國內數字集群技術簡介

2019-11-03 09:18:04

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　　華為技術有限公司

　　1 國內數字集群技術發展背景

　　隨著國民經濟的發展，社會對信息化的要求越來越高，各部門、行業用戶間的協調調度需求日趨強烈。原來為部門間指揮協調目的建設的模擬集群網逐漸不能滿足需要，主要原因如下：技術落后，功能單一，不易聯網，不易加密，系統容量小，頻譜利用低，基本上沒有數據傳輸能力，因此采用數字集群系統建設指揮調度網絡的需求日益突出。

　　為促進國內數字集群的發展和建設，2001年和2002年國家信息產業部分別發布518號和387號文件來規定集群頻率劃分和建設方式。在518號文件中，提出模擬集群網原則上在2005年底之前停止運行，清退頻率用于建設面向社會服務的集群共網平臺；387號文件中將集群頻率的分配方式由按組分配（每組25KHz）修改為連續分配，這就為引入其他技術體制的集群系統創造了條件。

　　技術實踐證明，TDMA技術是數字集群的最佳選擇，業界已有的數字集群系統如Tetra、iDEN等皆基于TDMA技術。國內新出現的完全具有我國自主知識產權的GT800更是創造性的將TDMA和TD-SCDMA技術結合到一起，將中國數字集群的發展帶入一個新階段。

　　2 GT800技術簡介

　　綜合考慮客戶需求的急迫性、技術成熟度和可持續發展能力，華為公司提出了以適合集群應用的時分多址技術為基礎，分階段發展的GT800數字集群系統：

　　第一階段：以成熟的TDMA技術為基礎，參考借鑒了國際上現有數字集群系統的業務特性，對TDMA網絡的信令流程和網絡結構進行優化、擴展，提供快速呼叫、組呼、動態重組、優先級控制、遙開遙斃、環境監聽、故障弱化、虛擬專網等業務特性，滿足共網集群用戶的需求；數據傳輸方面的需求采用GPRS網絡滿足。

　　第二階段：繼承第一階段的業務特性，引入TD-SCDMA技術提供高速數據業務和更高的系統容量；同時對網絡和終端功能進行增強，提供端到端加密、終端直通等安全、保密方面的業務特性，滿足特殊行業用戶的需求。

　　2.1 GT800數字集群系統網絡結構

　　GT800數字集群系統以GSM系統為基礎，采用與GSM類似的網絡結構，增加了針對行業用戶的多種應用處理平臺，如下圖所示：

　　

　　GT800系統在GSM基礎網絡上增加了方便指揮調度應用的節點，如FFN（功能號碼節點）、GCR（組呼寄存器）等，。增加了排隊機設備便于調度臺接入網絡，為指揮調度應用提供更靈活的支持。

　　另外GT800與以往集群系統相比，增加用戶接入管理平臺，VPN客戶可直接管理本集團用戶；智能業務平臺引入對指揮調度應用擴充起到良好支撐；同時GT800采用了GPRS作為數據承載平臺，更好滿足行業用戶在數據傳輸方面的需求，以往在模擬集群網絡甚至部分數字集群系統難以實現的數據應用將不再困難；計費平臺的建設使集群共網運營商能夠采用更加靈活的運營方式來促進業務發展。

　　2.2 GT800數字集群系統的業務功能

　　GT800系統參考各類成熟數字集群系統的業務功能和GSM網絡自身業務特性，形成了GT800特有的數字集群業務體系：

　　1 指揮調度業務：包括組呼、私密呼叫、語音廣播、增強優先級呼叫、動態編組、強拆/強插、崗位號碼尋址、基于位置的路由、開放信道呼叫、講話方識別顯示、遲后進入、呼叫報告、組內優先級、調度區域限制、呼叫提示、調度臺核查呼叫、列表查詢呼叫等，為行業用戶的指揮調度應用提供良好的支撐。

　　2 涵蓋通用移動通訊系統中定義的電信業務、承載業務和補充業務，滿足行業用戶中部分成員對通用電話業務的需求。

　　另外，集群系統一般與公共安全密切相關，在保密性和安全性上需要特殊考慮，GT800系統提供故障弱化、終端直通、端到端加密、遙開遙斃、環境監聽、縝密監聽等功能來加強系統在安全方面的保證。

　　2.3 GT800技術主要特點

　　2.4 卓越的集群性能

　　GT800成功地對TDMA和TD-SCDMA技術進行了大量的創新，在共享信道增強、組呼、快速呼叫、動態重組、安全性增強、故障弱化等方面已形成20余項核心專利，所有技術在產業鏈內開放，確保了GT800數字集群系統完備的性能。

　　2.4.1 快速的接續性能

　　快速呼叫建立是數字集群的重要特性之一。專用移動用戶，尤其是應急聯動系統相關領域用戶，普遍要求集群系統要以極快的速度完成緊急呼叫的建立。GT800通過對無線空中接口的優化和呼叫流程的針對性設計，實現了滿足專業移動用戶最嚴格的呼叫接續速度要求：快速呼叫建立時間小于1秒，PTT搶占時間小于500毫秒。

　　2.4.2 豐富的集群業務

　　GT800提供比現有數字集群系統更豐富的集群業務。GT800支持語音組呼、語音廣播、功能號碼尋址、基于位置路由、遲后進入、組呼保持、動態重組、組狀態顯示、組呼合并、包含呼叫、縝密監聽、環境監聽、遙開/遙斃、區域選擇、優先呼叫、預占優先呼叫、呼叫限制、控制轉移、密鑰遙毀、開放信道呼叫等集群專用業務，同時還支持多種調度類數據應用。

　　2.4.3 高速數據業務

　　隨著整個移動通信的發展，數字集群的數據業務越發顯得重要。針對不同行業的數據應用是用戶對數字集群需求的一個重要方面。為滿足用戶對高速數據業務的需求，GT800現階段可實現171.2Kbps的中速數據速率傳輸功能，并將進一步提供最高速率為2Mbps的數據業務。

　　2.4.4 全方位優先級管理

　　GT800在任何情況下，都能夠保證最需要網絡資源的用戶獲得必需的網絡資源。通常情況下，GT800按照網絡資源情況，通過優先級管理業務，不僅能確定是否授權用戶發起呼叫，同樣能夠確定是否許可用戶接入網絡。

　　優先級管理的實施，使GT800即使在網絡資源緊張的情況下，也能保證專業用戶對通信業務的需求得到滿足。根據用戶不同的優先級，為用戶提供不同的服務質量。GT800的呼叫優先級業務主要有：快速呼叫、呼叫排隊、呼叫強拆、呼叫資源搶占等。

　　2.4.5 強大的虛擬專用網VPN能力

　　虛擬專用網是利用集群共網的資源向集團客戶提供一個邏輯上的專用網，集團客戶在該專用網內向內部用戶提供集群業務。該業務的特點是：多個集團客戶共享網絡資源，集團VPN管理員可自行對本VPN的用戶進行管理。GT800系統通過增加VPN調度臺和VPN管理中心，提供強大的專業集群功能。

　　2.5 突出的成熟穩定性，良好的可持續發展能力

　　GT800基于成熟的、適合集群應用的時分多址技術，充分利用主流移動通信技術體制的產業基礎，使得GT800數字集群具有比其他數字集群技術體制更突出的成熟、穩定特征，確保了專用集群市場所要求的高成熟性和穩定性需求。

　　GT800實現了TDMA和TD-SCDMA技術的完美結合，與主流的移動通信體制具有相同的網絡架構，核心技術與主流移動通信技術保持一致，并與主流移動通信技術同步發展，具備良好的可持續發展能力。

　　2.6 開放、低成本產業鏈支撐

　　現有數字集群系統，由于技術專用，標準不夠開放，導致設備價格與終端價格遲遲跟不上市場應用的步伐，造成數字集群系統“高貴”的形象，從而影響了我國數字集群市場的發展。

　　GT800采用開放的網絡架構，具備良好的開放性，多廠家設備互通能力強，有利于在數字集群領域引入充分競爭，從而引導GT800產業鏈的進一步發展壯大。

　　GT800產業鏈構筑在主流移動通信產業基礎之上，系統設備成本和終端成本可繼承現有移動通信系統的低成本，有效降低了數字集群產業各環節的進入門檻。現階段GT800已形成完善成熟的產業鏈支撐。

　　2.7 可靠的安全性

　　2.7.1 保障數字集群國家安全戰略

　　數字集群系統一般應用于政府、公共安全、國民經濟各行業等要害部門，這些部門對專業移動通信的信息安全性、系統可靠性都有很高的要求。只有掌握核心技術才能真正保證國家通信安全和國民經濟高速發展。

　　GT800數字集群系列核心芯片和關鍵算法完全由我國自主設計，所有核心技術全部自有，所需芯片提供均不受制約；GT800運行無需依賴GPS同步系統，保證專用移動通信系統的高度安全性，從國家安全角度降低對國外技術和系統的依賴。

　　2.7.2 完善的保密機制

　　GT800支持空中接口加密及端對端加密，定義了端到端用戶加密接口和流程，支持多種終端加密模塊開發以及終端密鑰管理機制。根據不同行業安全性的需求，GT800提供不同級別的安全性保障。

　　2.7.3 高可靠性設計

　　為保證網絡服務的高可靠性，GT800提供集群方式、故障弱化、直通方式等多種系統工作方式。通常情況下，系統以集群方式工作；在極端情況下，因人為因素（如惡意破壞等）或自然因素（自然災害等）導致網絡不能正常工作時，系統以故障弱化方式工作，保證系統能滿足基本的集群業務需求；當專業用戶離開服務區時，直通方式則可以在區域性范圍內，解決用戶對集群業務的需求。

　　為保證網絡設備的高可靠性，GT800提供多種安全備份解決方案。在網絡設計方面，可通過增加網絡單元冗余、迂回路由等來實現網絡的高可靠性；在硬件方面，通過采取單板的主備用、負荷分擔、冗余配置等可靠性設計方法，進一步提高系統的可靠性。

　　3 Tetra技術簡介

　　TETRA（陸地集群無線電系統）是歐洲電信標準組織（ETSI）制定的數字集群通信系統標準，基于傳統大區制調度通信系統的進行數字化形成專用移動通信無線電標準，采用TDMA多址方式。

　　TETRA基于TDMA方式，在25kbit/s帶寬內時分4個信道，調制方式π/4DQPSK，也支持連續蜂窩廣域覆蓋。TETRA系統在指揮調度業務全面，可完成話音、電路數據、短數據消息、分組數據業務的通信及以上業務的直通模式，并可支持多種附加補充業務。在大區制條件下最大覆蓋半徑56km。

　　目前，TETRA網絡對外互聯部分技術未完全公開，不同廠家的TETRA產品目前還沒有實現完全的互聯互通，不同網絡之間的用戶和業務的互通還存在問題。另外，TETRA的系統設備采購和建網成本高，終端價格高，這一點，也限制了TETRA在更大范圍的應用。

　　4 iDEN技術簡介

　　iDEN（集成數字增強型網絡）設計是作集群共網應用，因此iDEN除了以指揮調度業務為主外，還兼有完善的雙工電話互聯、數據和短消息等功能。它將數字調度通信和數字蜂窩通信綜合在一套系統內。

　　iDEN同樣是基于TDMA多址方式的調度通信/蜂窩雙工電話組合系統。它在傳統大區制調度通信基礎上，大量吸收數字蜂窩通信系統的優點，如采用雙模手機方式，增強了電話互聯功能；采用小區復用蜂窩結構，提高了網絡覆蓋能力。iDEN系統采用高級調制技術M-16QAM，把每個25KHz信道分割成6個時隙，采用頻分雙工方式和4.2kbits的VSELP語音編碼技術，支持調度、電話互聯、電路數據/傳真等多種業務。

　　iDEN系統接口不公開，為獨家供應商，系統設備采購和建網成本高，終端價格高。iDEN制式出現較早，其技術非常成熟，目前還沒有看到其向下一代網絡演進的規劃。

　　5 其它數字集群技術

　　目前業界也在研究基于CDMA技術實現部分集群PTT特性，定位蜂窩系統增值業務，由于性能指標低、技術成熟度差、業務支持能力弱、容量小、安全性低，距離集群專業應用還有相當距離。

　　6 幾種數字集群技術的比較

　　目前在數字集群市場上投入應用的主要有兩種制式，Tetra和iDEN。從總體上講，這兩種技術在國內應用都不算是很成功，Tetra在專網上有一定應用，iDEN網絡應用更少。

　　究其原因，對于Tetra主要是設備、終端價格較高，缺乏國內產業支持，系統方面也存在不穩定、可用業務少的缺點（接口規范不完全開放所致）；iDEN則是標準不公開，設備供應商只有一家，并且沒有明確的向下一代網絡演進規劃，導致在中國市場發展緩慢。另外一個重要原因是集群系統面向行業用戶市場，其需求多種多樣，因此為行業用戶定制個性化解決方案的能力非常重要，Tetra和iDEN在這方面還需要加大投入，吸引更多設備商參與。

　　GT800在開發設計時采用主流移動通信技術為基礎，標準開放，具有雄厚產業支撐，在規范制定時成立產業聯盟，形成多個廠家共同參與、共同發展的局面，保證產業鏈完整與成熟。在業務方面，GT800在設計時參考了Tetra規范中的業務需求，并在此基礎上有所擴充和發展，比如提供組內優先級、崗位號碼和基于位置的路由等功能，更好滿足指揮調度需要。iDEN系統在指揮調度方面的功能要比GT800和Tetra要弱一些，比如缺少動態重組等重要指揮調度特性。
　　
由CHINA通信網組稿

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