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中国数字集群对讲机业务现状及几种制式的比较分析

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文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2014-04-09 09:01:00

  集群是指把大量个体的专业用户集中起来形成一个共同高效的无线信道,进行指挥调度。主要是要将动态信道分配多用户共享,充分利用有限的无线信道资源,并在此基础上建设的一个共用高效实用的平台。

 

          数字集群,是指专用移动通信系统,数字集群通信是二十世纪末兴起的新型移动通信系统,它除了具备公众移动通信网(GSMCDMA)所能提供的个人移动通信服务外,还能实现个人与群体间的任意通信,并可进行自主编控,是集对讲机、GSMCDMA和图像传输于一体的智能化通信网。数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能,而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯,保密性高,功能丰富,真正全面实现了通讯的智能化。

 

           数字集群是现在专用集群无线通信的主体,可集指挥调度、电话、数据、短信、多媒体图像及Over IP等运作于一体,与公众移动通信相比,其一系列特殊功能,特别是调度功能,以及网络结构与安全控制等方面有其特征与复杂性,例如快速调度群呼、组呼、通播、直通、强拆、强插、缩位寻址、优先呼叫、滞后进入、环境侦听、控制转移、动态重组、自动重发、VPN组网等等。其中不少特种功能非通常公众移动通信系统所具有、或其简单增强扩充即能具有,或者对特种专用部门特种强力要求难相适应;其快速接入响应(与蜂窝移动通信入网时间需要数秒相比较,它仅需300500ms),集团组群用户有效指挥、联络、调度,以及其半双工、单工为主的运作方式是其最主要的特征。

 

          它的应用需求有很广泛的专用覆盖面,可遍及铁道、交通、民航、水利、电力、煤气、自来水、公安、警察、监察、司法、安全、消防、侦缉、工矿、农场、油田、港口、海关、银行、物流、保险、旅游、地铁、轻轨、应急援救、军队以及市政数字化、重大事件与突发事变应对等等。同时,许多国家的政府还为集群通信系统运营者开放执照申请,将其作为公共接入移动无线电系统,提供公众服务。

 

 

一、集群通信系统及其应用

集群通信系统诞生于70年代末到80年代初。其工作方式类似电话交换系统,通过中央交换站根据需要自动为用户指定信道。

集群通信的基本原理是:由中央控制器集中控制和管理系统中的每个信道,并以动态方式迅速把空闲信道分配给发起呼叫的用户,通话完成后又将该信道收回给等待的用户使用,因此,极大地提高了频道使用率。

集群通信系统的网络为星型结构,便于调度中心对各移动台的指令传输;同时,网络覆盖采用大区或中区制。集群通信系统主要由调度台、交换控制中心、基地台、移动台组成。

在网络系统建设时,一般先建基本系统单区网,然后将多个基本系统相互连接成局域网。基本系统可为单基地台或多基地台,基本结构可分为单交换中心的单基地台网络结构和单交换中心的多基地台网络结构。

在控制方面,集群系统分为集中控制方式及分散控制方式。前者的系统中控制信号传输是由一个专用的频道传输,速度较快,同时,具有集中控制的系统控制器,功能齐全,适用于大、中容量多基地台网络;后者则是在每个频道中既传输控制信号又传语音信号,只有在频道空闲时才传控制信号,节省了一个专用信道,但接续速度慢,不需要集中控制器,因此,设备简单且成本低,适用于中、小容量的单区网。

集群通信系统通常包括诸如群组呼叫、紧急呼叫、发起或接收与公网之间的呼叫等多种呼叫功能;同时,可以为用户提供可靠的通信信道、快速建立通话、优先等级划分、动态重组能力等功能,尤其是在实行紧急任务时,这些功能更显重要。市(县)政府机关可根据不同部门的需要共同使用一套集群通信系统,为如政务、公用设施管理、环境卫生、警务、消防等建立通话系统,而每个部门可以依其任务的需要,建立起符合自身任务要求的特定通话组群,而且集群通信系统具有弹性的扩充能力,因此能够随着业务需求的增加,扩充系统容量及调整系统组态,并且能够持续以App方式升级。

二、集群通信系统的标准化状况

1、国际标准

为避免各种不同系统的相互干扰、提高通信质量、追求更高的系统容量和频谱利用率,1998年3月,国际电信联盟(ITU)根据世界各国提交的集群通信系统标准共制订了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek等七个数字集群通信系统的国际标准。

其中,TETRA原为Trans European Trunked Radio(即泛欧集群无线电系统),现已改为TerrestrialTrunked Radio(陆地集群无线电系统),是欧洲电信标准组织(ETSI)制定的数字集群通信系统标准。

这7个标准中:APCO25、Tetrapol、EDACS等三个为采用频分复用(FDMA)技术的标准;TETRA、DIMRS、IDRA等三个为采用时分复用(TDMA)技术的标准;而Geotek为采用跳频多址(FHMA)技术的标准。

 

2、我国的集群通信系统标准

为推动集群通信系统在我国的建设和应用,2000年12月28日,信息产业部正式批准发布了《数字集群移动通信系统体制》的行业推荐标准。

标准主要参照国际标准TETRA(体制A)和Motorola企业提出的美国国家标准iDEN(体制B),确定了两种集群通信体制。体制A面向专用调度和共用集群通信网,体制B主要适用于共用集群通信网。同时标准规定了集群通信系统的工作频段为806MHz~821MHz/851MHz~866MHz,双工频率间隔为45MHz。

 

随着2.5G/3G可赢利增值业务模式探索的紧迫需求,以PTT/PTM/PTS为轴心的具集群功能的公众蜂窝移动通信应用正掀起包括中国在内的全球性热浪,相应利用cdma 2000 1XGSM基本空中接口技术及其未来演进技术,正在或将要引入专用集群通信的技术创新,并产生巨大战略影响,中国中兴提出的基于cdma20001XGoTa(Global open Trunking architecture)系统及中国HUAWEI提出的基于GSMGT-800系统即为其典型示例,并将纳入正进行中的数字集群共网商用试验。

 

三、集群通信系统的发展历程和方向

早期的专用移动通信主要是由点对点无线电对讲机来完成,在80年代初发展成为单频道、单基地台的模拟系统,但只能提供语音通信功能;以后,通过不断发展,形成了多频道、单基地台系统,可以利用多频道提供话音及非话音业务,且功能日益增多;在引入多频道共享技术之后,于1985年发展成为第一代模拟集群通信系统,即多频道共享的单基地台或多基地台通信系统,并于1987年投入商用。多频道集群通信系统的控制器由几个信道形成一群自动搜索可用信道给用户使用,因此,多频道集群通信系统平均每频道可提供的用户数较多且效率也较高。

随着数字技术的发展,集群通信系统已经开始向第二代的数字技术发展,其频谱利用率比模拟系统大为提高,且具有更大的容量。

为了更进一步提高频率使用率,集群通信系统出现了将多个集群系统结合在一起统一管理,共用频道和信道、共享覆盖区域、通信业务、共担费用,朝着公众使用的方向发展。现代的集群通信系统除了具有通话功能之外,还有命令传输、遥测、遥控等功能。

目前市场上较为成功的数字集群通信系统主要有欧洲的TETRA和美国的APCO25两个标准,TETRA的相关厂商在结合无线应用协议(WAP)、网际网络协议(IP)的各个方向,表现出积极的态度,相当具有发展潜力;而APCO25的空中接口有两大特色,一是具有很强的纠错能力,以增强了通信范围,二是持续性的传送识别码及同步加密资料。

从新发展的集群通信系统标准如TETRA及APOC 25可以看出,数字集群通信系统发展的一个方向是在传统移动通信的调度功能之外,还提供了类似公用移动电话系统的双工通话和短信服务(SMS),可在多基地台覆盖范围漫游,甚至具有越区切换等功能;除此之外,高速数据通信能力的强化、与IP网络的整合等,也是集群通信系统非常重要的发展方向

 

二、三种体制的定位

 

TETRA

 

TETRA是被国际警察组织普遍采用的数字集群移动通信体制,也是已被我国确定采用的数字集群通信标准之一。TETRA采用时分多址(TDMA)技术,每个载频有4个逻辑信道,载频间隔25kHz。具有频谱效率高、接续快,安全保密、可支撑话音、数据多种业务等特点。TETRA定义了二十多种补充业务,面向实行关键任务组织的指挥通信要求,这些业务还可以根据警察的战术操作需求,加以细分。TETRA网络具有最高的可靠性和顽存性‚终端满足最严格的美国军用标准要求(我国军标和欧洲军标均参照采用该要求)

IDEN

 

iDEN/Tetra/P25(Apco 25) 比较

 

 

 

IDEN

TETRA

P25(Apco 25)

 

(Nextel/Motorola)

 

 

空中接口 (AI)

 

 

 

采用技术

Digital TDMA-3/6

TDMA 4:1

FDMA 2:1

信道带宽 (kHz)

25

25

12.5

单话音通道有效带宽(kHz)

8.3/4.2

6.25

12.5

信道比特率(kbps

64

36

9.6

频谱效率 (bps/Hz)

2.56

1.44

0.77

标准空中接口

No

控制信道

TDMA Slot

TDMA 时隙

FDMA 信道

话音编码

VSELP/IMBE, ~ 4.4 kbps

Thomson ACELP, 4.4 kbps

DVSI IMBE, 4.4 kbps

FEC (kbps)的毛通话速率

7.4

7.2

7.2

频段

800/900/1500 SMR/PS

UHF(<512)/800 SMR/PS

VHF/UHF/800/900 SMR/PS

模拟数字兼容?

呼叫方式

 

 

 

组呼

单呼

紧急呼叫

广播

有线互联

常规对讲

呼叫性能指标

 

 

 

呼叫建立时间-单站

< 1 sec?

< 0.3 sec

< 0.3 sec

呼叫建立时间-多站

?

< 0.5 sec

< 0.5 sec

信息集群

发射集群

后加入

多优先级

8

15 

8

调度性能指标

 

 

 

单机地址(容量)

> 16 M

> 1 M ?

16 M

组号地址(容量)

16 M

> 1 M ?

1 M

组结构

扁平结构

用户定义

系统呼/广播组/组呼

组呼信道效率

信道//

信道//

1信道//

调度地点

目前只有离线

在线或离线

在线或离线

优先扫描

动态重组

广区覆盖

 

 

 

不同网漫游

网内漫游

Call Handoff--PSTN

Call Handoff--Dispatch

--但不是无缝

数据能力

 

 

 

电路交换

9.6 kbps

7.2

9.6 kbps

包交换

?

将来?

话音和慢数据同时

?

文本信息

安全

 

 

 

鉴权

遥毙

加密(组呼)

空中重激活 (OTAR)

端到端加密

无标准

其他

 

 

 

直通

 (个别型号)

Yes, 25 & 12.5 kHz

空中编程

常规接口

终端设备

 

 

 

线性射频设备

-需要

-需要

-不需要

基地台

40 W

25 W (40W)

100 W

基站接收多样化

Yes--2 Branch

Not Needed w 3 W Port

车台

3W

25 -100 W

手台

1.5 W PTT

1 W Rugged/PTT

3-5 W Rugged/PTT

系统设备

 

 

 

交换

-电路交换

-电路交换

-包交换

控制和管理

调度台

 

电话互联网关

数据网关

开放标准

 

 

 

终端厂商

1

多家

多家

系统厂商

1

多家

多家

 

 

GT800GoTa

它们实质上是在公众移动通信技术上的改良。国际电信联盟ITU也未接受为”集群通信系统”。实际上,由于占用带宽太宽,其频率利用率低于模拟集群。其实,这两个技术可以在中国移动GSM网和中国联通GSMCDMA网络上实现,但是两大运营商经过慎密研究都未考虑。有限的功能可以满足小企业和家庭的对讲通信要求,吸引一些运营商借机进入移动运营,因此有媒体把他们戏称为“铁通版小灵通”。  

 

一、军警选择GT800GoTa会带来的问题

 

  • GT800要求200kHzGoTa需要1250kHz,频率利用率太低低于模拟集群MPT132725kHz),因此在大中城市不可能分配足够800MHz频率,而且存在与其它800MHz系统的干扰问题(模拟集群、TETRAIden等);
  • 终端设备单薄、不满足军用要求,高低温、防水、防尘、振动、跌落、冲击、按键寿命、按键舒适度等存在问题;
  • 没有专为军警设计的耳机、麦克风、充电器、皮套等配件;没有内置GPS接收机;
  • 调度功能特性不满足军警要求:没有根据预案的分组能力、操作选组不便,没有动态重组、通播呼叫、广播呼叫、调度台核查呼叫等功能;
  • 目前试验网络还不支撑分组数传,即使支撑,实际可用数据率最高20-30kBit/s,不满足图像传输要求,(即使3G380kbs的速度,一个用户用还可以,数个用户同时使用也无法满足流媒体的要求,这也是为什么外国警方另建宽带数据通信系统的原因,达Mbps级的速度)
  • 调度台简陋,有的公安领导参观后认为只能算网管;其实只是把网管简单换脸
  • 技术本身不支撑对讲直通方式,(技术上可以加装对讲机芯片,但耗电、体积会增加)
  • 呼叫建立时间过长,不满足通信指挥要求
  • 网络可靠性和顽存性较低,否则增加设备,成本就大幅上升
  • 安全性不如TETRA,基于公网平台的加密水平
  • 大容量呼叫能力没有实际试验验证:每基站支撑多少组‚每组多少用户;跨基站和交换机组呼时,能支撑多少组、多少用户,呼叫建立时间多长等诸多能力
  •  
  • 摩托罗拉TETRA数字集群对讲机:MTP850MTP750 CP1300 350MCP1660 350M;
  • 海能达PDT 数字集群对讲机:X1ePD780 PD790 ExPD780/780GPD700/700G
  • 海能达TETRA 数字集群对讲机:PT580HPT580;
  • 建伍数字集群对讲机:MTX900/960;
  • 摩托罗拉TETRA数字集群对讲机:MTP850MTP750 CP1300 350MCP1660 350M;
  • 海能达PDT 数字集群对讲机:X1ePD780 PD790 ExPD780/780GPD700/700G
  • 海能达TETRA 数字集群对讲机:PT580HPT580;
  • 建伍数字集群对讲机:MTX900/960;
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