度呼叫处理子系统、分组数据处理子系统以及操作维护中心(OMC)组成。其网络逻辑功能模型如图所示。

　　基站子系统包括基站和数宁交叉器(DACS)，负责与移动台的无线连接以及与电话互联呼叫处理子系统、调度呼叫处理了系统、分组数据处理子系统的数据连接。

　　电话互联呼叫处理子系统包括基站控制器、移动变换机(MSC)/VLR、HLR、短消息业务中心、语音信箱系统、互通功能(IWF)等功能实体，与基站子系统一起负责对蜂窝电话、短消息、和电路交换数据的处理。MSC通常与VLR合设在同一物理实体中，HLR既可单独设置，也可与MSC合设。短消息业务中心、语音信箱系统是可选功能实体。

　　调度呼叫处理子系统包括分组交换机、调度应用处理器(DAP)/D-VLR、D-HLR、数据包复制器等功能实体，与基站子系统一起负责调度呼叫的处理。调度应用处理器和D-VLR合设于同一物理实体中，D-HLR既可单独设置，也可与调度应用处理器合设。

　　分组数据处理子系统包括移动数据网关，与调度呼叫处理子系统、基站子系统起为移动台提供接入因特网的服务。

　　操作维护中心(OMC)网络设备管理子系统，负责列基站、基站控制器、数据包复制器、调度应用处理器/D-VLR、移动数据网关、D-HLR的操作维护管理。

三、基本技术要求

　　我国规定的数字集群通信系统的工作频段为800MHz频段。其中基站：TX：851～866MHz RX：806～821MHz；移动台TX：806～821MHz RX：851～866MHz，其收发双工间隔为45MHz。iDEN数字集群系统采用时分多址TDMA技术，信道带宽为25kHz。其调制方式为M-16QAM(Multiple-16Point Quadrature Amplitude Modulation)，这种调制方式频谱利用率高，使25kHz信道具有传输64kbit/s信息的能力。其话音编码采用的是矢量和激励线性预测编码VSELP技术，这种编码可以在较低的码速情况下仍保持较高的话音质量，它使得iDEN系统在每载波25kHz的宽度下可传六路话音。iDEN系统为了保证数据的准确传输，信道检错编码采用了循环冗余校验码CRC，信道纠错编码采用多码率格形前向纠错码。

　　iDEN数字集群系统的接口包括空中接口、Mobis接口、A接口、MAP接口、ID接口。空中接口为基站与移动台间的接口，它按照物理层、MAC层、逻辑链路层分别进行了定义。Mobis接口为基站与基站控制器间的接口。A接口为基站控制器和移动交换机间的接口，它是在GSM系统A接口的基础上进行了必要的修改。MAP接口包括HLR与GMSC间接口、VLR与HLR间接口、MSC间接口、VLR间接口，它是在GSM系统MAP接口的基础上进行了必要的修改。ID接口为基站与调度处理子系统间的接口。

　　iDEN的安全要求有鉴权、TMSI（临时户识别码）和权限限制。系统通过鉴权过程来识别合法的移动台，允许其接入系统并提供服务。TMSI用在无线链路上对IMSI(用户识别码)的保护，MSC和移动台应都能支持TMSI。为保证集群系统的可靠性和安全性，防止无权限的合法移动台获得保密级别更高的信息，iDEN数字集群系统采用多级识别码区分移动台的权限，系统通过分配给移动台不同的大组用户识别码、组呼用户识别码和单呼用户识别码来定义移动台的权限和可接入的业务，从而保证信息在相应级别的组/用户间安全的传送。

　　同步和定时是TDMA移动通信系统正常工作的前提。因为通信双方只允许在规定的时隙中发送信号和接收信号，因而必须在严格的帧同步、时隙同步和比特位同步的条件下进行工作。iDEN数字集群系统采用的是TDMA技术，所以同步是iDEN数字集群系统的一项重要功能。iDEN系统引入了全球定位系统GPS(Global Position system)作为全网统一的时间标准，GPS精确的定时信号可使网络完全同步。所有频率和时间均锁定在高稳定性的参考基准GPS上。时间基准锁定在全系统的基准上。频率基准则由基站提供，移动台则锁定在基站发出的基准上。

四、业务

　　iDEN数字集群系统可向用户提供以下几类业务：电话互联呼叫业务、调度呼叫业务和分组数据业务。其中调度呼叫业务是iDEN数字集群系统的基本业务，电话互联呼叫业务和分组数据业务应可根据运营者和用户的需求向用户提供。

　　电话互联呼叫业务分为电信业务、承载业务和补充业务。电信业务要求系统应能向移动用户提供与本系统移动用户、PSTN(公共交换电话网络)用户、PLMN(公共陆地移动网络)用户之间的全自动电话业务，同时应能向移动用户提供移动用户始发、移动用户接收的长度不大于140字节的短信息业务。承载业务要求系统应能向移动用户提供速率为4.8kbt/s的电路交换数据业务，通过一个射频载波的两个时隙支持9.6kbit/s内电路交换数据业务是可选项。补充业务要求系统应支持呼叫等待、呼叫保持、无条件呼叫前转、遇忙呼叫前转、用户无应答呼叫前转、主叫号码识别、被叫号码识别等几类补充业务。

　　调度呼叫业务也分为电信业务、承载业务和补充业务。系统支持如下调度呼叫类型的电信业务：首先是单呼，单呼也支持同一大组内两个移动台间的一对一调度呼叫，可选地，可支持跨大组的两个移动台间一对一调度呼叫。其次是组呼，组呼有三类：一是本服务区组呼，组呼发起者所在服务区内同组用户以及调度台参与此次组呼，二是选择服务区组呼，组呼发起者所在服务区内同组用户以及组签约所选择服务区内同组用户参与此次组呼；三是广域组呼，组呼发起者的同组用户均参与此次组呼。系统支持的调度呼叫类型的承载业务有移动台状态信息和呼叫提示。移动台通过向同一大组中的移动台发送预先定义的8 bit(或更长)状态码来获得移动台状态信息。呼叫提示是一个调度呼叫请求，主叫用户机选择呼叫提示模式并输入被叫用户机的个人识别码，或存列表中选择被叫用户的别名，发出呼叫提示信息，成功发送后主叫用户机收到确认，被叫用户机则提供声光提示。系统应支持以下调度呼叫类型的补充业务：紧急呼叫是一种最高优先级的组呼，移动台可发起一个紧急呼叫或将一个进行中的组呼升级为紧急呼叫，紧急呼叫优先获得网络资源，在必要时可中断正在进行中的普通调度呼叫；接入优先级是在系统繁忙的时候，呼叫根据优先级进行排队，优先级包括15个等级，级别高约用户在系统资源的占用上具有优先权，多通话组扫描允许用户作为一个人组中最多4个通话小组的成员，在选定的一个通话小组的同时，监控并参与另外3个通话小组的通话，用户可利用模式转换改变其目前所选定的通话小组，以及另外3个监控的小组，用户也可通过操作取消该扫描功能。

　　分组数据业务通过iDEN数字集群系统与外界数据网共同为用户提供。该业务采用无连接分组数据方式，利用移动IP协议从一个源节点向一个或多目的节点传送数据包。在分组数据业务中，iDEN采用时隙的动态组合来传输数据，一个用户可可用多个业务信道(时隙)，也可多个用户享用一个信道(时隙)，使资源得到充分利用。

五、发展前景

　　作为一种相当成熟的商用数字集群技术，iDEN的全球用户已经超过1100万，仅在美国，iDEN就覆盖了22亿人口的庞大区域。iDEN在国内商业集群市场上的表现同样相当不俗。在深圳，运用iDEN技术建设的交通通信服务网给出租、公交、物流、交通执法稽查乃至市政服务等众多企事业单位搭建了一个高效的共用指挥调度平台，为深圳市交通通信服务水平的提高做出了实质性贡献。在上海，全国规模最大、技术最先进、功能最全的数字集群商业共网-联通国脉iDEN系统覆盖了上海各类人口密集区域、所有的交通干线以及主要的高速公路，其集电话互联呼叫业务、调度呼叫业务和分组数据业务为一体的服务功能为上海的商业用户提供协调团队管理、提高工作效率的又一利器。目前中国卫通已开始在天津、济南、南京二地建发800MHz iDEN数字集群商用实验网。2004年初摩托罗拉在美国为中国市场度身定做了全球首款中文界面的数字集群终端产品“一键通”。随着2008年奥运会的到来，在指挥调度及成本方面都极具优势的数字集群通信将会得到更大的发展。数字集群技术必将成为“数字奥运”的主流。可以预见，未来几年内，借奥运会的东风，数字集群通信将会有一块更广阔的市场空间。