數字集群通信發展趨勢

柯海清

摘 要：數字集群是一種共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能的無線調度通信系統，是全球應用最為廣泛的專用調度通信系統。本文介紹了數字集群通信發展的情況，分析了存在的不足和發展趨勢，寬帶集群系統將成為數字集群演進方向，同時介紹了基于TD-LTE的數字集群通信技術。

關鍵詞：數字集群；發展趨勢；TD-LTE

移動通信系統按照應用領域不同，可以分為公眾移動通信以及專用移動通信，本文主要研究的集群通信屬于專用移動通信系統。數字集群興起于20世紀末，是集語音調度、短消息收發、數據傳輸、圖像視頻傳輸等功能于一體的移動通信技術。隨著數字集群業務發展，其對寬帶化的需求也不斷提升，趨向于組成集語音、數據、圖像、視頻于一體的多媒體寬帶集群融合網，更好地滿足行業用戶集群通信需求。

1 數字集群通信發展現狀

1.1 技術體制及發展現狀

數字集群通信系統是一種全球應用最為廣泛的專用調度通信系統。1998年3月，國際電信聯盟（ITU）共制訂了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS（iDEN）、IDRA、Geotel等七種數字集群通信系統的國際標準，其中TETRA和iDEN系統應用最廣泛。

在國內原信息產業部于2000年12月正式確定了兩種數字集群體制，即TETRA（體制A）和iDEN（體制B），體制A面向專用調度和共用集群通信網，體制B主要適用于公網集群通信網。公安部出自自身的應用需求也頒發了350M TETRA標準。2004年6月，又補充制定了基于GSM技術的GT800和基于CDMA技術的GoTa兩種數字集群系統標準。隨著MPT1327模擬集群系統在我國應用過程中其固有缺陷與不足的不斷暴露，由公安部推出了一種新型體制PDT集群標準。

從目前的研究現狀來看，在全球范圍內，數字集群通信大部分情況下仍是作為集群通信專網使用，用戶量仍相對較小。

1.2 國外數字集群通信技術

1.2.1 TETRA 系統

數字集群領域最著名的標準當屬歐洲的 TETRA（Terrestrial Trunked Radio System 表示陸地集群無線電系統），是一種基于數字時分多址（TDMA）技術的集群通信系統，是由 ETSI（歐洲電信標準組織）制訂的標準，在國際上得到了廣泛應用。由于 TETRA 系統的開放程度較低，異廠商的產品互聯互通存在一定的問題；終端價格和建網成本都比較高，這些都制約了 TEREA 系統的發展。

1.2.2 IDEN 系統

IDEN（綜合數字增強型網絡）是由 MOTOROLA 公司研發的一種數字集群通信系統，主要市場在美洲和亞洲。由于IDEN系統是由 MOTOROLA 公司獨家研制，接口不開放，終端成本和建網投資都比較高；IDEN 系統由于研發的年代比較早，其對新業務、新功能的支持能力也相對較弱。

1.3 國內數字集群通信技術

在國內數字集群通信現狀是 TETRA 和 IDEN 系統仍然占比較大，由于這兩個系統的價格和成本偏高，且系統標準的公開性不高，我國自主研發了數字集群標準 GT800系統和GOTA系統。

1.3.1 GOTA 系統

GOTA（Global open Trunking architectrue 全球開放式集群架構）數字集群通信系統，是中興通訊公司提出的基于集群共網應用的集群技術，是世界上第一個基于CDMA2000技術的集群通信體制。GOTA系統具備信道共享、快速接續、頻譜利用率高、物美價廉等特點，順應數字化信息時代客戶對多種多樣通訊手段的需求；適合大規模覆蓋，在性能和容量上更能滿足集群共網應用的需要。

1.3.2 GT800系統

GT800系統是華為公司提出的以GSM技術和TD-SCDMA技術為基礎的數字集群技術，可以滿足用戶對高速數據業務的需求。GT800系統主要是面向國內數字集群市場，通過對GPRS和TD-SCDMA進行創新融合，為用戶提供大容量、高速率、高性能的集群業務和附加功能，適用于城市應急聯動、集群公網運營、專網應用等。

2 目前數字集群系統的不足

從實際應用狀況統計，當前廣泛使用的數字集群通信技術集中支持語音和低速率數據傳輸業務，技術應用遠落后于公眾移動通信系統。

IDEN系統和TETRA 系統之間采取的是頻道相隔25kHz，GOTA系統頻率帶寬1.25MHz，GT800系統頻率帶寬為200kHz，都屬于窄帶通信技術。隨著視頻、圖片和高速數據業務的興起，窄帶數字集群通信在數據傳輸能力方面和多媒體業務支持能力方面呈現不足，在覆蓋、容量和頻譜利用率方面都無法適應實際需求的發展，制約了數字集群通信技術的應用推廣。

3 數字集群通信系統發展趨勢

當前基于窄帶數字集群由于技術成熟、建網及維護成本低、單易用等優勢，在集群通信市場仍然會有一定的生命周期。隨著云計算、物聯網、大數據等新興應用，集群通信對于通訊過程中“全面掌控、現場可見”的需求日益激增，語音為主的窄帶集群系統，因在視頻、圖片等傳輸能力不足，面臨的系統性能與業務需求、技術發展趨勢及市場應用成熟度等多方面的壓力日益激增。

數字集群技術發展跟隨通信技術飛速更新換代，也實現“跨越式”發展，逐漸趨向數據寬帶化、應用多樣化、架構全IP化、終端多模化等方向；寬帶數字集群技術替代窄帶通信技術成為了一種發展必然。寬帶數字集群技術基于不同的寬帶無線通信技術實現，可通過一張網絡來實現承載語音、高速數據、視頻業務，并可將專業通信系統與內部管理系統進行無縫集成。

隨著LTE技術逐步成熟應用于專網通信領域，數字集群通信行業技術應用也“跳躍3G直奔4G”，基于LTE的寬帶集群系統成為數字集群的演進主流方向。

4 基于TD-LTE 數字集群技術

4.1 TD-LTE 數字集群技術優勢

TD-LTE是移動通信主流標準之一，移動通信與寬帶無線接入融合的典范，基于TD-LTE的寬帶集群通信系統不僅可以繼承TD-LTE 系統高速率、大帶寬等諸多優點，滿足現代集群通信網絡在容量、帶寬、傳輸速率和頻譜利用率等方面的需求，同時系統具有很好的擴展性，可以和其他現有的網絡互連互通；可滿足當前及未來一段時間內行業發展需求。

2014年我國成立了寬帶集群B-TrunC產業聯盟推動寬帶集群的產業化和國際化，基于B-TrunC標準的寬帶集群已經成為產業發展共識。我國于2015年制定了基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群通信標準，也為寬帶集群通信產業發展奠定技術基礎。

TD-LTE的寬帶集群通信系統在系統研發的自主性方面具有其他寬帶通信技術不可比擬的優勢。TD-LTE產業鏈的規模發展，將大大降低TD-LTE用于寬帶數字集群系統的成本。同時TD-LTE后續演進路線清晰，作為寬帶數字集群技術，可持續為行業發展提供完善的業務能力。

4.2 TD-LTE 數字集群通信關鍵技術

4.2.1 上行信道搶占技術

集群呼叫過程通常都是一發多收，即同一時刻只能有一個用戶獲得話語權成為講話方（占用上行信道，發送數據），其他用戶為接聽方（占用下行信道，接收數據）。為此，上行信道搶占技術的關鍵是話權申請、話權搶占等功能，基于 TD-LTE 的資源分配和調度技術進行必要的改進優化實現上述功能。

4.2.2 快速呼叫建立技術

集群通信系統對呼叫時延的要求較高，一般所要求的時延在0.3s內。通過對 TD-LTE 系統進行優化改造，結合上行信道搶占技術和下行信道共享技術，優化呼叫接續流程，提高接續速度，滿足 PTT”按鍵即講”的呼叫接續要求；基于TD-LTE 的寬帶數字集群技術實現話權申請/話權搶占小于0.2s，實現了更低的傳輸時延。

4.2.3 集群指揮調度技術

指揮調度功能是集群通信系統的主要功能，也是集群通信系統中最重要的應用。集群的指揮調度包括組呼、廣播呼叫、緊急呼叫、不同優先級別呼叫、動態重組、強插、強拆等特色功能。基于 TD-LTE 的集群通信系統增加相應的集群功能實體，可支持這些指揮調度功能。

4.3 基于 TD-LTE 數字集群通信方案

由于TD-LTE寬帶集群通信可采取獨立組網或基于公網系統實現，兩者各有不同特點。基于 TD-LTE公網集群系統無需為集群通信完全獨立建網，在原有 TD-LTE網絡的基礎上，集群的無線接入網可與TD-LTE公網的無線接入網共享網絡資源，包括站址、天面等資源。公網集群核心網中集群調度功能與 TD-LTE 系統的 EPC（Evolved Packet Core）核心網互相獨立，從接入網之后分別走不同的通道。基于 TD-LTE 的專網集群獨立規劃建設一個完整的端到端無線專網通信解決方案。

不論采取何種方案，必須結合現有集群通信系統現狀及業務需求、技術應用成熟度等情況，從經濟性、可靠性、安全性、先進性等方面全方位評估，長遠規劃，確保寬帶集群系統建設長效支撐業務發展。

5 結語

隨著行業信息化的發展，語音為主的窄帶數字集群系統，在視頻、圖片等傳輸上存在的能力不足日益明顯，數字化、寬帶化、融合化成為數字集群通信發展的趨勢，寬帶數字集群技術必然會替代窄帶數字集群技術。基于TD-LTE寬帶數字集群系統可在一張網絡上提供語音、視頻和數據多種業務，成為今后數字集群通信發展較好的選擇。

參考文獻

[1]顏軍.數字集群通信發展趨勢[J].通訊世界，2015，（11）：25-26.

[2]王貴金.無線通信在鐵路的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2011，（1）：96-97，102.

[3]陳園.基于 LTE 的寬帶數字集群系統演進路線及關鍵技術研究[J].電信科學，2012，（11）：32-36.

[4]馮海亮.基于td-lte數字集群的寬帶無線專網架構及關鍵技術研究[J].網絡技術，2015，（6）：61-63.