数字集群通信发展趋势

柯海清

摘 要：数字集群是一种共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统，是全球应用最为广泛的专用调度通信系统。本文介绍了数字集群通信发展的情况，分析了存在的不足和发展趋势，宽带集群系统将成为数字集群演进方向，同时介绍了基于TD-LTE的数字集群通信技术。

关键词：数字集群；发展趋势；TD-LTE

移动通信系统按照应用领域不同，可以分为公众移动通信以及专用移动通信，本文主要研究的集群通信属于专用移动通信系统。数字集群兴起于20世纪末，是集语音调度、短消息收发、数据传输、图像视频传输等功能于一体的移动通信技术。随着数字集群业务发展，其对宽带化的需求也不断提升，趋向于组成集语音、数据、图像、视频于一体的多媒体宽带集群融合网，更好地满足行业用户集群通信需求。

1 数字集群通信发展现状

1.1 技术体制及发展现状

数字集群通信系统是一种全球应用最为广泛的专用调度通信系统。1998年3月，国际电信联盟（ITU）共制订了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS（iDEN）、IDRA、Geotel等七种数字集群通信系统的国际标准，其中TETRA和iDEN系统应用最广泛。

在国内原信息产业部于2000年12月正式确定了两种数字集群体制，即TETRA（体制A）和iDEN（体制B），体制A面向专用调度和共用集群通信网，体制B主要适用于公网集群通信网。公安部出自自身的应用需求也颁发了350M TETRA标准。2004年6月，又补充制定了基于GSM技术的GT800和基于CDMA技术的GoTa两种数字集群系统标准。随着MPT1327模拟集群系统在我国应用过程中其固有缺陷与不足的不断暴露，由公安部推出了一种新型体制PDT集群标准。

從目前的研究现状来看，在全球范围内，数字集群通信大部分情况下仍是作为集群通信专网使用，用户量仍相对较小。

1.2 国外数字集群通信技术

1.2.1 TETRA 系统

数字集群领域最著名的标准当属欧洲的 TETRA（Terrestrial Trunked Radio System 表示陆地集群无线电系统），是一种基于数字时分多址（TDMA）技术的集群通信系统，是由 ETSI（欧洲电信标准组织）制订的标准，在国际上得到了广泛应用。由于 TETRA 系统的开放程度较低，异厂商的产品互联互通存在一定的问题；终端价格和建网成本都比较高，这些都制约了 TEREA 系统的发展。

1.2.2 IDEN 系统

IDEN（综合数字增强型网络）是由 MOTOROLA 公司研发的一种数字集群通信系统，主要市场在美洲和亚洲。由于IDEN系统是由 MOTOROLA 公司独家研制，接口不开放，终端成本和建网投资都比较高；IDEN 系统由于研发的年代比较早，其对新业务、新功能的支持能力也相对较弱。

1.3 国内数字集群通信技术

在国内数字集群通信现状是 TETRA 和 IDEN 系统仍然占比较大，由于这两个系统的价格和成本偏高，且系统标准的公开性不高，我国自主研发了数字集群标准 GT800系统和GOTA系统。

1.3.1 GOTA 系统

GOTA（Global open Trunking architectrue 全球开放式集群架构）数字集群通信系统，是中兴通讯公司提出的基于集群共网应用的集群技术，是世界上第一个基于CDMA2000技术的集群通信体制。GOTA系统具备信道共享、快速接续、频谱利用率高、物美价廉等特点，顺应数字化信息时代客户对多种多样通讯手段的需求；适合大规模覆盖，在性能和容量上更能满足集群共网应用的需要。

1.3.2 GT800系统

GT800系统是华为公司提出的以GSM技术和TD-SCDMA技术为基础的数字集群技术，可以满足用户对高速数据业务的需求。GT800系统主要是面向国内数字集群市场，通过对GPRS和TD-SCDMA进行创新融合，为用户提供大容量、高速率、高性能的集群业务和附加功能，适用于城市应急联动、集群公网运营、专网应用等。

2 目前数字集群系统的不足

从实际应用状况统计，当前广泛使用的数字集群通信技术集中支持语音和低速率数据传输业务，技术应用远落后于公众移动通信系统。

IDEN系统和TETRA 系统之间采取的是频道相隔25kHz，GOTA系统频率带宽1.25MHz，GT800系统频率带宽为200kHz，都属于窄带通信技术。随着视频、图片和高速数据业务的兴起，窄带数字集群通信在数据传输能力方面和多媒体业务支持能力方面呈现不足，在覆盖、容量和频谱利用率方面都无法适应实际需求的发展，制约了数字集群通信技术的应用推广。

3 数字集群通信系统发展趋势

当前基于窄带数字集群由于技术成熟、建网及维护成本低、单易用等优势，在集群通信市场仍然会有一定的生命周期。随着云计算、物联网、大数据等新兴应用，集群通信对于通讯过程中“全面掌控、现场可见”的需求日益激增，语音为主的窄带集群系统，因在视频、图片等传输能力不足，面临的系统性能与业务需求、技术发展趋势及市场应用成熟度等多方面的压力日益激增。

数字集群技术发展跟随通信技术飞速更新换代，也实现“跨越式”发展，逐渐趋向数据宽带化、应用多样化、架构全IP化、终端多模化等方向；宽带数字集群技术替代窄带通信技术成为了一种发展必然。宽带数字集群技术基于不同的宽带无线通信技术实现，可通过一张网络来实现承载语音、高速数据、视频业务，并可将专业通信系统与内部管理系统进行无缝集成。

随着LTE技术逐步成熟应用于专网通信领域，数字集群通信行业技术应用也“跳跃3G直奔4G”，基于LTE的宽带集群系统成为数字集群的演进主流方向。

4 基于TD-LTE 数字集群技术

4.1 TD-LTE 数字集群技术优势

TD-LTE是移动通信主流标准之一，移动通信与宽带无线接入融合的典范，基于TD-LTE的宽带集群通信系统不仅可以继承TD-LTE 系统高速率、大带宽等诸多优点，满足现代集群通信网络在容量、带宽、传输速率和频谱利用率等方面的需求，同时系统具有很好的扩展性，可以和其他现有的网络互连互通；可满足当前及未来一段时间内行业发展需求。

2014年我国成立了宽带集群B-TrunC产业联盟推动宽带集群的产业化和国际化，基于B-TrunC标准的宽带集群已经成为产业发展共识。我国于2015年制定了基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群通信标准，也为宽带集群通信产业发展奠定技术基础。

TD-LTE的宽带集群通信系统在系统研发的自主性方面具有其他宽带通信技术不可比拟的优势。TD-LTE产业链的规模发展，将大大降低TD-LTE用于宽带数字集群系统的成本。同时TD-LTE后续演进路线清晰，作为宽带数字集群技术，可持续为行业发展提供完善的业务能力。

4.2 TD-LTE 数字集群通信关键技术

4.2.1 上行信道抢占技术

集群呼叫过程通常都是一发多收，即同一时刻只能有一个用户获得话语权成为讲话方（占用上行信道，发送数据），其他用户为接听方（占用下行信道，接收数据）。为此，上行信道抢占技术的关键是话权申请、话权抢占等功能，基于 TD-LTE 的资源分配和调度技术进行必要的改进优化实现上述功能。

4.2.2 快速呼叫建立技术

集群通信系统对呼叫时延的要求较高，一般所要求的时延在0.3s内。通过对 TD-LTE 系统进行优化改造，结合上行信道抢占技术和下行信道共享技术，优化呼叫接续流程，提高接续速度，满足 PTT”按键即讲”的呼叫接续要求；基于TD-LTE 的宽带数字集群技术实现话权申请/话权抢占小于0.2s，实现了更低的传输时延。

4.2.3 集群指揮调度技术

指挥调度功能是集群通信系统的主要功能，也是集群通信系统中最重要的应用。集群的指挥调度包括组呼、广播呼叫、紧急呼叫、不同优先级别呼叫、动态重组、强插、强拆等特色功能。基于 TD-LTE 的集群通信系统增加相应的集群功能实体，可支持这些指挥调度功能。

4.3 基于 TD-LTE 数字集群通信方案

由于TD-LTE宽带集群通信可采取独立组网或基于公网系统实现，两者各有不同特点。基于 TD-LTE公网集群系统无需为集群通信完全独立建网，在原有 TD-LTE网络的基础上，集群的无线接入网可与TD-LTE公网的无线接入网共享网络资源，包括站址、天面等资源。公网集群核心网中集群调度功能与 TD-LTE 系统的 EPC（Evolved Packet Core）核心网互相独立，从接入网之后分别走不同的通道。基于 TD-LTE 的专网集群独立规划建设一个完整的端到端无线专网通信解决方案。

不论采取何种方案，必须结合现有集群通信系统现状及业务需求、技术应用成熟度等情况，从经济性、可靠性、安全性、先进性等方面全方位评估，长远规划，确保宽带集群系统建设长效支撑业务发展。

5 结语

随着行业信息化的发展，语音为主的窄带数字集群系统，在视频、图片等传输上存在的能力不足日益明显，数字化、宽带化、融合化成为数字集群通信发展的趋势，宽带数字集群技术必然会替代窄带数字集群技术。基于TD-LTE宽带数字集群系统可在一张网络上提供语音、视频和数据多种业务，成为今后数字集群通信发展较好的选择。

参考文献

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