我国数字集群通信发展的几点考虑

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摘要　随着数字集群技术在全球的兴起，数字集群网络也越来越受到各方面的重视，本文介绍了集群通信的基本概念、应用领域，国内外数字集群通信系统的发展情况，并总结国内数字集群通信发展曾经遇到的问题，提出关于我国数字集群发展的几点考虑。

　　关键词　数字集群　共网　专网　民族产业

1、引言

　　数字集群技术从20世纪90年代中期在全球范围内兴起，如美国的NEXTEL公司集群网络的成功运营已经得到了广泛应用并取得了良好的社会和经济效益。在我国，随着社会和经济活动节奏加快、范围扩大以及信息传输量剧增，社会作为一个有机整体，更需要各方面的协调配合，许多专业团体对可用于广域调度指挥的集群通信网络的需求日益迫切，为我国发展集群通信系统提供了经济和市场基础。目前在我国，数字集群还属于新兴产业，尤其是缺乏民族产业化的基础。从目前的情况看，我国数字集群移动通信设备的商业化几乎还是空白，仍以引进为主。因此，无论从市场发展前景或市场发展机遇来看，大力发展我国数字集群的民族产业化的工作，提供更高性能价格比的数字集群系统，无论对设备制造商还是运营商在当前都是十分必要和紧迫的。

2、数字集群通信的定义和特点

　　国际无线电协商委员会(CCIR)将集群通信系统命名为“Trunking Communication System”，国外将其称为PMR(Private mobile Radio)或SMR(Specialized Mobile System)。我国曾将Trunking Communication System译为中继通信，1987年改译为集群移动通信系统，常称为集群通信系统或集群系统。

　　集群通信系统是多个用户(部门、群体)共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信系统。集群通信系统与公众的蜂窝移动系统相比具有呼叫接续快、群组内用户共享前向信道、半双工通信方式，PTT方式、支持私密呼叫和群组呼叫、呼叫和讲话时，需按住PTT键，被叫不需摘机。

　　由于集群通信系统具备特有的调度功能和组呼功能以及快速呼叫的特性，因此在专业通信领域发挥着巨大的作用，其主要应用范围包括对指挥调度功能要求较高的部门和企业，主要包括政府部门(如军队、公安部门、国家安全部门和紧急事件服务部门)、铁道、水利、电力、民航等单位。另外，随着经济的发展，出租、物流、物业管理和工厂制造业也越来越需要集群通信。集群通信正逐渐成为公众移动通信之外的一大专用通信系统。

　　集群系统与其他移动通信系统类似，也经历了从模拟系统到数字系统的发展过程。数字集群通信系统与模拟集群通信系统相比，采用了先进的数字信令方式，语音数字编码技术，先进的调制解调技术。在频谱利用率、抗无线信道衰落、保密性、业务支持等方面具有明显优势，能够提供指挥调度、电话互联、数据传输、短消息收发等多种业务，可以为一些要求通话建立速度快、通话成功率高的指挥调度领域和部门(如公安政法、消防等)提供有效的通信手段，具有较高的社会效益和经济效益。

　　集群通信系统根据应用方式的不同，可以分为共网集群系统和专网集群系统。集群专网是指由某一部门单独建设和维护，并仅在本部门内部使用的集群网络。集群共网则有运营商负责建设和维护，多个集团或部门可以通过VPN等方式共同使用网络，并实现一定的服务质量保证和优先级功能。

3、目前我国数字集群技术发展的现状

　　从数字集群通信的发展现状来看，集群产业处在初期发展阶段，与公众移动通信的发展规模相比，数字集群通信的规模处于远远落后的状态。同时，国内正在使用的数字集群通信系统完全采用国外的技术和设备，整个产业基本上处于被国外厂商垄断的状态。无论是TETRA系统还是iDEN系统，其标准的开放性不高，iDEN系统被摩托罗拉独家垄断，而TETRA系统虽然在空中接口可以做到兼容，但各个厂家系统之间不能实现互联互通，影响了TETRA系统的发展。这种状况造成的最直接的问题是终端和系统设备价格较高，系统维护、升级和扩容的成本高，在很大程度上限制了数字集群通信在我国的发展。

　　由于我国的集群通信市场存在着相当规模的市场和发展潜力，国内的多个电信设备制造商，如中兴、华为和大唐，都在大力研发数字集群通信设备，并已经研制出符合集群通信要求的数字集群系统设备。和目前较为成熟的国外几种集群技术所不同的是，这些系统具有很多中国企业的自主知识产权，系统的体系结构采用了目前更为先进和公开的移动通信技术，并在此基础上引入了自主专利技术，实现了数字集群系统的关键技术。与国外技术的垄断和相对封闭相比，国内厂家研制的集群系统可以完全公开并标准化。

　　在国内，目前能够提供完整的数字集群设备和终端系统的包括华为公司开发的基于GSM的数字集群通信系统(GT800系统)和中兴公司开发的基于CDMA的数字集群通信系统(GoTa系统)。基于TD-SCDMA的数字集群系统目前也在方案制订当中。为了验证国内集群技术的可行性和促进其在今后的发展，在信息产业部相关部门的领导下，进行国内数字集群技术的测试和标准制订工作，试验工作已经完成，并且发布了两个参考性技术文件(YDC)，分别是《基于CDMA技术的数字集群总体技术要求》和《基于GSM技术的数字集群总体技术要求》。

　　从技术的角度来讲，GoTa系统是基于cdma2000系统的基础上开发的，除了集群的一些关键技术和业务已经达到集群通信的要求并且与TETRA和iDEN的指标相当之外，在今后通信未来发展的潜力方面也比TETRA和iDEN存在更大的优势。对于GT800，则在GSM-R的基础上作了大量的改进工作以支持更多的业务和功能，计划在第二阶段的系统中基于TD-SCDMA系统开发。在未来数字集群通信的发展中，除了集群的话音通信模式与蜂窝通信有着较大差别外，在其他应用领域，如数据业务等众多功能，两者将越来越接近，以满足未来集群通信用户的综合需求。

4、我国发展数字集群通信的几点考虑

　　根据欧洲和美国的情况，计算集群通信的用户群与公众移动市场的比例值约为10%，虽然这一估计不一定符合我国的国情，但至少从一定程度上反映了我国集群通信发展与公众移动通信的规模相比是远远落后的。为了发展我国的数字集群通信产业，结合当前的集群发展现状以及过去集群发展过程中曾经遇到的问题，在我国发展数字集群通信中重点需要处理好以下几个方面的问题：

　　(1)如何处理蜂窝通信(公网)与集群通信之间的关系；

　　(2)集群通信专网和共网的关系如何处理，共网集群是否能够替代专网集群；

　　(3)如何更有效地分配和管理有限的集群频谱资源；

　　(4)如何支持民族产业的发展；

　　(5)集群通信网如何能够得到良好的运营，形成良好的产业链。

　　4.1　正确处理蜂窝通信(公网)与集群通信之间的关系

　　从表1可以看出，集群通信系统和公众移动通信系统各自的定位不同。从技术指标来看，集群通信系统的指标要求高于公众通信系统，支持的通信方式也比公众通信系统丰富，这就增加了系统的复杂程度，同时这些功能和技术指标，如组呼、快速呼叫建立对以点对点全双工通信的大众用户应用而言是没有必要的，因此两种系统在设计之初就定位于不同的用户群体，公众移动通信系统定位于普通大众用户，而集群系统通信系统定位于对指挥调度有需求的专业用户。虽然在技术上数字集群通信系统可以提供普通用户的点对点话音业务，但同目前已经得到大规模发展，全国覆盖率很高的公众移动通信网争夺大众用户市场来看，无论是从话费、网络投资成本上、终端类型的丰富程度上都无法与之竞争，因此我国发展集群通信系统应定位于专业用户。

　　随着公众移动通信技术的不断发展，在2.5G和3G系统上，一些厂家和标准组织提出了在GPRS，WCDMA和cdma2000网络中提供PTT业务，通常称之为PoC(PTT over Cellular)。PoC技术可以在网络提供点对多点的呼叫，同时呼叫建立时间也相对普通点对点呼叫有所提高。因此，一些观点认为，基于3G系统上实现PoC功能后，公共移动通信系统可以代替数字集群通信系统。同样，从表1的比较可以看出，到目前为止，在技术指标和功能实现上PoC还远不能满足专业用户别集群调度的功能要求，PoC功能只能作为在公共移动通信网中的一种增值业务应用提供给大众用户，而不能为专业用户提供调度功能和可靠的服务质量保证。


表1　集群系统与公众移动通信的区别





　





公众移动通信





集群通信




发挥的作用不同






满足移动通信要求面向个人用户






满足指挥调度需求面向行业用户



　

主要通信方式不同







点对点呼叫为主(全双工通信)





以点对多点的群组呼叫为主
点对点的半双工呼叫
点对点的全双工呼叫


　

信道占用方式




　

点对点通话，用户独占信道





点对多点通话，用户共享信道是集群的关键技术，要求一个组具有容纳多个用户的能力
要求一个小区内要具有同时支持多个大群组的能力



呼叫建立时间



一般几秒到十几秒



必须在1s之内完成组呼的呼叫建立


业务安全性



公众用户使用，业务安全性要求一般



行业用户使用，业务安全性要求较高


呼叫的优先级设置



基本相同



要求有多种业务优先级，组优先级，组内用户优先级


网络发展规范



广泛应用



规模较小


网络复杂程度



较低



较高





　　根据集群通信系统和公共移动通信系统二者的技术比较和发展现状可以看出，二者存在各自的发展空间。在公共移动通信系统已经大规模发展和激烈竞争背景下，集群通信系统与目前的公共移动通信系统定位同一用户群体显然是不切实际的。虽然以点对点通信为主的公共移动通信系统也在不断发展，已经能够提供支持点对多点的PoC功能，但还远没有达到集群通信系统支持的性能，也不能满足专业用户的要求，对于需要集群调度功能的专业用户群体而言，集群通信系统仍是目前惟一的选择。集群通信系统应把握好自身的定位，应以发展专业用户为定位目标，充分发挥专业移动通信网的功能。

　　4.2　正确处理集群通信专网和共网之间的关系

　　集群共网由运营商负责建设和维护，多个集团或部门可以通过VPN等方式共同使用网络，实现一定的服务质量保证和优先级功能。集群专网则是指由某一部门单独建设和维护，并仅在本部门内部使用的集群网络。

　　从图1可以看出，数字集群专网针对政府强力部门为主的用户提供服务(公安、消防、城市应急联动系统)应用，侧重的是社会效益。数字集群共网则定位于商用为主的应用(物业、油田、银行、大众)，侧重经济效益，兼顾社会效益。







图1　共网与专网的不同定位


　　数字集群共网与数字集群专网的不同之处在于：

　　(1)共网是一个商业性实体，由运营公司来运营，向用户提供服务，而不是仅供一个部门内部使用的专网；

　　(2)共网是以体现社会效益的基础上体现经济效益为主的，而专网主要是体现社会效益的；

　　(3)共网的用户范围分布面很广，专网的用户只限本部门；

　　(4)共网可以集中使用频率，使这些频率能为更多的用户范围服务，提高了频率利用率。

　　随着社会对于高效处理紧急突发事件、信息安全的要求不断提高，原来单一的话音通信已经完成了话音、图像和计算机数据的多媒体通信，各个行业或专业部门对通信的要求一方面在网络的传输与交换中在数字化的形势下趋于统一，另一方面又开始突破原有的单一性、不断出现日新月异的多种需求，加之频率资源的日趋紧张，如何提高频率利用率，实现资源的最佳配置，已经成为我们面临的首要任务。在这种情况下，数字集群的专网建设方式就存在着一定的不足和限制。从公众服务和公众安全角度来讲，共网与专网相比更能有效利用有限资源，加强应对紧急、突发事件的快速反应和抗风险的能力，提高管理效率。多个部门可以共享一个基础网络，可由运营商运营，提供集群、普通语音、数据等各种业务的综合服务，可以灵活的在多个部门之间进行统一调度，协同工作。

　　共网与专网相比，共网最大的优势是可以有效地利用各种资源，由运营商来专门运营维护网络基础设施，在提高网络运营的质量同时也将低了运营成本。但共网方式对一些通话质量和优先级要求很高的部门来说，可能难以满足要求，或者是需要付出很高的网络成本。图1中所示的涉及公共安全的消防、武警、公安、司法等部门，以及一些通信质量非常严格的企业如机场、铁路、地铁／轻轨等，这些部门往往是一些国家政府的强力部门，主要以体现社会效益为主，另外一些则是通信质量往往与交通人身安全密切相关的部门，这些部门对通话的要求是非常严格的，不允许出现网络阻塞、掉话甚至延迟或抖动。对于这些部门对通信的需求，在特定情况下，通过商用的共网来实现是存在一定风险性的，为了保证社会效益和公共安全，这方面的调度指挥通信需求应该是做到专网专用，网络成本等运营因素往往是次要的。

　　4.3　如何更有效地分配和管理有限的集群频谱资源

　　目前，在800MHz频段有TETRA，iDEN两种数字集群制式在采用，部分地区还有模拟集群在继续使用，近年也陆续建设了一些数字集群共网和数字集群专网。2003年4月起，信息产业部批准中国电信、中国网通、中国联通等五家基础电信运营商在国内部分城市进行共网数字集群业务商用试验。其中，中国联通国脉(现已归中国卫通)在上海开通了iDEN运营共网；北京正通公司在北京建设了TETRA无线政务网；中国卫通和中国铁通分别在天津、重庆等城市建设数字集群试验运营共网。数字集群共网的频率，目前基本上仍处于按地域或城市指配的状况，还没有发展到跨省进行统一频率指配发展集群共网运营的阶段。在800MHz数字集群频段，各地公安、水力、地铁等部门建设了一批集群专网。整体上看，这些集群专网的网络规模有限、频率使用效率比较低。

　　800MHz频段2×15MHz频带是非常宝贵的频谱资源。要发展我国数字集群民族产业，必需解决多种数字集群制式间的频率兼容问题。今后需要加强对多种数字集群制式间无线干扰、频率兼容的研究，做好进一步的数字集群频率规划工作，为共网数字集群的发展提供充足、干净的频率资源。在信产部组织下，由国家无线电监测中心和电信研究院共同完成了多个集群系统共存的电磁兼容试验，为今后的具体频率规划和分配、以及标准的制定提供有效的技术依据。

　　4.4　促进民族产业发展的重要意义

　　目前在我国，数字集群还属于新兴产业，尤其缺乏民族产业化的基础。从目前的情况看，我国数字集群移动通信设备的生产几乎还是空白，仍以引进为主。随着社会活动和经济活动节奏加快、范围扩大以及信息传输量剧增，社会作为一个有机整体，更需要各方面的协调配合，许多专业团体对可用于广域调度指挥的集群通信网络的需求日益迫切。因此，无论从我国集群发展现状和今后的发展前景和需求的角度来看，大力发展我国数字集群的民族产业化的工作，在当前是十分必要和紧迫的。数字集群系统是一种专用移动通信系统，发展具有自主知识产权的集群系统除了具有经济效益之外，还在通信安全、社会应急通信方面具有重要意义。

　　我国自主研发的集群系统中相对比较成熟的包括GT800和GoTa系统，和目前较为成熟的国外几种集群技术不同的是，这些系统具有很多中国企业的自主知识产权，系统的体系结构采用了目前更为先进和公开的移动通信技术，并在此基础上引入了自主专利技术，实现了数字集群系统的关键技术。从国内集群系统设备的研发现状而言，国内基于CDMA技术和基于GSM技术的数字集群系统已经在试验室和外场进行了测试，并开始进行商用试验。结果表明，系统满足集群系统的基本功能要求，一些关键指标已经达到集群业务的要求。

　　从技术角度来讲，GoTa系统是基于cdma2000系统开发的，除了集群的一些关键技术和业务已经达到集群通信的要求并且与TETRA和iDEN的指标相当之外，在今后通信未来发展的潜力方面也比TETRA和iDEN存在更大的优势。对于GT800，则在GSM-R的基础上作了大量的改进工作，以支持更多的业务和功能，并且在第二阶段的系统中，将基于TD-SCDMA系统开发。在未来数字集群通信的发展中，除了集群的话音通信模式与蜂窝通信有着较大差别外，在其他应用领域，如数据业务等众多功能，两者将越来越接近。

5、结束语

　　我国数字集群通信的发展首先要明确市场发展定位，避免出现模拟集群通信发展所经历的弯路，应将数字集群通信定位在专业移动通信上面，充分发挥集群自身优势。促进数字集群市场的发展需要政府的正确管理，特别是管制环境和频谱的分配方面，只有把握好经营许可发放门槛，才能避免网络的重复投资建设和频率使用上的浪费。在民族产业方面，政府应在技术标准、频率分配以及产业联盟的发展方面予以支持。在网络运营方面，应扶持数字集群共网的发展，通过频率的管制，将过去的模拟专网逐渐过渡到数字集群共网上面，这样不但解决了模拟集群的转网问题，扩大了数字集群共网的用户数量，而且还提高了频率使用效率。考虑到有些行业是必须通过专网专用才能满足对通信的要求，也应注意一些专网的发展。

　　在集群通信的产业链中，运营商是关键环节，政府应通过业务监管等方式在宏观上引导运营商的网络运营发展。应该看到，运营商作为一个企业必须要考虑自身的经济效益，因此也应支持运营商针对集群用户提供包括数据业务在内的各种增值业务，以提高收益。随着各种信息量的不断增长，集群用户对数据业务的需求也在增长，集群用户更希望运营商能够提供综合的业务解决方案，从这方面而言，鼓励运营商在集群业务的基础上发展增值业务也具有一定的社会效益。(董晓鲁 摘自泰尔网)