【摘要】行業(yè)用戶的集群調度業(yè)務隨著移動通信技術的發(fā)展其需求也越來越高，現(xiàn)有的TETRA、iDEN數(shù)字集群技術體制可實現(xiàn)話音調度、短信應用，無法實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)多媒體應用，在LTE中可實現(xiàn)集群通信業(yè)務，本文介紹了數(shù)字集群通信的特點及現(xiàn)狀，并分析了其在未來移動通信中的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】數(shù)字集群TD-LTETETRAiDEN

一、數(shù)字集群通信簡介

數(shù)字集群技術從20世紀90年代中期在全球范圍內興起，是集語音調度、電話互聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸、短消息收發(fā)等功能于一體的移動通信技術，可滿足不同行業(yè)用戶的調度通信需求。其主要特點是群組通信，一呼百應，組呼信道共享，呼叫快速建立，接續(xù)時間非常短，可區(qū)分多種優(yōu)先級（業(yè)務優(yōu)先級、群組優(yōu)先級、用戶優(yōu)先級等）。

數(shù)字集群通信網廣泛應用于政府管理部門、電力、煤氣、自來水的生產與供應、交通運輸、倉儲的調度和指揮、金融、房地產、商貿、餐飲的運營、工商、稅務、市容的綜合治理等領域。

二、國外集群通信發(fā)展情況

由于國外市場主要應用TETRA和iDEN兩個技術體制，下面僅以TETRA和iDEN兩個系統(tǒng)，介紹數(shù)字集群通信系統(tǒng)在國外市場的發(fā)展情況。

（1）iDEN系統(tǒng)

1994年，iDEN系統(tǒng)在美國洛杉磯問世。近年來，iDEN在全球得到了廣泛的應用，用戶總數(shù)已經超過了1000多萬，覆蓋區(qū)域遍及亞洲的日本、韓國、菲律賓、新加坡、關島、以色列以及南北美洲的美國、加拿大、墨西哥、哥倫比亞、巴西、阿根廷和秘魯?shù)葒摇?/p>

在美國，NEXTEL公司運營的iDEN網絡覆蓋了總數(shù)2.2億人口的龐大區(qū)域，能夠提供數(shù)字電話、雙向無線電對講機、短消息等服務。美國的iDEN市場規(guī)模龐大，增長迅速，用戶數(shù)從1996年的50萬迅速增長到2003年的1300多萬。

（2）TETRA系統(tǒng)

TETRA系統(tǒng)設計針對專業(yè)無線用戶需求，特別適合在政府和商業(yè)領域的專網使用，其應用地域遍及歐洲大陸、南美、非洲、中東、亞太地區(qū)和澳大利亞等地區(qū)。

在歐洲，覆蓋德國全境的BOSnet網，擁有超過100萬的用戶容量；英國Dolphin電信公司的數(shù)字集群通信系統(tǒng)已覆蓋全英97%人口的地區(qū)。在亞太地區(qū)，澳大利亞、新西蘭和新加坡以及香港地區(qū)也在使用TETRA系統(tǒng)；日本的ARIB將TETRA作為下一代數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的技術。在美國等發(fā)達國家，專業(yè)集群調度市場規(guī)模要占到公網移動通信市場規(guī)模的10%以上。

三、國內集群通信現(xiàn)狀

2001年，信息產業(yè)部批準采用TETRA和iDEN作為中國的數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制電子行業(yè)推薦性標準，集群通信系統(tǒng)工作頻段采用806～821MHz /851～866MHz，雙工頻率間隔為45MHz。

在我國數(shù)字集群通信領域占據(jù)主流的TETRA、iDEN系統(tǒng)價格均偏高，且標準的公開性也不盡如人意，我國自主開發(fā)的數(shù)字集群標準GoTa系統(tǒng)和GT800系統(tǒng)應運而生。由于沒有完整成熟的標準，影響了系統(tǒng)和終端產品的成熟進程，加上工作頻段等各種原因，后兩種技術未得到廣泛應用。

1989年我國引進模擬集群系統(tǒng)，1990年投入使用，1993年得到了較快的發(fā)展。到1999年，全國模擬集群系統(tǒng)信道總數(shù)不超過1萬，用戶總數(shù)大約20萬。

在各自為政的集群系統(tǒng)中，頻率閑置和頻率不足的現(xiàn)象同時交替存在。由于專用移動通信的工作頻段有限，且要求自建專用移動通信系統(tǒng)的部門眾多，使得本來不富余的頻率資源更加緊張，頻率資源緊張已經成為制約專用移動通信發(fā)展的嚴重問題。

四、集群通信業(yè)務發(fā)展前景分析

從集群通信業(yè)務的應用看，目前數(shù)字集群是專業(yè)移動通信的第二代產品，是技術先進的高可靠、高效率的無線調度指揮網，可廣泛為企業(yè)和政府職能部門如公安、交通、鐵路、廠礦、港口碼頭、大型運動會、城市管理等部門提供應急救援、搶險救災、生產調度、行政管理等服務。隨著國內經濟的發(fā)展，城市人口和規(guī)模不斷擴大，頻繁舉辦各種大型公眾活動，政府職能部門的應急聯(lián)動和城市的安全管理逐步引起了政府各部門的關注，并且廣大集團用戶對集群通信的廣泛性、時效性、便捷性提出了更高要求，除語音調度外，還需要高速率的多媒體集群通信，因此數(shù)字集群通信的應用前景非常廣闊。

從集群通信業(yè)務用戶發(fā)展規(guī)模來看，隨著數(shù)字集群應用日益廣泛，用戶規(guī)模逐年擴大。隨著國內經濟的不斷發(fā)展，政府、公安、交通等部門和企業(yè)對應急通信及指揮調度的通信需求不斷提高，數(shù)字集群將擁有可觀的用戶規(guī)模。

五、集群通信技術發(fā)展趨勢分析

（1）目前數(shù)字集群系統(tǒng)的不足

在我國，TETRA和iDEN系統(tǒng)采用的頻道間隔為25KHz，GT800系統(tǒng)單載波頻率帶寬為200KHz，GoTa系統(tǒng)單載波頻率帶寬為1.25MHz，目前的數(shù)字集群通信系統(tǒng)支持語音和低速數(shù)據(jù)通信，在數(shù)據(jù)傳輸能力和多媒體業(yè)務的支持能力方面，數(shù)字窄帶集群通信系統(tǒng)仍然比較落后。例如，iDEN系統(tǒng)對時隙和調制方法進行改進后推出的寬帶綜合數(shù)字增強型網絡，將峰值傳輸速率提高至384kbps，TETRA增強型數(shù)據(jù)業(yè)務理想情況下可支持不超過700kbps的峰值傳輸速率，均未達到Mbps的數(shù)量級。在頻譜利用率和覆蓋方面，現(xiàn)有的數(shù)字集群系統(tǒng)不能很好的滿足需求。由于窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)自身體制的限制，向寬帶化演進存在較多的困難，相關標準尚未制定。

（2）集群通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著移動互聯(lián)網的飛速發(fā)展及全球無線城市的大規(guī)模建設，寬帶化成為整個無線通信的發(fā)展趨勢。集群通信系統(tǒng)在技術上也將向系統(tǒng)IP化、業(yè)務多樣化、數(shù)據(jù)寬帶化、終端多?；姆较虬l(fā)展。從具體的應用來看，主要體現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)、視頻以及構建于此基礎之上的多種應用，包括移動辦公、多媒體集群調度、視頻監(jiān)控、城市應急聯(lián)動等。

同時，集群通信系統(tǒng)還應該具有更大的信道容量、更高的頻譜利用率、更好的傳輸性能，采用低成本、可伸縮、可配置的全IP無線多媒體網絡架構，并能夠實現(xiàn)平滑演進。

隨著移動通信技術的發(fā)展，從2G、3G到4G LTE，從語音到高速數(shù)據(jù)業(yè)務，LTE在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率，頻譜效率達到3GPP R6的2～4倍，在系統(tǒng)架構上采用全IP的方式，通過QoS機制保證實時業(yè)務的服務質量，提高小區(qū)邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率等。自LTE啟動以來，3GPP全力推進LTE的研究工作，2009年、2010年、2011年和2012年分別完成了R8、R9、R10和R11版本的標準制定工作，目前正在進行R12版本的標準制定工作。

2012年CCSA專題討論了《基于TD-LTE公眾移動通信網的集群通信業(yè)務》規(guī)范，并正在編制《基于TD-LTE公眾移動通信網的集群通信業(yè)務總體技術要求》以及相關的標準。

（3）基于TD-LTE數(shù)字集群通信的關鍵技術

①下行信道共享技術。為支持集群通信系統(tǒng)的組呼、廣播呼叫，需實現(xiàn)點對多點的下行信道共享，即同一物理信道資源應能被小區(qū)內屬于同一用戶組的多個用共享?；赥D-LTE的數(shù)字集群系統(tǒng)，需要對TD-LTE的物理層信道、相關物理層過程以及上下行鏈路的傳輸信令進行改進，并對MAC層的調度機制進行優(yōu)化。②上行信道搶占技術。在一個集群呼叫過程中，同一時間只有一個用戶能夠獲得話語權成為講話方，其他用戶為接聽方，為此，需要支持話權申請、話權搶占等功能。需基于LTE的資源分配和調度技術進行深入研究，并進行必要的增強改造以實現(xiàn)上述功能。③快速呼叫建立技術。集群通信系統(tǒng)呼叫接續(xù)需滿足PTT“按鍵即講”的要求。需結合下行信道共享、上行信道搶占對LTE系統(tǒng)的改造，分析研究優(yōu)化接續(xù)流程，提高接續(xù)速度。因此可能需要對LTE的呼叫接續(xù)流程做修改以提高接續(xù)速度。④集群指揮調度技術。集群通信系統(tǒng)需要提供較強的指揮調度功能，包括組呼、廣播呼叫、強插/強拆、動態(tài)重組、遲后進入等集群系統(tǒng)所具備的特色功能。為了支持集群業(yè)務，將對eNodeB、MME、P-GW和HSS網元進行改進，增加相應的集群功能實體來實現(xiàn)集群。

（4）寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)特征

寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在業(yè)務、功能和性能需求上應具有以下特征：①業(yè)務特征。寬帶集群通信系統(tǒng)圍繞“語音”、“數(shù)據(jù)”、“視頻”這三個基本服務拓展寬帶業(yè)務類型，包括：組呼/可視組呼、單呼/可視單呼、緊急呼叫等語音類業(yè)務；移動信息服務、高速數(shù)據(jù)查詢、網絡瀏覽、移動辦公、定位服務等數(shù)據(jù)類業(yè)務；視頻會議、移動視頻監(jiān)控等視頻類業(yè)務。②功能特征。A.具有群呼、直呼等快速指揮調度能力；B.集語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻的多業(yè)務傳輸能力；C.具有網絡互聯(lián)和脫網通信能力，以支持直通或終端構建Mesh網絡等。③性能特征。A.網絡高可靠性，具有強故障弱化和抗毀能力；B.支持大熱點地區(qū)、熱點時段的大話務量能力；C.呼叫建立時間短，呼叫建立時間小于500ms；D.網絡安全性高，支持端到端加密。

（5）數(shù)字集群通信在TD-LTE中實現(xiàn)方案

數(shù)字集群通信在TD-LTE中要實現(xiàn)上述業(yè)務、功能和性能要求，TD-LTE核心網EPC的扁平化架構方案如下：

TD-LTE公網集群系統(tǒng)無需為集群通信獨立建網，而是與TD-LTE公眾網絡共享網絡資源。其中，TD-LTE無線接入網是TD-LTE公眾網絡的主體構成部分，占公眾移動通信網絡投資的大部分，公網集群的接入網應與公眾網絡的接入網共享，包括站址、天面等資源，可有效利用公眾網絡資源。

TD-LTE核心網中集群調度功能與普通EPC系統(tǒng)互相獨立以減少對公網業(yè)務的影響，集群調度器融合在集群獨立核心網中，以便實現(xiàn)集群業(yè)務的調度和分發(fā)。

獨立的集群核心網提供集群業(yè)務的鑒權、授權和計費服務；執(zhí)行PTT呼叫處理，如鑒別PTT用戶、建立PTT呼叫、判斷PTT請求等；接收上行鏈路來的PTT語音包，并分發(fā)到下行鏈路；為集團用戶提供調度臺服務，為集團用戶建立集群調度的虛擬專網。

隨著LTE技術的發(fā)展和不斷成熟完善，數(shù)字集群通信將會實現(xiàn)語音、視頻、高速數(shù)據(jù)等寬帶集群調度業(yè)務，可為政府應急通信和集團企業(yè)生產調度、行政管理等提供更好的指揮調度服務。