數(shù)字集群專網(wǎng)技術(shù)比較

郭錫榮

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

專用移動(dòng)通信系統(tǒng)具有典型特征，不僅能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話雙工通信，而且能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)呼叫，包括全呼、單呼及群組呼叫。此外，專用移動(dòng)通信系統(tǒng)能執(zhí)行一些一般電話不能實(shí)現(xiàn)的功能，包括緊急呼叫、等級(jí)呼叫及動(dòng)態(tài)重組等調(diào)度功能。遙暈、遙弊及環(huán)境偵聽等特殊功能也在專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中出現(xiàn)，這些特殊功能主要應(yīng)用于海關(guān)、公安、機(jī)場(chǎng)及國(guó)家安全部分，執(zhí)行搶險(xiǎn)救災(zāi)等任務(wù)。數(shù)字集群系統(tǒng)屬于專用移動(dòng)通信系統(tǒng)范疇，有其獨(dú)特的市場(chǎng)定位。與傳統(tǒng)公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)面向全社會(huì)不同，其主要應(yīng)用于事業(yè)單位、政府部門等執(zhí)行指揮調(diào)度任務(wù)。

1 我國(guó)數(shù)字集群專網(wǎng)發(fā)展及應(yīng)用特點(diǎn)

我國(guó)最早于20世紀(jì)80年代引入專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要引入單位是政府部門等。之后隨著專用移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，模擬集群系統(tǒng)衍生出現(xiàn)并成為其發(fā)展的主要類型。經(jīng)過(guò)10年發(fā)展，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了新型數(shù)字集群技術(shù)，能保證大容量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)跨區(qū)漫游。之后，我國(guó)出現(xiàn)典型代表技術(shù)，包括P25、PDT、iDen和TETRA等，這些新的窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)技術(shù)具有典型優(yōu)越性，包括便捷的調(diào)度功能、優(yōu)越的系統(tǒng)性能等，在市場(chǎng)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用中頗受好評(píng)。近年來(lái)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)發(fā)展進(jìn)一步催生企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)步，行業(yè)發(fā)展對(duì)通信質(zhì)量要求提高，傳統(tǒng)的窄帶集群方式難以為繼。

鑒于窄帶數(shù)字集群無(wú)法滿足多媒體的指揮調(diào)度需求，寬帶化集群通信技術(shù)成為目前重要亟待突破的技術(shù)。北京、深圳等市相繼進(jìn)行1.4 GHz、TD-LTE技術(shù)的研發(fā)和試驗(yàn)。在國(guó)家要求和通信需求的推動(dòng)下，華為等具有影響力和較高水平的企業(yè)開始自主研發(fā)TD-LTE數(shù)字集群技術(shù)，經(jīng)過(guò)研發(fā)出現(xiàn)了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，產(chǎn)品也基于此相繼提出。在其規(guī)模化發(fā)展和互聯(lián)互通的背景下，如何統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)成為目前亟待解決的問(wèn)題之一。

為統(tǒng)一相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，2012年11月我國(guó)開始開展這方面工作，2013年成立了TD-LTE寬帶集群推進(jìn)組，來(lái)不斷推動(dòng)寬帶集群技術(shù)發(fā)展。在此背景下，寬帶集群（B-TrunC）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟于2014年5月成立，該聯(lián)盟成立不僅是希望推動(dòng)我國(guó)寬帶集群產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也希望提升我國(guó)寬帶集群技術(shù)的國(guó)際化發(fā)展水平。該聯(lián)盟針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外寬帶集群技術(shù)、頻率使用情況等進(jìn)行了調(diào)查、測(cè)試認(rèn)證等。我國(guó)在不斷完善B-TrunC技術(shù)（基于LTE技術(shù)的寬帶集群技術(shù)）的基礎(chǔ)，將其空中接口標(biāo)準(zhǔn)作為ITU-R推薦的公共保護(hù)與救災(zāi)（PPDR）寬帶集群空中接口標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，1.8 GHz無(wú)線接入系統(tǒng)頻段、1.4 GHz寬帶數(shù)字集群專網(wǎng)系統(tǒng)的頻段也在工信部努力下成功發(fā)布，有效保證了B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展[1]。

2016年8月，我國(guó)專用移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)入里程碑發(fā)展階段，通過(guò)寬帶集群（B-TrunC）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和眾多企業(yè)的努力，其通過(guò)了產(chǎn)品和設(shè)備的互聯(lián)互通認(rèn)證評(píng)審。ITU-R第五研究組（SG5）第十二次全會(huì)于2016年11月正式召開，寬帶集群（B-TrunC）空中接口標(biāo)準(zhǔn)成為ITU-R推薦的集群空中接口標(biāo)準(zhǔn)，成為該標(biāo)準(zhǔn)中唯一的LTE寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)。

2 數(shù)字集群專網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍及市場(chǎng)需求

2.1 能源行業(yè)

電力、石油等能源行業(yè)和領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的安全性要求及穩(wěn)定性要求較高的，尤其是石油管路的巡檢、電力設(shè)施的檢查等，往往需要借助寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。一般工作人員利用基于該技術(shù)的手持終端對(duì)工作設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)查、檢修，再將采集到的圖文等信息以實(shí)時(shí)信息的方式傳回管控中心。尤其是面臨電力設(shè)施損壞、石油管道泄漏等故障情況，工作人員可以通過(guò)手持終端將這些故障信息的實(shí)時(shí)視頻信息傳回指揮環(huán)境中心，用于巡檢和調(diào)度，以此降低險(xiǎn)情并最大限度地減少損失。

2.2 交通物流行業(yè)

寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于港口、物流、機(jī)場(chǎng)等交通物流行業(yè)，該技術(shù)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性有效保障了機(jī)場(chǎng)的通信需求，也有效保證了物流行業(yè)的調(diào)度需求。寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在物流行業(yè)中的引入，有效實(shí)現(xiàn)了其定位業(yè)務(wù)和調(diào)度業(yè)務(wù)的融合。另外，在物流行業(yè)調(diào)度、定位管理業(yè)務(wù)中引入了可視化調(diào)度平臺(tái)，在無(wú)線集群技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行可視化調(diào)度。在該技術(shù)發(fā)展中，無(wú)線集群調(diào)度技術(shù)開始被應(yīng)用于地鐵通信，在地鐵行車、安全維護(hù)等方面發(fā)揮的作用逐漸凸顯。

2.3 城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)

城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)在城市發(fā)展中的作用逐漸凸顯，應(yīng)急聯(lián)動(dòng)需要對(duì)政府不同部門進(jìn)行科學(xué)協(xié)調(diào)和調(diào)度，保證緊急救助服務(wù)等服務(wù)工作高效開展。實(shí)際上，城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵是通信系統(tǒng)，而寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)是關(guān)鍵技術(shù)之一，其引入可有效保障各項(xiàng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)工作有效開展。比如，通過(guò)該技術(shù)能對(duì)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)中涉及的人和物進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，保證各項(xiàng)工作正常開展。寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在城市聯(lián)動(dòng)中的作用，不僅僅是簡(jiǎn)單的指揮調(diào)度，還包括視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程辦公等。

3 國(guó)內(nèi)外數(shù)字集群專網(wǎng)技術(shù)對(duì)比

目前，國(guó)際上使用較多的是TETRA、P25等數(shù)字集群制式，我國(guó)主要使用PDT、TETRA、B-TrunC等數(shù)字集群制式。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陸上集群無(wú)線電）標(biāo)準(zhǔn)是由ETSI（歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）制定的，該標(biāo)準(zhǔn)的制定還充分征求了制造商、政府部門等眾多部門的意見。這一標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)較早引入并應(yīng)用于公安的無(wú)線通信保障標(biāo)準(zhǔn)[2]。

PDT（Police Digital Trunking，警用數(shù)字集群）標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)公安部科技信息化局牽頭組織制定的一個(gè)全新的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，制定目的是解決公安無(wú)線專網(wǎng)對(duì)通信的實(shí)際需求。2008年這一標(biāo)準(zhǔn)得以建立，被應(yīng)用于解決警用無(wú)線通信數(shù)字加密問(wèn)題。現(xiàn)在該標(biāo)準(zhǔn)已成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，被稱為專業(yè)數(shù)字集群（Professional Digital Trunking）。

B-TrunC（Broadband Trunking Communication，寬帶集群通信）是由B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出的新標(biāo)準(zhǔn)，在TD-LTE基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了集群語(yǔ)音通信和LTE數(shù)字傳輸?shù)娜诤稀Ｆ溆?012年11月經(jīng)中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)審議后正式引入啟動(dòng)使用，2016年11月正式成為ITU-R（國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線局）推薦的PPDR（公共保護(hù)與救災(zāi)）寬帶集群空中接口標(biāo)準(zhǔn)。其是中國(guó)寬帶集群通信標(biāo)準(zhǔn)首次被ITU的PPDR建議書所采納[3]。

此處主要比較我國(guó)專網(wǎng)使用較多的TETRA、PDT、B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用情況和特點(diǎn)具體如表1所示。

4 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網(wǎng)技術(shù)研究

4.1 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網(wǎng)系統(tǒng)及其接口

基于集群技術(shù)衍生了TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信技術(shù)，該技術(shù)發(fā)展中引入了OFDM、MMMO等技術(shù)，這些新型無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用有效提高了系統(tǒng)的信道容量，同時(shí)提高了頻譜利用率，與傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)相比其安全性和網(wǎng)絡(luò)可靠性也有所提高，這些新的性能和優(yōu)良特性有效滿足了當(dāng)前對(duì)頻譜特性、業(yè)務(wù)、容量等方面德要求。如圖1所示，提出的TD-LTE系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成，包括無(wú)線接入子系統(tǒng)、終端、集群控制子系統(tǒng)、核心網(wǎng)絡(luò)。

圖1 TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)接口

表1 TETRA、PDT、B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

4.2 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網(wǎng)技術(shù)特性

（1）快速呼叫建立：通過(guò)集群尋呼控制信道（TPCCH）傳送呼叫接入響應(yīng)，使尋呼消息發(fā)送的頻率得到提升，縮短尋呼等待的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速呼叫建立。

（2）調(diào)度呼叫控制：TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在時(shí)間、頻率和空間3個(gè)維度上采用了基于信道化的分組調(diào)度技術(shù)，并且對(duì)用戶設(shè)置優(yōu)先級(jí)別，保證不同用戶間資源分配差異。

（3）干擾抑制：TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)通過(guò)采用先進(jìn)的編碼技術(shù)和數(shù)據(jù)加擾傳輸?shù)仁侄危档土送l組網(wǎng)所產(chǎn)生的小區(qū)間干擾，與此同時(shí)系統(tǒng)頻譜利用率得到了提升[4]。

（4）故障弱化：網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)基站的運(yùn)行，當(dāng)基站監(jiān)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)不能正常工作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障弱化工作方式。

基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網(wǎng)技術(shù)性能指標(biāo)具體如表2所示。

表2 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網(wǎng)技術(shù)性能指標(biāo)

5 數(shù)字集群專網(wǎng)技術(shù)融合發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)逐漸成熟并開始應(yīng)用，未來(lái)集群系統(tǒng)及通信系統(tǒng)建設(shè)必將優(yōu)先考慮這一要素。另外，TETRA等窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)因低成本等優(yōu)勢(shì)而仍在使用，因此未來(lái)需要推進(jìn)TD-LTE和TETRA等窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)融合發(fā)展。

5.1 業(yè)務(wù)融合

雖然窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)與TD-LTE技術(shù)相比具有一定的理論缺陷，但是窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)建網(wǎng)成本低、發(fā)展周期長(zhǎng)、技術(shù)成熟等，因此目前在城市應(yīng)急指揮通信等行業(yè)仍然采用這一技術(shù)。TD-LTE技術(shù)實(shí)際上對(duì)窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是傳輸能力極強(qiáng)，在多媒體指揮調(diào)度方面具有良好的應(yīng)用前景。

5.2 網(wǎng)絡(luò)融合

在當(dāng)前窄帶向?qū)拵Оl(fā)展的過(guò)程中，需要有一個(gè)寬帶+窄帶混合網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡網(wǎng)絡(luò)，將寬帶和窄帶技術(shù)進(jìn)行融合、相互補(bǔ)充發(fā)展。這是目前主要的集群網(wǎng)絡(luò)方式，必將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)沿用這一技術(shù)。

5.3 基礎(chǔ)設(shè)施融合

在TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用過(guò)程中，重新建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，為減少資源浪費(fèi)，可以考慮沿用包括機(jī)房、傳輸線路、鐵塔等在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施。充分利用傳統(tǒng)通信設(shè)施的基礎(chǔ)上，在短時(shí)間內(nèi)以低成本實(shí)現(xiàn)TD-LTE系統(tǒng)建設(shè)。

6 結(jié) 論

窄帶通信技術(shù)發(fā)展中存在的一些問(wèn)題，在未來(lái)發(fā)展中亟待優(yōu)化與改革，寬帶通信技術(shù)必將成為未來(lái)集群通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。