集群系统和蜂窝通信系统

一、什么是集群通信，它和蜂窝通信通信有什么区别？

集群是从英文Trunking或Trunked意译过来的。Trunk本意为中继或干线，从Trunked 的含义来说，应该是"系统所具有的全部可用信道都可为系统的全体用户共用"，即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话，只要有空闲信道，他就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道沟通联络，进行通话。所以从某种意义上讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继(转发)通信系统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的区别。但是，集群通信系统是多个用户(部门、群体)共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信系统，主要用于指挥调度通信。所以，集群通信系统是专用指挥调度通信系统。而且集群通信系统是高级移动指挥调度通信系统，是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线电移动通信系统。

对指挥调度功能要求较高的企事业、铁道、交通、民航、水利、电力、工矿、油田、农场、港口、轻轨和地铁、公、检、法、司法、安全、海关以及军队、武警等等部门都需要这种系统。

集群通信系统的特点是：

(1)集群通信主要是以单工或半双工方式来工作，故两用户通话只占一对频率(一个信道)：蜂窝通信是无线电话，是有线电话的延伸补充和发挥，它采用全双工工作方式，故两用户通话要占两对频率(两个信道)，所以从频率利用率讲集群通信要高。而从通话来讲则蜂窝通信要方便一些。

(2)集群通信系统主要采用信道动态分配方式(单工或半双工)，蜂窝通信系统采用信道固定分配方式，即把信道分配给两用户固定使用(全双工)，故当两者具有同样的信道数时，在一个区域内集群通信系统可容纳更多的用户。

(3)集群通信系统主要是大区、小区覆盖；而蜂窝通信系统是小区，微小区，甚至微微小区覆盖。

(4)集群通信系统主要是无线用户对无线用户(包括调度台)，而无线用户与有线用户间通话是少量的。由于集群通信系统是指挥调度系统，所以通话时间不能太长，并有限定的通话时间；而蜂窝通信系统主要是无线用户与有线用户之间的通话，因为是无线通话，故与有线电话一样，话务量较大、通话时间长、对通话时间不限制。

(5)集群通信系统的用户具有不同的有先等级和特殊功能；而蜂窝通信系统内的用户是同级的，也不具有特殊功能。所以有人称集群通信是一呼百应，蜂窝通信是一呼一应。

(6)集群通信系统的入网时间短，一般为300-500毫秒；蜂窝通信系统则较长，通常要几秒时间。

(7)集群通信系统是为集团用户服务的；蜂窝通信系统是为个人服务的。

三、数字集群通信的共网与专网

集群通信最早是各部门、各单位用于工作的指挥、调度的通信网、所以当时的集群通信网基本都是小范围的网络，一般是单基站的形式，仅能供本部门的几十或上百个用户服务。这种单基站的网络覆盖半径一般为15-25公里，而且要在平坦地形或高大建筑物很少的地域才行，若个别地区不在此覆盖范围内，则加个直放站也就可以解决。所以在开始一段时期内大部分都建这种网络。但是随着我国国民经济的飞速发展，各部门的工作业务面的扩大和相互联系的增多，有的甚至还要跨部门、跨地区工作；加上一些大城市的城区在不断扩大，高楼、大厦越建越多、越建越高，因此原来用一个单基站的网就能满意覆盖的区域而变得不能满足了，单基站的集群通信网已不敷应用了。于是单区多基站和多区多基站的集群通信网络就发展了。在多基站系统的网络中，又可分成区域网(块状网)，链状网和两者混合网，其中链状网还不少，如高速公路、铁路、内河航运、江河和湖泊的防汛、查堤保险、石油和天然气的输油和输气管道等等所需要使用的指挥调度通信系统。

近几年来，随着用户的需要，国内许多使用部门都已建立了一些多区、多基站的联网系统、尽管建多基站网要比建单基站网复杂，但它的作用肯定是明显的，所以建立更大的(例如一个省的)专用模拟集群通信网就出现了，这就是数字集群通信共网的前身。

我国的集群通信工作频率开始在800MHz的频段分配为806-821MHz和851-866MHz,它共有600个信道(信道间隔为25kHz) ，随着使用集群通信的部门的增多和范围的扩大，后来国家无限电管理局又分配了350MHz频段(信道间隔也为25kHz)专门供公、检、法、司法、安全、海关、军队和武警等八个部门使用，共有560对频点。

由于集群通信的工作频段是有限的，而需要建集群通信专网的部门和单位却越来越多，因此频率不够分配了。于是出现了集群通信一种新的形式的网，即集群通信共网。集群通信共网是一种新发展起来的集群通信系统运营模式。几年前，国际移动通信协会(ITMA)对集群通信的发展曾提出过"商用集群无线电通信"这一个术语。商用集群无线电通信实际是一种集群通信共网，共网的英文应该是Common Network,而不是通常译成公网的Public Network。近几年来集群通信共网已得到越来越多的认可，这种建网的形式也多了起来。但需要明确的是蜂窝通信公网是无线电话系统，而集群通信共网是指挥调度系统，它是集群通信专网的共用形式。

集群通信共网的概念是随着对集群通信认识的深化而形成的。这样的一个网通常是由一个大部门或运营公司来运营，主要由投资商来投资，在某个区域内构成一个几万或十几万用户的大网。这个网的用户主要是集团用户，他们可以象使用蜂窝手机那样到运营公司去购买用户终端，缴纳入网费和通信费等。这种集群共网已和原来由某个部门、单位或公司所拥有的仅供内部使用的专网不同了，它的用户分布面是很广的。在这个大网中这些不同的部门和行业又可各自组成一个虚拟专网进行各自的调度指挥，而群组之间相互不会干扰。这种网真正能发挥集群通信的特点，即：共用频率、共用信道、共享覆盖区、共享通信业务和"集小群为大群"等。所以集群共网是在体现社会效益的基础上体现经济效益为主的。这样有些要建网的部门就不必为频率、中继线、资金的筹划而伤脑筋，也不必为设计、建网而花功夫了。

现在数字集群通信共网又分为运营共网和政务共网，前者是以体现经济效益为主的，而后者是以体现社会效益为主的，它们的共同点是利用共同的频点为各自的用户服务，也即都是提高了频率利用率。

在强调发展集群通信共网的时候，不能忽视集群通信专网的发展，集群通信系统是从专用移动通信网发展起来的，而集群通信网也是随着集群通信的发展而形成的，应该说这也是符合发展规律的。集群通信专网在一定的时间内还将发挥其作用，并有相当一部分以专网的使用形式是不能用共网来替代的。尤其是军警、公、检、法等国家专政部门所使用的集群通信专网是不可能在短期内取消，甚至还要较长时期存在下去。当然建立虚拟专用网(VPN)也是一个发展方向。现在数字集群通信系统也都在虚拟专网上下功夫，随着发展，虚拟专网的作用和功能将会越来越快的发展。

集群通信共网与集群通信专网的不同处在于：一个商业性实体，由运营公司来运营，向用户提供服务，而一个是仅供一个部门内部使用的专网；共网是在以体现社会效益的基础上体现经济效益为主的，而专网主要是为了本部门工作需要而建的，它主要是体现社会效益的；共网的用户(集团用户)范围分布面很广，而专网的用户只限本部门使用，范围比较狭窄；共网可以集中使用频率，使这些频率能为更多的用户服务，提高了频率利用率，专网的频率利用率较低。

关于发展数字集群通信的几点思考

安徽省淮南无线电监测站夏显竹

集群通信(Trunk Communication 或Trunked Radio) 含义即为将一些诸多类别的稀疏容量的专业用户集中起来构成一个共同有效利用同一无线信道, 进行以指挥调度为主体的多用途、高效能专用无线通信。集群通信系统诞生于20世纪70年代, 上世纪九十年代中期经历了从模拟集群到数字集群的飞跃。

数字集群与模拟集群相比有明显的优势，主要体现在; 采用时分多址（TDMA ）技术或码分多址（CDMA ）技术同时采用高效数字调制技术的数字集群比采用频分多址（FDMA ）技术的模拟集群能提供更高的频谱利用率。数字话音和数据传输技术能提供更好的通信质量，具更好的保密性能。采用数字集群技术，使系统容量有大的提高，使建设大规模集群共用网成为可能。采用数字化技术（数字调制、话音编码、信道编码和数字信号处理技术）的设备，其价格要优于模拟技术的设备；

数字集群与公众移动通信因目标用户群不同而具有不同的业务特征，因定位的目标用户群不同，谁也不能取代谁，而在目前移动通信的主流技术方面处于同等水平，且均有良好的发展潜力。但目前公众移动通信的市场占有率占绝对统治地位，数字集群通信根本没有得到充分利用。

1 ；数字集群通信的发展现状

数字集群技术从20世纪90年代中期在全球范围内兴起，90年代末期在我国出现数字集群网络，信息产业部2000年12月28日正式发布了SJ/T11228-2000《数字集群移动通信系统体制》的行业标准：为我国数字集群通信的发展制定了技术规范。为促进国内数字集群的发展和建设，2001年和2002年国家信息产业部分别发布518号和387号文件，规定集群频率划分和建设方式。在518号文件中，提出模拟集群网原则上在2005年底之前停止运行，清退频率用于建设面向社会服务的集群共网平台。下面就目前我国市场上较有影响力的四种数字集群系统加以简单介绍。

1.1；Tetra(TErrestrial Trunked RAdio) 系统特点

我国数字集群电子行业推荐标准中的体制A 为Tetra ，它是由欧洲ETSI 制定的数字集群标准。Tetra 大量借鉴了GSM 概念，基于TDMA 方式，采用与GSM 类似的逻辑信道，载波带宽25kHz ，分 4 个时隙，调制方式为π/4DQPSK 。支持蜂窝式连续覆盖。Tetra 标准在指挥调度方面考虑较多，定义了不同的网络工作方式，规定了话音、电路数据、短数据消息、分组数据等业务以及多种附加业务。网络内部接口没有标准化，对外互联技术未完全公开。

在设备方面，不同厂家的系统还无法实现互联互通，不同网络间的用户和业务的互通还存在问题，无法实现异地漫游。

从国内需求的角度来看，Tetra 还存在以下问题：

●现有系统支持业务有限，难以很好地满足专业用户的需求；

●现有设备均由国外提供，安全性方面有难以克服的障碍；

●设备价高，难以很好地满足国内专业用户在价格方面的要求。

1.2 ；iDEN （Integrated Digital Enhanced Network）系统特点

我国数字集群电子行业推荐标准中的体制B 为iDEN （集成数字增强型网络）系统，它是由Motorola 研制、生产的一种数字集群移动通信系统，兼有双工电话互联、数据和短消息等功能，将数字调度通信和数字蜂窝通信综合在一套系统之中。

iDEN 为基于TDMA 多址方式的调度通信/ 蜂窝电话集成系统。它在传统大区制调度通信的基础上，大量吸收了数字蜂窝通信的优点，增强了电话的互联功能，并采用小区复用蜂窝结构，提高了网络覆盖能力。iDEN 系统采用M-16QAM 调制技术，将每个25kHz 信道分割成 4 个子信道，分 6 个时隙传输，每个时隙占时15ms 。在每时隙之始设置同步码作时隙同步，采用频分双工方式和 4.2kbits 的VSELP 语音编码技术，支持调度、电话互联、电路数据/ 传真等业务。

从国内需求来看，iDEN 存在以下不足：

●支持业务尤其是调度类业务的能力有限，集群特性不突出；

●不支持加密技术，在安全性方面缺乏保障；

●组网方式较单一、不够灵活，难以适应专网需求；

1.3；GoTa（Global open Trunking Architechture）系统的特点.

GoTa的含义是开放式集群结构，是中兴公司开发的基于CDMA的数字集群通信系统。基于TD-SCDMA集群系统方案目前也在制订当中。

GoTa的空中接口在CDMA2000技术基础上进行了优化和改造，以满足现代集群通信的技术要求。为了提高呼叫接续速度，GoTa定义了一套相应的体制结构和协议栈，以满足集群通信系统的快速连接。因此，GoTa具有快速的接入、高信道效率和频谱使用率，较高的用户私密性、易扩展性和支持业务种类多等技术优点。

1.4; GT800系统技术特点

GT800是华为公司基于GSM基础上开发的，采用时分多址的专业数字集群系统。通过对TDMA和TD-SCDMA进行融合和创新，为专业用户提供高性能、大容量的集群业务和功能。GT800数字集群系列核心芯片和关键算法完全由我国自主设计，采用国内自主的端到端用户加密接口和流程，支持多种终端加密模块的开发及密钥管理机制，并定义了系统与终端之

间的控制信令，实现终端的遥开/遥毙等，为不同用户，提供不同级别的安全性保障。在可靠性（故障弱化）和集群补充业务等方面都有创新。

2 ；数字集群通信发展的几点建议

我国集群通信的发展历经了各个发展阶段，但一直没有得到好的发展，很多单位建了模拟专网，发挥作用的很少，有些专网投资几百万，没运行两年就停止了运营，造成巨大的损失。集群通信在指挥调度方面的巨大优势没有得到充分应用，要改变这种现状，笔者有以下建议；

2.1; 限制专网发展, 发展全国数字集群共用网

集群通信系统从运营方式上可分为专用集群系统和共用集群系统。专用集群系统是仅供某个行业或某个部门内部使用的无线调度指挥通信系统，共用集群系统是指物理网由专业的电信运营企业负责投资、建设和运营维护，供社会各个有需求的行业、部门或单位共同使用的集群通信系统，它具有资源利用率高、单位成本低廉、网络覆盖和运营质量好、可持续发展能力强、用户业务可自行管理等诸多优点，是集群通信运营体制的发展方向。

集群共网能为不同集团用户提供各项所需的功能，使公众网的公共性和专业网的独立性比较好地得到协调解决，使每个原拟单独建网的部门都从该集群系统的虚拟专用网(VPN) 中感到一样方便，一样安全可靠。因信道共用，集群的用户越多，频率利用率越高。目前规划用于集群的频率只有 2 ×15M ，建很多专网显然不现实，共网也不能建的太多。

我们还应该从更高层次上分析发展全国数字集群共用网的必要性；一方面；电信市场对外开放，在全球电信自由贸易的情况下，无论是公众移动通信，还是专业移动通信，都面临国际电信业进入中国电信服务业市场所带来的激烈竞争，这是无法回避的挑战。公众移动通信领域我国已有“中国移动”和“中国联通”两大运营商，具有全球第一的GSM 数字蜂窝网。而专业移动通信领域，我国显得异常分散薄弱。另一方面；移动通信的快速发展对网络容量及服务质量方面提出了更高的要求，交通工具的高速化与经济的全球化，人们的交往日益频繁快捷，都要求有先进的统一的通信手段与之相适应，在高速公路、铁路、内河航运、旅游、消防、公安及城市应急联动等部门的专业网，随着各自业务的发展，也必然要求统一的数字集群系统以便跨部门、跨地区、跨省市以至全国联网。其次；从减少不必要的设备投资和节省频率资源的角度看，也应该建设全国数字集群共用网，以前各部门建设的专网因管理问题、产业支持问题、互连互通等问题，造成使用率低甚至极大浪费。因此，必须建设专业移动通信全国数字集群共用网。使之具有与中国移动、中国联通的G 网、C 网同等的地位。国家信息产业主管部门要在频率资源、号码资源、互连互通等方面予以大力支持。

要发展好集群共网关键还要选好运营商，一类电信业务能否发展好，运营商起极重要的作用，以前集群业务发展严重滞后，一个重要原因就是没有有实力的运营商介入。运营商应有组建全国网的实力，应采用先进的技术。目前我国六大电信运营商中处于后两位的中国铁通、中国卫通对发展数字集群共网的积极性空前高涨, 目前都在进行大规模商用实验, 这两家都是数字集群共网的理想运营商。

2.2; 加强产业规划，明确全国数字集群共网技术体制

目前国际电信联盟（ITU ）推荐的数字集群通信系统主要有北美Project25 ，爱立信公司的EDACS ，日本的IDRA ，欧洲的TETRAPOL 和欧洲电信标准协会（ETSI ）的TETRA ，美国MOTOROLA 公司的iDEN ，以色列的FHMA 等7 种。但最具代表性的在我国得到应用的是欧洲的TETRA 和美国摩托罗拉公司的iDEN 。这两种体制已得到我国主管部门的认可，在国内都建有专网和共网试验网，其技术上的先进性、可靠性是勿庸置疑的。但就目前来看，无论哪一种体制作为全国共网的技术体制都不适宜。它们共同的优点是在数字调制技术、话音编码技术、数字处理技术及频谱利用效率等方面都很先进、可靠，但因技术标准不公开，都缺乏产业尤其是国内产业的大力支持，不同厂家的设备互连互通存在障碍，网络的安全性缺保障，设备昂贵。

国内企业介入数字集群通信时间比较晚，中兴通信、华为公司近几年积极发展数字集群通信，两家公司在公众移动通信上因起步较晚，所占市场份额不大，但两家都把公众移动通信的技术移植到专业的数字集群通信中，因而起点比较高，发展潜力比较大，但毕竟是改造而来，总体上讲，技术指标基本达到了集群系统的要求。中兴通信的GoTa 、华为的GT800 两种体制都得到主管部门认可，《基于CDMA技术的数字集群系统总体技术要求》、《基于GSM技术的数字集群系统总体技术要求》已经由信息产业部发布。目前已经发布的数字集群通信标准涉及的体制有四种之多，据了解；大唐也在与国外厂家合作推出新的系统，国内厂家有蜂拥而上之势。

据西方国家的经验，专业移动通信的用户能达到移动用户总数的10 ％，我国目前专业用户量差的很远，以后也未必能达到这一比例。面对有限的市场，过多的技术体制必然造成频率分配、互连互通等方面的问题，哪一种或几种技术体制能成为全国数字集群共网技术体制，最终得由市场决定，关键看运营商的选择，市场选择了其中的一种更好，如选择两种或两种以上，能否解决好互连互通问题？有关部门应给予运营企业以必要的引导，应尽早明确全国网的技术体制，其余可作为专网体制。以避免重蹈从前集群系统七国八制的覆辙。

管理部门除了对运营商加以引导，也要对制造商进行指导、规划。集群系统的设备制造、终端制造是一个相当大的产业，目前，中兴通信承诺GoTa接口可以公开并标准化，GT800 也由华为牵头联合了一个企业群，这对系统设备的开发，终端产品的制造都是极为有利的。只有系统功能先进，且运行稳定可靠，终端产品丰富、价廉，数字集群通信才能真正被广大用户所接受。

卫星通信的主要优点在于：通信范围大；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和多址通信；电路和话务量可灵活调整；同一信道可用于不同方向和不同区域。这意味着，卫星通信可突破常规通信手段瓶颈，便于有关部门随时了解重灾地区灾情和传达救援指挥命令。

尽管中国卫通贵州分公司在本次雪灾中先后为气象部门、中国南方电网公司、贵州移动、铁通、电信和通信管理局应急办提供50多部卫星移动电话，但仍难缓解当地应急通信指挥的压力。

与我国地面通信的飞速发展相比，我国卫星通信可谓步履蹒跚。其表现一是发展速度落后于其他通信手段，二是远远不能满足国内百姓的需求。在美国，卫星通信已占社会全部电信收入的7%，而我国只有万分之七。

有专家认为，造成卫星通信应用缓慢的主要原因在于我国卫星通信应用的发展策略存在不当之处，将卫星通信定位为公用传输网，没有及时研究卫星通信应用新的市场需求和发展方向，使其与地面光传输网形成了同质竞争。卫星通信技术与光通信技术相比，在电信传输的质量、容量和单位成本上都处于劣势，所以其结果必然是导致卫星通信迅速衰落。