集群通信系统简介及主要技术介绍

发布: 2010-10-19 15:25 | 作者: 徐杰 | 来源: | 字体: 小中大

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摘要　集群通信系统是当今发展迅速的一种专用移动通信系统，本文介绍了集群通信系统的组成、特点和发展，以及集群通信的几种主要技术类型。

关键字　集群　TETRA　iDEN　GoTa

　　移动通信是当今发展最快、应用最广和技术最前沿的通信领域之一。移动通信分为公众移动通信和专用移动通信，公众移动通信与公众的生活密切相关，大家都很熟悉；与公众移动通信发展相对应，专用移动通信亦有其重要的市场定位和需求。

　　集群通信系统是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。该系统具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

　　集群通信系统的组成与公众移动通信系统类似，但是又有自己的特点。它由基站，移动台，调度台以及控制中心组成。基站由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成，天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器，天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线；移动台是用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成；调度台是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成，有线调度台只有操作台；控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续，它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。

　　集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以单工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，并且用户具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以一呼百应。

　　随着数字技术的发展，集群通信系统已经逐渐发展成为数字集群通信系统，数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好，即提高了话音质量；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，对数字系统来说，保密性也有很大改善；另外，数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等，由于网内传输的是统一的数字信号，容易实现与综合数字业务网ISDN、PSTN、PDN等接口的互联，因此极大的提高了集群网的服务功能；最后，数字集群移动通信网能实现更加有效、灵活的网络管理与控制，在数字集群网中，用户话音比特源中插入控制比特比较容易实现，即信令和用户信息统一成数字信号，这种一致性克服模拟网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。

　　1998年3月，国际电信联盟(ITU)根据各国提交的集群通信系统标准制定了APCO 25、Tetrapo1、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、FHMA等7个数字集群通信系统的国际标准，在这些标准中，APCO 25、Tetrapo1、EDACS等3个为频分复用(FDMA)的技术标准，TETRA、DIMRS(后来改名为iDEN)、IDRA等3个为时分复用(TDMA)的技术标准，FHMA为采用跳频多址技术的标准。从目前的应用来看，TETRA和iDEN两个系统应用较为广泛，另外由中国中兴通讯提出的GoTa技术的发展也越来越成熟，填补了中国在集群通信领域知识产权的空白，下面针对这三种技术逐一进行介绍：

　　TETRA标准由欧洲电信标准研究所(ETSI)于1995年正式确定，自从公布以来，一直在进行不断的修订和完善，并在原有的基础上增加了一些新的标准。它是一种基于数字时分复用(TDMA)技术的无线集群移动通信系统技术标准，定义了一系列开放接口、呼叫服务和协议，它不仅提供了数字化的一对一全双工移动电话服务，还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及一对多群、组的调度功能。TETRA系统特别适合于作为公安、消防、急救中心、机场、港口码头、铁路运输、出租汽车和公共汽车调度、城市地铁、高速公路管理、城市交通管理、电力、防洪、石油、供热、天然气输送等部门使用的、集全双工移动电话、调度组呼、移动数据等功能为一体的综合移动通信平台。由于大量采用数字处理技术，TETRA系统具有丰富的服务功能、具有更高的频率利用效率、具有通信质量更加均匀的覆盖范围。TETRA系统还支持功能强大的移动台脱网直通(DMO)模式。在收发数据时，TETRA系统将每个25KHz载波分为4个时隙，从而使每个25KHz载波同时支持4路话音或数据，可应用于进行慢速扫描图像传输、静止图像传输、收发电子邮件、收发高分辨率传真、文件发送等多种数据传输，也可以与因特网互联；在TETRA系统中每个用户信道的通信能力为7.2kb/s，每载波总通信速率最高可达28.8kb/s；TETRA系统在一个载波内可以容纳四个时分信道，话音和数据可以在不同的时隙被接收和发送，无线电频谱的利用率高；TETRA系统还具有语音和数据加密功能，TETRA标准本身包括对空中接口的加密措施，这可以有效地防止非法用户进入系统，防止对空中无线电信息进行非法拦截；另外由于采用开放的TETRA标准允许来自多个设备制造商的不同产品工作在同一个TRETRA数字集群移动通信系统。由于它标准公开，技术先进，功能丰富，逐渐被世界许多国家所接受，该标准也像GSM数字蜂窝移动通信标准一样，从一个欧洲标准逐渐成为一个走向世界的国际性标准，在中国TETRA已经被接受为数字集群行业标准，在美国，TETRA已作为APCO TDMA标准之一，另外俄罗斯也把它作为标准，截止到2004年7月，TETRA已经在全球65个国家签署了505个合同。欧洲和欧洲自由贸易地域的大部分国家已经建设和使用TETRA标准。2005年初，信息产业部电信研究院通信标准研究所组织了北京集群政务网终端测试，测试在北京正通数字集群平台上进行，正通网使用TETRA系统，测试结果非常理想，为支持北京市政府开展奥运准备工作打下了良好的基础。

　　IDEN系统是于1994年在美国洛杉矶由摩托罗拉公司推出的集数字话音传输为一体的综合数字集群通信系统，采用TDMA技术，使得在25kHz信道上可以同时传送6路数字话，并可动态分配带宽，再加之频率复用技术和蜂窝组网技术，从而使得有限频点的集群通信网具有大容量、大覆盖区、高保密和高通话清晰度的特点。该系统具有蜂窝无线电话、调度通信、无线寻呼台及无线数传功能。iDEN数字集群系统使用的语音编码技术是先进的矢量和激励线性预测编码技术(VSELP)。它将30ms的语音作为一个编码子帧，得到126比特的语音编码输出，即信源编码速率为4.2kbit/s，再加上3.2kbit/s采用多码率格形前向纠错码，形成7.4kbit/s的数据流，使信号电平在较高或较低的输出情况下，都可改善音频质量，得到高质量的话音输出信号。在系统覆盖范围的边缘地区，VSELP改善话音信号的效果更好；它的调制技术采用M-16QAM调制，是专门为数字集群系统开发的一种调制技术，具有线性频谱，使25kHz信道能传输64kbit/s的信息而且该种调制方式还可以克服时间扩散所产生的不利影响；iDEN数字集群系统采用了前向纠错(FEC)技术，在译码时自动地纠正传输中出现的错误，当某一帧的数据严重丢失时，用FEC不能重新产生数据，则使用自动请求重发(ARQ)技术，能确认没有收到的数据，并要求重新发送丢失的数据。iDEN系统从1994年问世，通过约3年的推广，相继在北美、南美及亚洲13个国家投入商用。在运营商和最终用户反馈的基础上，系统进行了不断的改进和完善，于1997年底进入成熟期。iDEN系统在全球许多地区得到了广泛的应用，用户总数已经超过了1000万，覆盖的区域遍及亚洲的日本、韩国、菲律宾、新加坡、关岛、以色列以及美洲的美国、加拿大、墨西哥、哥伦比亚、巴西、阿根廷和秘鲁等国家。

　　GoTa是中兴通讯自主推出的基于CDMA技术，面向未来技术演进的新一代数字集群通信系统，GoTa的含义是开放式集群架构(Global Open Trunking Architecture)，是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的系统，它可以提供共网集群和专业调度统一的业务模式，提高网络综合竞争能力，吸引更多专业和社会集群用户入网，创造更多运营收入，由于GoTa系统采用CDMA技术，通过对空中接口进行改造和优化，使其适应数字集群业务需求，具有容量大，覆盖面广，抗干扰能力强等优点，除了基本集群调度业务，GoTa还提供成熟完善的移动传统业务，包括基本电信业务、补充业务、短消息业务和高速数据(153.6kbit/s)业务，另外还可以实现集团虚拟专用网(VPN)的功能，最终用户可以管理其终端用户的终端设备配置，包括开户，增加新服务，更改调度私密号、组号、电话号码，重新编组，随时取得详细通话清单和使用统计等。GoTa系统集群业务主要包括一对一私密呼叫，一对多群组呼叫，动态重组，强拆强插，迟后接入，呼叫显示，通话提示，呼叫前转等等；数据业务包括分组数据业务，消息类业务以及定位业务等等。在信息产业部的部署下，中国铁通在沈阳，长春，重庆等地开展了数字集群商用试验，由中兴通讯在中国铁通辽宁分公司开通的实验局顺利通过了信息产业部电信研究院通信标准研究所的MTNet实验室测试。由信息产业部发布的《基于CDMA技术的数字集群系统总体技术要求》，GoTa系统是唯一符合该国家标准的数字集群产品，它填补了中国在集群通信领域知识产权的空白，对中国通信企业掌握核心技术，取得竞争优势具有重要意义。有理由相信，随着时间的不断演进，我国的集群通信必将有着广阔的发展空间!

作者：徐杰来源：泰尔网