集群知识.docx

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集群知识

集群知识

GoTa的含义是开放式集群架构（GlobalopenTrunkingarchitecture）。

GoTa采用目前移动通信系统中所采用最新的无线技术和协议标准，并进行了优化和改进，使其能够符合集群系统的技术要求，同时又具有很强的共网运营能力和业务发展能力，满足集群未来发展的需求。

　　GoTa可提供的集群业务包括:

一对一的私密呼叫和一对多群组呼叫；系统寻呼、群组寻呼、子群组寻呼、专用PTT业务等特殊业务；对不同的话务群组进行分类，例如永久型群组和临时型群组，用户可对其群组内成员进行管理。

　　除了集群业务以外，GoTa还具有所有新的增值业务，如短消息、定位、VPN等，这些业务和集群业务结合起来，将为集团用户提供综合服务。

　　与传统集群通信方式相比，GoTa技术的优势有：

技术先进；业务丰富；投资少，见效快，运营成本低。

　　中兴通讯最新推出的GoTa终端上已具有提供专供集群呼叫使用的PTT按键、扬声器及大容量的电池。

这种终端可以支持丰富的集群业务，以及短消息业务和分组数据业务。

GoTa技术原理

　　GoTa方案成功解决了基于CDMA技术的集群业务关键技术。

为了能够在CDMA网络上进行PTT通信，并且不影响原有CDMA系统已具备的业务功能和性能，GoTa围绕着无线信道共享和快速链接这两项关键技术提出解决方案，使新增的集群业务不会对传统通信业务和网络资源带来不利影响。

　　GoTa网络结构如图。

终端、无线子系统BSS、调度子系统DSS就构成一个GoTa的基本网络结构。

为了能够支持电话互连业务、数据业务和短信息服务，GoTa还可以在其基本结构上接入交换子系统、数据业务子系统及短信息服务中心。

　　其中无线子系统BSS主要完成各种集群业务，数据业务和普通电话业务的无线接入功能。

BSS一般由BTS和调度控制器PDC共同构成。

功能分工是无线收发信机BTS完成GoTa基带信号的调制与解调、射频信号收发等功能，调度控制器PDC则完成无线资源的分配、调度呼叫控制、功率控制、支持GoTa终端的在不同覆盖区下的各类切换、汇集和分发集群语音数据流。

　　另外一个重要的子系统是调度子系统DSS。

调度控制器PDC通过和调度子系统DSS相连。

另外，调度控制器PDC还具备提供多种制式的接口和交换子系统、数据业务子系统相连，满足GoTa终端的各种业务扩展业务的需求。

调度子系统DSS主要完成集群调度业务，由调度服务器PDS和调度位置器PHR两个部分组成。

PDS是集群呼叫的总控制点，完成集群调度呼叫的处理，包括鉴别集群用户、建立各种集群呼叫如私密呼叫和群组呼叫、判断集群PTT请求等。

PDS作为调度服务器，还接收反向链路来的集群语音数据，根据呼叫的性质再分发到对应的前向链路。

PHR完成数据库管理和配置功能，为集群用户提供群组注册、群组成员注册，并提供集群成员的本地信息以及集群成员的业务权限记录，完成呼叫统计和计费功能。

GoTa与国内其他几种集群体制的比较

　　2000年我国信息产业部正式发布了《数字集群移动通信系统体制》的行业推荐标准。

参照国际标准TETRA（体制A）和美国国家标准iDEN（体制B），确定了两种集群通信体制。

体制A面向专用调度和共用集群通信网，体制B主要适用于共用集群通信网。

标准规定了集群通信系统的工作频段为806MHz～821MHz／851MHz～866MHz，双工频率间隔为45MHz。

　　TETRA（陆地集群无线电系统）是欧洲电信标准组织（ETSI）制定的数字集群通信系统标准。

TETRA是基于传统大区制调度通信系统的数字化而形成的一个专用移动通信无线电标准。

它大量借鉴了GSM的概念，采用TDMA多址方式和类似的逻辑信道。

　　目前，TETRA网络对外互联部分技术尚未完全公开，不同厂家的TETRA产品目前还没有完全实现互联互通，不同网络之间的用户和业务的互通还存在很多问题，更谈不上异地漫游。

另外，TETRA的系统设备采购和建网成本高，终端价格高，这一点，也限制了TETRA在更大范围的应用。

　　iDEN（集成数字增强型网络）系统是Motorola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，最初设计是作集群共网应用，因此iDEN除了以指挥调度业务为主外，还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能。

它将数字调度通信和数字蜂窝通信综合在一套系统内。

　　iDEN由Motorola独家生产制造，接口完全不公开，导致iDEN网络完全由Motorola一家供应，系统设备采购和建网成本高，终端价格高。

iDEN由于研发年代较早，其技术尽管成熟但明显不适合新业务的开展。

项目

iDEN

TETRA

GoTa

总体

通信制式

TDMA

TDMA

CDMA

开放程度

不开放

欧洲ETSI标准

标准化

技术走向

发展空间有限

发展空间有限

主流通信技术

业务扩展性

一般

一般

好

设备价格

高

高

低

终端价格

较高

高

较低

供应商数量

单一

多元化

多元化

知识产权

国外

国外

国内厂商

主要性能

语音传输延迟

低

低

低

信道利用率

较高

较高

高

资源占用率

较高

较高

空中信道共享，网络测也采用共享方式

接续时间

700ms

500ms

<1s

站点配置

全向站/扇区站

只有全向站

全向站/扇区站

主要功能

私密呼

支持

支持

支持

组呼

支持

支持

支持

动态重组

不支持

支持

支持

预占优先

不支持

支持

支持

接入优先

支持

支持

支持

迟后接入

支持

支持

支持

通话提示

支持

支持

支持

缩位寻址

支持

支持

支持

遥毙/复活

支持

支持

支持

虚拟专网（调度台）

支持

支持

支持

故障弱化

不支持

支持

一定程度支持

对外漫游能力

支持到GSM网络的漫游

无

支持

加密

无（最近号称支持）

支持

支持

定位功能

有

有

支持

短数据

支持

支持

支持

高速数据业务

单用户最高22Kbps，

最高28.8kbps

最高153.6kbps

数字集群通信网是二十世纪末兴起的新型移动通信系统，它除了具备公众移动通信网（GSM、CDMA）所能提供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编控，是集对讲机、GSM、CDMA和图像传输于一体的智能化通信网。

数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能，而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯，保密性高，功能丰富，真正全面实现了通讯的智能化。

　　另外，经调研80%通话来自于团队内部的工作联络，数字集群由于其内部矛盾通话成本极低，从而大大降低了团队的通信开支，在强调社会管理成本控制和企业成本核算的今天，数字集群通信网特别适合中国国情，能为使用者带来明显的经济效益。

　　数字集群通信网主要应用于政府管理部门、工商企业、公安、铁路、交通、水利、能源、工商、税务、证券等企业内部联络和指挥控制。

同时，某些专业人士对它也有极大的需求。

无论大型演习或是防讯抗洪斗争，有了全通网，调动千军万马从此无需千呼万唤；警察执勤巡逻，可以利用手机即时与其专用数据中心查证，伪造证照立马现形。

　　数字集群通信系统因其先进的技术特点满足了众多专业用户无法在传统通信业务中解决的需求，发展空间广阔。

美国著名数字集群运营商Nextel已建立了覆盖全美的数字集群商用共网，成为唯一能在美国全境自动漫游的系统，目前用户已超过1000万，并且连年赢利，成为美国电信运营商中的佼佼者,深受广大投资者追捧。

在欧洲，英国Dolphin电信公司的数字集群通信系统已覆盖全英97%人口的地区，每个用户的股票市值已超过六千美元。

法、德、芬兰等许多欧洲国家也正在建设数字集群通信网。

国际数字集群协会的专家经分析认为，数字集群将在今后几年内成为无线通信的最有增长潜力的市场，其用户数将增长到公共移动用户的1/5以上。

　　由于公众移动网技术原理和硬件原因，第二代公众移动网（GSM）无法具备群体调度功能，在第三代公众网（CDMA）和第四代公众网的标准中也无法包括组呼、群呼等等集群通讯特有的功能，所以在可预见的若干年内公众移动通讯不可能替代数字集群网，两者互为补充。

 与模拟集群系统相比，数字集群系统可望得到更丰富的业务种类、更好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和更高的频谱效率。

从模拟集群向数字集群过渡，是历史发展的必然趋势。

正如从模拟蜂窝电话逐步向数字蜂窝电话（GSM、CDMA）过渡一样。

数字集群系统从90年代初期进入市场，有多种不同的制式。

例如APC025，采用频分多址技术，信道间隔12.5kHz；又如Motorola公司的iDEN系统，目前在北美已初具规模，是用于公共接入的专用移动通信系统；此外还有TETRA（特捷）系统。

特捷系统也采用时分多址技术，近两年才进入市场。

该系统最为引入注目之处是标准的开放性。

其标准由欧洲电信标准协会（ETSI）制定。

网络运营者、国家管理机构、设备制造商和用户共同参与了标准制定工作。

标准的主要部分已于1995年末投票通过（22个国家赞成，无反对票）。

该标准在欧共体内是强制的，但也广泛适用于其他地区。

这与GSM的情况十分相似。

GSM也是ETSI制定的欧洲标准，但目前已风靡全球。

一、目前我国集群发展的现状

　　数字集群技术从20世纪90年代中期在全球范围内兴起，得到了广泛的应用并取得了良好的社会效益和经济效益，如美国NEXTEL公司集群网络的成功运营。

在我国，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目益迫切，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生产几乎还是空白，仍以引进为主。

因此无论从市场发展前景的角度和市场发展机遇的角度来看，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。

　　目前，国内的多个电信设备制造商，例如中兴、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。

另一方面，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的系统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。

本位下面将对相对成熟的GT800和GoTa系统进行介绍。

　　二、GoTa系统介绍

　　1.GoTa系统的特点

　　GoTa的含义是开放式集群结构（GlobalopenTrunkingArchitechture）。

是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的

　　GoTa的空中接口在cdma2000技术基础上进行了优化和改造，使之能够满足现代集群通信的技术要求。

首先GoTa采用的呼叫方式是集群通讯中所特有的PTT方式的话音呼叫；为了提高呼叫接续速度，GoTa定义了一套相应的体制结构和协议栈，以满足集群通信系统的快速连接；为了支持群组呼叫，GoTa优化了空中接口，从而达到在同一个小区/载频下同一群组的用户在呼叫时能够共享同一条空中信道的目的。

GoTa在处理通信连接时也采用了共享的方式，因此，这将减少网络处理呼叫时的时延。

对用户来说，信道选择和分配的过程却是透明的。

因此，GoTa具有快速的接入、高信道效率和频谱使用率，较高的用户私密性、易扩展性和支持业务种类多等技术优点。

　　2.GoTa系统的网络结构

　　GoTa系统的网络结构如图1所示。

　　图1GoTa系统网络参考模型

　　系统中包括如下逻辑功能模块和子系统。

　　l集群终端

　　集群终端为用户提供CDMA集群系统的各种集群业务，同时也为用户提供传统的普通电话业务、补充业务、短消息业务和数据业务。

终端通过空中接口和集群系统相连，提供集群调度功能。

　　l基站子系统BSS

　　由基站收发信机BTS和基站控制器BSC组成。

主要完成集群业务，数据业务和普通电话业务的接入功能。

基站子系统BSS通过标准接口和调度子系统、CDMA核心网（包括交换子系统以及分组子系统）相连，满足集群终端的各种业务需求，包括集群业务、电信业务和数据业务。

　　l调度子系统DSS

　　由调度控制中心DCC，调度归属寄存器DHR组成。

DSS主要完成集群调度业务。

DCC是集群呼叫的总控制点，完成集群调度呼叫的处理，包括鉴别集群用户、建立各种集群呼叫如私密呼叫和群组呼叫、判断集群PTT请求等。

DCC作为调度控制中心，还接收反向链路来的集群语音数据，根据呼叫的性质再分发到对应的前向链路。

　　DHR完成数据库管理和配置功能，为集群用户提供群组注册、群组成员注册，并提供集群成员的本地信息以及集群成员的业务权限记录，完成呼叫统计和计费功能。

　　l调度台

　　调度台是用户组中具有特殊权限的终端，可以分为移动调度台和固定调度台。

　　固定调度台同时与调度子系统和操作维护中心相连，可以发起和参与组呼、广播等调度业务，并能够实现对群组成员的管理功能。

　　移动调度台可以发起组呼、广播呼叫等调度业务，在组呼的话语权控制上有较高的优先级，具备简单的群组用户管理功能。

　　lCDMA核心网

　　CDMA核心网包括交换子系统和分组子系统。

交换子系统主要完成电话互联业务、普通电话呼叫业务和部分增值业务，并提供相关业务功能用户信息的存储和管理功能。

分组子系统的主要功能是为用户提供数据业务通道，从而向用户提供高速的分组数据业务服务。

　　3.关键技术

　　与GSM和CDMA公共蜂窝移动通信系统相比，在数字集群系统中有两个特有的关键技术：

业务信道的共享、呼叫的快速建立。

　　l前向无线业务信道的共享

　　由于集群系统提供组呼业务，而CDMA系统是针对一对一呼叫的。

因此在实现PTT方式的群组呼叫时，必须对CDMA系统进行改造，以实现前向资源（特别是前向业务信道）的共享。

　　为了实现前向业务信道共享，就必须对群组用户所使用的前向业务信道采用相同的调制参数，既同一组内的每个用户所分配的前向业务信道具有相同的长码掩码和WalshCode，这样相同的载波/扇区下同一个群组将使用同一个信道，从而达到前向信道共享的目的。

　　为了达到群组用户在前向信道共享的目的，在信令流程上必须增加相应参数（长码掩码和WalshCode）的传递。

前向共享业务信道由F-FCH/F-SCH提供支持，并对前向信道的结构没有进行改动，与原cdma1x前向码道不同的是：

建立码道时原设置的私有长码掩码改为调度组要求或指定的特殊公共长码掩码；不同的群组使用不同的长掩码和WalshCode。

与cdma1x前向业务信道比较，Walsh码资源与语音用户相同，信道结构基本不变；长码掩码通过加密算法计算得到。

　　l呼叫的快速建立

　　集群系统中PTT呼叫的另一个重要特色就是快速连接。

如果CDMA系统未经改造，则呼叫建立的时间将不能满足PTT呼叫应用时的需要。

　　为了解决快速连接必须从两个方面着手，一是将信令流程进行改造，减少不必要的流程和协商，尽量采用并行处理方式，节省用户的接入时间,满足PTT呼叫方式。

另一方面，可通过使用增强型的接入信道，增加基站接入信道数量以及通过允许集群移动台增大初始发射功率、功率增加步长，以及提高系统的接收灵敏度、优化搜索策略等技术，将接入试探控制在极短的时间内完成。

另外，为了提高移动台的接入成功率和通话的稳定性，系统可以考虑采用AccessProbeHandoff、AccessHandoff、Channel－assignamentintosoft/softerHandoff等技术。

　　三、总结

　　目前在我国使用的国外的数字集群技术主要有iDEN和TETRA系统，GoTa和GT800和目前这两种集群技术所不同的是GoTa和GT800具有很多自主知识产权，空中接口和体系结构采用了目前移动通信系统所采用的技术，且接口可以公开并标准化，而TETRA和iDEN都是含有国外厂家所独有的几十项专利技术，除外部接口外，内部接口基本不公开，限制了我国企业针对这些集群系统的开发。

　　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，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。

以满足未来集群通信用户的综合需求。

而国内的这些技术，在这些方面为运营商考虑今后集群网络的发展提供了更多的选择。

　　为了验证国内集群技术的可行性和存进其在今后的发展，在信息产业部相关部门的领导下，由信息产业部电信研究院牵头成立了数字集群技术试验专家组，进行国内数字集群技术的测试和标准制订工作。

这些工作目前都在顺利进行当中。

笔者个人衷心希望我国数字集群通信产业能够蓬勃发展，我国的数字集群民族产业能够在我国未来数字集群通信的发展中占有重要的一席之地。

数字集群通信与公众移动通信同属移动通信系统范畴。

近二十年来，我国的公众移动通信得到了突飞猛进的发展，相比之下，集群通信的发展比较缓慢，其原因既有技术方面的也有市场方面的。

为了更好地适应社会需要，近年来集群通信技术有了长足的发展，主要体现在数字通信技术的采用，同时在系统结构和组网方式上也吸纳了许多成熟的公众移动通信技术，但由此在概念上对数字集群通信和公众移动通信也造成了一定的混淆。

所以，有必要在科学分析的基础上对数字集群通信和公众移动通信有一个明确的认识和清楚的界定，以利于两者的协调发展。

　　那么，什么是数字集群通信？

集群通信是指系统可用信道可为系统中全体用户共用，具有自动选择信道功能，资源共享、费用分担、信道设备共用的多用途、高效能的无线调度通信系统。

从广义上讲，包括无线对讲系统在内的具有调度通信功能的各种无线通信系统均可纳入集群通信系统范畴。

所谓数字集群系统就是采用数字通信技术的集群通信系统。

　　从历史上看，集群通信的发展要远远早于公众移动通信。

由于无线通信技术复杂、成本高昂，起初只是用于诸如军队、铁路、航海等必须需要无线通信的特殊部门和单位，之后随着技术的进步、成本的降低和经济的发展，才出现了能够适合社会个体用户无线通信需要的公众移动通信。

　　集群通信经历了从简单对讲系统到单基站小系统，再到大容量多区域系统的发展历程，后来经历了从模拟集群到数字集群的飞跃。

　　集群通信系统从运营方式上可分为专用集群系统和共用集群系统。

专用集群系统是仅供某个行业或某个部门内部使用的无线调度指挥通信系统，系统的投资、建设、运营维护等均由行业或部门内部承担，早期的集群系统大多属于这一类型。

共用集群系统是指物理网由专业的电信运营企业负责投资、建设和运营维护，供社会各个有需求的行业、部门或单位共同使用的集群通信系统，它具有资源利用率高、单位成本低廉、网络覆盖和运营质量好、可持续发展能力强、用户业务可自行管理等诸多优点，是集群通信运营体制的发展方向。

在以下讨论中提及的集群通信系统即指这一类型的数字集群系统（简称“数字集群”）。

　　数字集群和公众移动通信虽同属移动通信范畴，但却有本质的区别。

具体表现在以下几个方面。

　　一、在目标用户群方面

　　数字集群的典型目标用户群是以团体为单位的，团体中的个体用户往往在工作上具有一定的联系，具有最紧密工作关系的个体之间以组的形式出现，有关联的小组之间又形成队，依此类推，一般分为成员、组、队、群等，这些群组的划分与单位内部的机构设置和工作流程密切相关，以“一对多”半双工组呼通信为主，相互之间通信的频繁程度也按照这一顺序。

根据工作性质和重要程度的不同，群组内部用户之间、群组之间乃至业务之间分为不同的优先等级。

　　而公众移动通信的目标用户群是以个体用户为单位的，以“一对一”双工电话通信为主，通话对象具有随机性。

系统内部用户之间是平等的，不区分优先级。

　　基于以上特征，数字集群是一种提高工作效率的“生产工具”，适合诸如公共安全（警察、消防、安全、保安、军队等）、交通运输（航空、铁路、内河航运、公共交通、出租汽车等）、社会联动、市政管理、水利电力、厂矿企业生产管理等行业或部门，以及抢险救灾、处理各种突发事件等场景的调度指挥通信，是保障社会稳定、确保安全生产、提高工作效率、降低事故损失的重要手段。

就数字集群的作用而言，具有社会效益和经济效益的双重性。

　　而公众移动通信是人们方便日常联络沟通、提高生活品质的手段之一，虽然在提高工作效率等方面也具有一定的促进作用，但就其本身性质而言，没有被赋予明确的社会责任，因此，更趋向于追求经济效益。

　　二、在业务特征方面

　　数字集群的最主要业务特征是“一呼百应”的群组呼叫，个体用户或群组之间分为不同的等级，表现为占有通信资源和通话主导权的优先级别不同。

通信作业一般以群组为单位，以调度台管理为特征。

一般情况下被叫用户无权拒绝主叫用户的通信要求。

为保证用户对系统功能、性能的要求和提高资源利用率，群组通信时要采取“前向信道共享”、用户和群组优先级判别等技术手段，有时还需对发起呼叫用户或接收用户的区域进行判别。

　　公众移动通信的主要业务特征是“一对一”的个体之间的通信，个体用户之间是平等的，被叫用户有权拒绝主叫用户的呼叫请求。

即便是在通信资源紧张的情况下，任何用户也无权中断其他用户的通信强行占用通信资源。

　　三、在组网模式方面

　　公众移动通信的组网原则比较单一，即通过事先预测和事后统计观察根据业务量和用户地理分布特点进行网络组织，一般在人口稠密和业务量大的城市地区先行建设，随后根据用户发展情况逐步扩展，具有一定的“趋利”性。

　　而数字集群的组网原则比较复杂，需要根据用户的工作区域进行组网，而不是根据业务量的大小决定组网的先后顺序，也不能因为业务量小而降低网络性能（如覆盖质量、各种性能指标等）。

例如，对于集群通信中的铁路应用，需要按照铁路运输组织的需要沿铁路线进行链状组网，网络建设时要一次性贯通整条线路（如京沪线、京广线等）才有意义。

对于铁路沿线要按统一的系统质量要求实现全程覆盖，即便是在人烟稀少的地区也是如此。

而对于有些用户只需覆盖一定的区域，如厂矿企业等，仅需覆盖厂区或矿区等生产作业区域即可满足需要。

　　四、在系统性能要求方面

　　由于数字集群使用对象和使用性质的要求，决定了在系统安全性、可靠性、通信接续时间、通信延时等方面较公众移动通信都有更高的要求。

例如，对于通信接续时间，要求在紧急状态