數字集群技術

數字集群通信系統是一種用於集團調度指揮通信的移動通信系統，主要套用在專業移動通信領域。和普通的移動通信不同，集群通信最大的特點是，話音通信採用PTT(PushToTalk）按鍵，以一按即通的方式接續，被叫無須摘機即可接聽，且接續速度較快，並能支持群組呼叫等功能。

基本介紹

• 中文名：技術數字集群
• 外文名：Digital trunked communication Technology
• 英文縮寫：DTCT

背景

2.1、集群通信跨入“數字門”

集群通信，即無線專用調度通信系統，是很早就已出現的一種通信方式。多年來，集群通信已從“一對一”的對講機形式、同頻單工組網形式、異頻雙工組網形式以及進一步帶選呼的系統，發展到多信道用戶共享的調度系統，並在政府部門、軍隊、警務、鐵路、水利、電力、民航以及鋼鐵、物流等各行各業的指揮調度中發揮了重要作用。

目前，全球集群通信系統正從在無線接口採用模擬調製方式進行通信的模擬集群向採用數字調製方式的數字集群轉換。與傳統的模擬集群系統相比，數字集群系統可以提供更豐富的業務種類、更好的業務質量、更好的保密特性、更好的連線性和更高的頻譜效率。正如公眾移動通信已從模擬蜂窩電話轉向數字蜂窩電話一樣，集群通信從模擬向數字的過渡，也是歷史發展的必然趨勢。

考慮到全球集群通信技術升級換代的整體趨勢以及中國集群通信市場的具體情況，2001年信息產業部無線電管理局下發518號檔案，規定所有模擬集群通信系統在2005年12月31日之前必須停止運行。也就是說，到今年年底，模擬集群將徹底告別中國市場，中國的集群通信系統將集體跨入“數字門”！

巨大的中國集群通信市場向整個產業展現出誘人的發展良機。從中國衛通、中國鐵通這樣的基礎電信運營商，到各行業、地方性集群運營商，從摩托羅拉、諾基亞這樣的傳統集群市場“大腕”，到中興通訊、華為這樣的後起之秀國內設備廠商，紛紛躋身這一領域。多廠商、多標準、多種不同運營模式……一時間，處於十字路口的集群通信市場顯得異常熱鬧。

2.2、從模擬到數字

集群通信由模擬向數字方向發展，在全球已經是一個必然趨勢。其原因主要是：一、數字集群通信技術可以提高頻譜利用效率，尤其是對專用通信共網平台運行的800MHz頻段來說，在資源極為有限的情況下， 這一點顯得尤其重要；二、數字集群具有更豐富、更實用與多樣化的以調度、快速回響、安全保密為主體的各種功能，可以更好地滿足集群通信市場及用戶的需求；三、實現數位化後有助於向IP化轉移，從而像固定、移動IP化的公網一樣，有利於發展多種增值業務，促進公網和專網協同、和諧地發展。

從全球目前的情況來看，數字集群技術在業務方面的主要特點是具有特有的調度功能、組呼功能和快速呼叫特性，如：呼叫接續快；群組內用戶共享前向信道；採用半雙工通信方式，PTT方式；支持私密呼叫和群組呼叫；呼叫和講話時，需按住PTT鍵，被叫不需摘機。

數字集群技術主要的服務對象分為兩大類：一類是對指揮調度功能要求較高的特殊部門和企業，包括政府部門(如軍隊、公安部門、國家安全部門和緊急事件服務部門）、鐵道、水利、電力、民航等；另一類是普通的行業用戶，如出租、物流、物業管理和工廠製造業等。

目前歐洲和北美的數字集群通信市場發展比較成熟，其中歐洲主要是TETRA系統的天下，北美則是iDEN系統的主要市場，而亞太、中東和非洲的數字集群市場正處於快速發展階段。

發展的現狀

3.1、源自歐洲的TETRA

TETRA（陸地集群無線電系統）是一種基於數字時分多址（TDMA）技術的無線集群移動通信系統，是歐洲電信標準組織（ETSI）制訂的數字集群通信系統標準。它是基於傳統大區制調度通信系統的數位化而形成的一個專用移動通信無線電標準。

TETRA數字集群通信系統可在同一技術平台上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，它不僅提供多群組的調度功能，而且還可以提供短數據信息服務、分組數據服務以及數位化的全雙工行動電話服務。TETRA數字集群系統還支持功能強大的移動台脫網直通（DMO）方式，可實現鑒權、空中接口加密和端對端加密。TETRA數字集群系統具有虛擬專網功能，可以使一個物理網路為互不相關的多個組織機構服務，並具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質量、靈活的組網方式，許多新的套用（如車輛定位、圖像傳輸、移動網際網路、資料庫查詢等）都已在TETRA中得到實現。

近兩年，TETRA數字集群系統在全球，尤其是歐洲市場得到了較為廣泛的套用。截至2004年12月，全球已簽訂的TETRA契約總數為615個，比2003年同比增長90%。這些契約分屬全球70個國家，其中歐洲地區占全球契約總數的75%。由於亞太和中東地區的數字集群市場正處於快速發展階段，因而也為其提供了良好的市場機會。

從目前的數據來看，TETRA在全球各區域的發展中，簽訂契約數目同比增長最快的區域為亞太地區，增長率高達139%；其次是中東，增長率達到114%；而在西歐地區的增長率也達到110%。

在契約的數目方面，2004年簽訂TETRA契約數目最多的國家前三名依次為英國、法國、荷蘭―主要還是在歐洲地區。

在中國，幾種數字集群通信技術體制中，目前TETRA系統的套用相對占多數，主要用於政府、鐵路、捷運、航空、機場、水利等部門。

由於TETRA具有獨特的技術優勢，對於強力部門專網專用較有吸引力，目前其全球用戶主要分布在公共安全/交通/PAMR/公用事業/政府/軍事/石油/工業等領域，其中公共安全和交通部門占有的市場份額超過65%。在亞太地區，目前基本上套用於公共安全/交通/PAMR/公用事業領域，市場發展潛力很大。

但是，目前TETRA網路對外互聯部分技術尚未完全公開，不同廠家的TETRA產品目前還沒有完全實現互聯互通，不同網路之間的用戶和業務的互通乃至異地漫遊還存在一些問題。另外，TETRA的系統設備採購、建網成本和終端價格較高，這些都在一定程度上制約著TEREA的進一步發展。

3.2、一家獨大的iDEN

iDEN（集成數字增強型網路）是美國摩托羅拉公司研製和生產的一種數字集群移動通信系統，它的前身是MIRS系統，最初設計是做集群共網套用，因此除了以指揮調度業務為主外，還兼有雙工電話互聯、數據和短訊息等功能。

在技術方面，iDEN 具有以下一些特點：首先，在功能方面，iDEN在傳統的調度通信基礎上，大量吸收了數字蜂窩通信系統的優點，增強了電話互聯功能，其無線電話功能與個人移動通信系統同在一個水平上，同時將數字蜂窩通信系統的增值業務如簡訊息服務、語音信箱及基於IWF上的電路數據套用於iDEN系統中；第二，iDEN可以較高效率地使用傳統的頻譜，iDEN採納傳統的800MHz頻譜（806MHz～825MHz，85lMHz～870MHz），除歐洲外，該段頻譜在全球被廣泛套用於集群通信，無需調整，iDEN可以使用不連續頻點，方便運營商靈活配置頻率資源，通過TDMA技術，iDEN將一個25kHz的物理信道劃分成6個數字通信時隙，頻率利用率較高；第三，iDEN採納獨特的MI6QAM的調製技術，使每一個25kHz的物理信道（含6個通信時隙）的速率達到64Kbps，同時使鄰道抑制達到60dB以上，這一高效的調製技術保證了集群通信數位化進程中數字與模擬系統的共存，iDEN的話音編碼方式採取4.2Kbps的VSELP，可在6:1的壓縮下保證話音的質量；第四，蜂窩式的小區結構提高了網路的覆蓋能力，iDEN採納7×3的小區復用方式，將一個基站分為扇形小區，擴大小區的容量，提高大地域的組網能力，同時，還可以採取全向基站的方式，以12×1的全向小區復用方式，因地制宜，逐步發展；第五，可以實現跨系統調度通信。

目前iDEN技術體制主要用於數字集群共網系統套用，美洲和亞洲為其主要市場。在美洲，美國、加拿大、阿根廷、巴西、哥倫比亞、墨西哥、秘魯等國都有iDEN系統的部署； 在亞洲，日本、韓國、中國、菲律賓、新加坡、以色列等國都可以見到iDEN網路。其中，由美國Nextel公司（現已與其他移動運營商合併）運營的iDEN網路是目前全球最大、發展最完善的iDEN網路。

iDEN網路的服務對象比較廣泛，包括政府機構和各種企業用戶，如：建築業、維修服務業、能源電力業、商品零售和批發、農林採礦業、廣播出版業等。

但是，由於iDEN系統是由摩托羅拉獨家生產製造，接口沒有公開，目前網路設備主要由摩托羅拉供應，因此系統設備採購、建網和終端成本比較高。而且，由於研發年代較早，雖技術比較成熟，但對新業務支持能力相對較弱。

3.3、中國標準之一：GOTA

GOTA（開放式集群架構）是中國中興通訊提出的基於集群共網套用的集群通信體制，也是世界上首個基於CDMA技術的數字集群系統，具有中國自主智慧財產權，具備快速接續和信道共享等數字集群公共特點。GoTa作為一種共網技術，主要套用於共網集群市場，其主要特色在於更利於運營商建設共網集群網路、適合大規模覆蓋、頻譜利用率高、在業務性能和容量方面更能滿足共網集群網路和業務套用的需要。

GoTa採用目前移動通信系統中所採用最新的無線技術和協定標準，並進行了最佳化和改進，使其能夠符合集群系統的技術要求，同時又具有很強的共網運營能力和業務發展能力，滿足集群未來發展的需求。

GoTa可提供的集群業務包括：一對一的私密呼叫和一對多群組呼叫；系統尋呼、群組尋呼、子群組尋呼、專用PTT業務等特殊業務；對不同的話務群組進行分類，例如永久型群組和臨時型群組，用戶可對其群組內成員進行管理。除了集群業務以外，GoTa還具有所有新的增值業務，如短訊息、定位、VPN等，這些業務和集群業務結合起來，可為集團用戶提供綜合服務。

GoTa成功解決了基於CDMA技術的集群業務關鍵技術。為了能夠在CDMA網路上進行PTT通信，並且不影響原有CDMA系統已具備的業務功能和性能，GoTa圍繞著無線信道共享和快速連結這兩項關鍵技術提出解決方案，使新增的集群業務不會對傳統通信業務和網路資源帶來不利影響。與傳統集群通信方式相比，GoTa技術的優勢有：技術先進、業務豐富、投資少、見效快、運營成本低。

2004年3月19日，中興通訊GoTa產業聯盟啟動，冠日、青年網路、南方高科等終端廠商開始與中興通訊合作，共同推動GOTA產業的發展。

目前，中興通訊已經與中國鐵通、中國衛通兩家基礎電信運營商合作開展了GOTA數字集群商用試驗，此外，還贏得了俄羅斯、挪威、馬來西亞、泰國、埃及、阿爾及利亞等十餘個國家和地區的數字集群項目，其中挪威和馬來西亞的都是商用網路。

儘管從目前來看，iDEN、TETRA技術相對來說已較成熟，但是這兩者價位都太高；GoTa的性價比好、前向發展軌跡清晰、多業務增值能力強、安全保密性及可信任性好，只是成熟度相對差些，需要時間完善。因此，在一定時期內，TETRA、iDEN、GoTa等在中國市場上將會有不同的基本市場定位，在競爭中共存，並由市場用戶選擇而決定其未來發展。

3.4、華為的GT800

GT800是華為提出的另一項中國具自主智慧財產權的基於時分多址的專業數字集群技術，通過對TDMA和TD-SCDMA進行創造性地融合和創新，為專業用戶提供高性能、大容量的集群業務和功能。技術創新集中體現在集群特性的實現與增強方面，目前已形成數十項集群技術核心專利。

GT800的技術優勢主要體現在以下幾點：一、覆蓋廣，由於採用TDMA的技術體制，GT800每個信道的發射功率恆定，覆蓋距離僅受地形影響，能夠在共享信道情況下實現廣覆蓋，在用戶量增多的情況下，小區覆蓋不受影響，各集團共享整個GT800網路覆蓋服務區，真正體現GT800集群共網的廣覆蓋，廣調度，充分利用頻率資源的特性；二、一呼萬應，GT800繼承了業界成熟的數字集群技術體制，實現了真正的信道共享，組內用戶的數量不受限制，用戶之間不會互相干擾，真正實現一呼萬應；三、動態信道分配，在話音間隙釋放信道，講話時才分配信道，大大地提高了系統組的容量，即使在容量負荷極限，也能夠保證讓高優先權用戶順利通話；四、提供了面向3G的可持續發展能力，基於TDMA制式的第一階段的GT800系統，可以方便地向TD-SCDMA第二階段的GT800系統演進，充分體現保護用戶投資的設計理念。

前幾年，華為、SAGEM、波導、東信、夏新和科健等國內外六大通信設備及終端廠商聯合發起“GT800數字集群產業聯盟”，共推GT800數字集群通信技術與產品的發展。

3.4、DMR

數字移動無線電標準（DMR）是歐洲電信標準協會（ETSI）為專業移動無線電（PMR）用戶專門制定的數字無線電標準，最早於2005年獲得批准。

本標準的設計是在現有的全球已授權地面移動頻率波段所使用的12.5KHz頻道間隔中運行，並滿足未來對6.25kHz通道均衡的監管要求。主要目的是指定複雜程度低、可負擔得起的數字系統。DMR提供語音、數據和其他輔助服務。今天，按其規格設計的產品在世界各地有售。 DMR協定涵蓋未授權（第一層）、授權常規（第二層）和授權集群（第三層）三種操作模式，商業套用目前主要集中在第二層和第三層已授權類別。 定義DMR的標準由四個文檔構成。這些文檔可以從ETSI網站免費下載。

TS 102 361-1: DMR 空中接口協定

TS 102 361-2: DMR 語音和普通服務與設施

TS 102 361-3: DMR 數據協定

TS 102 361-4: the DMR Trunking protocol

還有一個包括所有標準元素的設計師指南簡讀本：

TR 102 398: 總體系統設計

DMR標準的其他主要技術特徵包括：

·雙時隙時分多址（TDMA）運行

·4級FSK調製

·最先進的前向糾錯

DMR有哪些不同類型

DMR標準分為三個層級。

DMR 第I層：未授權

DMR第I層產品供446MHz頻帶免許可證使用。

第I層提供消費套用和低功率的商業套用，採用最大0.5W瓦射頻功率。由於信道有限和不使用中繼器、電話互聯和固定/集成天線，第I層DMR設備最適合個人、娛樂、小型零售和其他不需要廣域覆蓋或先進功能的環境使用。

DMR 第II層：DMR常規

第II層包括在66 – 960MHZ PMR頻段運行的已授權常規無線電系統、手機和攜帶型設備。ETSI 的DMR 第II層標準的對象是需要頻譜效率\先進的語音功能和集成IP數據業務以便在授權頻段進行高功率通信的用戶。ETSI 的DMR第II層規定了在12.5KHz信道中運行雙時隙TDMA。

DMR 第III層：DMR集群

DMR在第III層產品可在66 – 960MHZ頻段進行集群運行。第III層標準規定了在12.5KHz信道中運行雙時隙TDMA。第III層支持類似MPT-1327的語音和短訊息處理，有內置128字元狀態信息和高達288數位的各種格式的簡訊息。它還支持多種格式的分組數據服務，包括IPv4和IPv6。

通信系統

一個基本的GoTa系統包括：BSS基站子系統、DSS集群子系統、MSS交換子系統、PDSS分組數據子系統、終端等部分。
BSS基站子系統採用的擴頻速率為1×1.2288Mbps，單載波連續占用1.25MHz頻寬，能夠支持153.6kbps的高速數據傳輸。子系統由基站收發信機BTS和基站控制器BSC共同構成，主要完成集群業務，數據業務和普通電話業務的接入功能。
DSS集群子系統，主要包括集群調度伺服器PDS、集群歸屬暫存器PHR和調度台代理伺服器(伺服器DAS+客戶端DAC)三個部分。其中調度台代理伺服器是可選設備，可為集團用戶提供虛擬的調度服務，建立集團調度的虛擬專網。DAS伺服器採用主流PC伺服器，基於典型B/S架構建立一個面向調度客戶端的站點。DAC客戶端登錄到DAS伺服器站點，通過DAS與PDS、PHR的互動，執行調度管理操作。
MSS交換子系統由移動交換中心MSC、歸屬位置暫存器HLR、拜訪位置暫存器VLR、鑒權中心AuC以及短訊息中心SMC等實體構成。
PDSS分組數據子系統完成GoTa系統的分組數據業務。分組交換核心網的功能實體包括：PDSN(分組數據服務節點)、HA(歸屬代理)、AAA(認證、授權和計費)伺服器。PCF功能實體則放在無線接入網(即BSC)側。
終端包括：商用手持終端、車載台、固定台，此外還可以根據用戶的具體需求開發低端手機(只含調度業務和語音業務)、專業終端等，以滿足不同部門、集團等客戶需求的多樣性要求。

網路結構

GoTa網路結構如圖1所示。終端、無線子系統BSS及調度子系統DSS就構成一個GoTa的基本網路結構。

圖 1 GoTa基本網路結構圖

為了能夠支持電話互聯業務、數據業務和簡訊息服務，GoTa還可以在其基本結構上接入交換子系統、數據業務子系統及簡訊息服務中心。

其中無線子系統BSS主要完成各種集群業務、數據業務和普通電話業務的無線接入功能。BSS一般由BTS和調度控制器PDC共同構成。無線收發信機BTS完成GoTa基帶信號的調製與解調、射頻信號收發等功能，調度控制器PDC則完成無線資源的分配、調度呼叫控制、功率控制、支持GoTa終端在不同覆蓋區域下的各類切換、匯集和分發集群語音數據流。

另外一個重要的子系統是調度子系統DSS。調度控制器PDC和調度子系統DSS相連。另外，調度控制器PDC還提供多種制式的接口和交換子系統、數據業務子系統相連，滿足GoTa終端的各種業務擴展的需求。調度子系統DSS主要完成集群調度業務，由調度伺服器PDS和調度位置器PHR兩個部分組成。PDS是集群呼叫的總控制點，完成集群調度呼叫的處理，包括鑑別集群用戶、建立各種集群呼叫，如私密呼叫和群組呼叫、判斷集群PTT請求等。PDS作為調度伺服器，還接收反向鏈路來的集群語音數據，根據呼叫的性質再分發到對應的前向鏈路。PHR完成資料庫管理和配置功能，為集群用戶提供群組註冊、群組成員註冊，並提供集群成員的本地信息以及集群成員的業務許可權記錄，完成呼叫統計和計費功能。

集群業務

GoTa提供的集群業務如下：

1. 一對一的私密呼叫和一對多群組呼叫，可設定用戶的優先權，並具有根據用戶的優先權使用強插強拆的功能。
   
2. 可以提供集群系統中所需要的系統尋呼、群組尋呼、子群組尋呼、專用PTT業務等特殊業務。
   
3. GoTa系統可對不同的話務群組進行分類，例如永久型群組和臨時型群組，用戶可對其群組內成員進行管理。除了集群業務以外，GoTa還具有增值業務提供能力，如短訊息、衛星定位、VPN等，這些業務和集群業務結合起來，可為集團用戶提供各種綜合服務。
   

GoT集群業務可廣泛套用於搶險救災、醫療急救、公共運輸、礦山工地、酒店管理、公共調度、餐飲娛樂、會議展覽、企業和小區管理、公安、交警以及家庭小團體等，可大大提高生產率和工作效率，對國民經濟的發展，社會的穩定和人民生命財產的安全都有著極其重要的作用。