集群通信大區制和小區制對比分析

2019-11-03 09:22:02

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供稿：網友

張學軍

　　集群通信以其“靈活的分組調度、迅捷的接續速度、保密的話音通信、智能的網絡化管理、高效的頻譜利用和優良的資源共享”等技術優勢已經普遍被人們接受，并將其作為無線通信指揮調度的主要手段。

　　集群通信的“組群呼叫”和“分級別呼叫”功能是公網移動通信所不具備的，所以公網移動通信不能取代集群通信。

　　集群通信在國內已經應用了近20年時間，這期間主要以模擬集群通信體制為主，其中公安部門應用最為廣泛。隨著無線通信技術的飛速發展，越來越多的技術被融入到集群通信系統中，如計算機網絡技術、時分多址技術、碼分多址技術等。

　　近一段時間來，在各種媒體上對集群通信的體制和發展方向的研討中，可謂百家爭鳴，討論的焦點基本是“中國目前集群通信體制應該采用TETRA還是采用基于CDMA或GSM技術的新制式(GoTa或GT-800)”。

　　然而這些觀點都是在從純技術角度來討論制式的選擇，并沒有從用戶的角度去探討集群系統的真正使用需求。

　　大區制的優勢

　　筆者根據十幾年的集群工作經驗認為，集群通信的體制應該從實際使用需求的角度去分析問題，這樣才能更客觀、更容易被市場所接受。進一步來講，從系統覆蓋的范圍——大區制、小區制方面討論集群通信的體制問題也顯得尤為重要。

　　首先，我們分析集群通信系統的使用對象。集群系統作為無線指揮調度的手段，其主要應用對象都是一些專業部門，如公安、部隊、廠礦、港口、碼頭以及近來興起的城市應急聯動部門，這些部門的專用集群網所需的覆蓋范圍也不一樣。公安網和城市應急聯動部門的網絡應該至少覆蓋整個城市，有的公安網還需要覆蓋整個地區或整個省，因為公安部門經常有跨市、縣的無線指揮調度需求，

　　如執行重大的警衛任務等。部隊的集群系統一般用于軍事訓練，軍事訓練的范圍也較大，所以也需要大范圍的覆蓋。而廠礦、港口、碼頭等部門作為生產調度使用的集群系統覆蓋范圍就不需要很大，通常覆蓋一個廠區即可。

　　在地勢較平坦的城市中，大區制的集群系統覆蓋半徑可以達到15公里以上，小區制的集群系統覆蓋半徑通常小于5公里。這樣，一個中等的省會級城市如果采用大區制建設集群網，那么建設2-3個基站就可以滿足整個城區的覆蓋要求，如果采用小區制建網，至少要建設10個基站。

　　北京為2008年奧運會而建設的TETRA集群網共建設了近100個基站來覆蓋北京五環以內城區，如果采用大區制的方式建設，10多個基站就可以達到同樣的覆蓋效果。當然，對這兩種方式進行比較的前提是二者應該采用相同的頻段。

　　其次，我們分析集群系統主要的使用功能需求。集群系統在功能上最大的需求是“組呼”的呼叫。集群通信中“組”的成員數量是沒有限制的，所以在“組呼”呼叫中，系統控制器是不能對被叫組員做有效性(是否開機、是否在服務區等)檢查的。這不同于“單呼”的一對一呼叫，這種呼叫是可以對被叫用戶做有效性檢查的。由于“組呼”不檢查組員的有效性，所以它的接續速度更快。

　　多基站的集群系統對跨基站“組呼”呼叫的處理，一般是先設定每個“組呼號碼”呼叫時參與的基站，在“組呼”發起時，系統控制器在設定的基站分配“組呼”通話信道，然后將多個“組呼”通話信道交換聯接。

　　對于公安集群通信網或城市應急聯動集群通信網，在發生突發事件時，指揮部門需要對全城區各警種或各部門進行統一調度，往往被調度人員在全城區各處都有分布，這時如果采用小區制系統(假設該城市有20個基站)，那么這20個基站都要分配信道，然后系統控制器再將這些信道互聯，這在技術上是可以實現的，但穩定性不好考證。如果采用大區制(假設該城市有3個基站)，那么每個基站分配一個信道，只有3個信道就可以實現全市的組呼呼叫，這種方式實現非常簡單，并且十分穩定。

　　第三，我們分析系統的建設成本和維護成本。大區制系統基站建設數量少，基礎設施投入少，相應的鏈路設備投入也少，同時投入的維護成本也少。

　　專網行業對無線通信系統的投入往往都是有限的，根據中國的國情，一個地市級的公安局如果建設一套數字集群通信網絡，整個投資不會超過幾百萬(包含終端設備)元人民幣。專業技術人員的配備一般只有幾人，有的地方只有1-2人。如果建設一套20個基站的小區制系統就要有20個機房、20座鐵塔、20套中繼鏈路，這樣一套系統無論從財力還是人力上都是不符合國情的。相反建幾個基站的大區制系統，情況就簡單得多。

　　根據以上三個方面的討論可以看出，大區制作為集群通信的主要體制，優勢非常明顯。

　　頻分多址是大區制的最佳選擇

　　集群系統的大區制與小區制主要取決于系統的多址方式，頻分多址(FDMA)為大區制，時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)一般為中小區制。頻分多址的系統主要代表有MPT1327、TETRAPOL、APCO25，時分多址的系統主要代表有TETRA和iDEN，碼分多址的系統主要代表有GoTa。

　　其中頻分多址的方式是大區制集群通信體制的最佳選擇，這主要有以下幾個方面的原因：

　　1.對于同樣的輸出功率，頻分多址方式輸出的是峰值功率而時分多址方式輸出的是1/4峰值功率(以TETRA為例，它共4個時隙)；

　　2.頻分多址方式基站的接收機和終端的接收靜態靈敏度都要比時分多址方式高7個dB，動態靈敏度更高；

　　3.頻分多址方式通信距離取決于信號的強度，而時分多址方式還取決于信號的時延；

　　4.頻分多址方式的移動終端功率一般為1-5W，而時分多址方式為1W。

　　碼分多址由于采用擴頻技術傳輸，因而也有較好的傳輸效果。但是這種以城市公眾移動通信網為基礎的集群系統是不值得提倡的。舉一個非常簡單的例子：在發生突發事件時，事故現場匯集大量的移動終端用戶，此時集群用戶與公網用戶會爭搶信道，往往會導致通信系統癱瘓。

　　另外，城市公眾移動通信網中的基站覆蓋半徑隨著用戶數量的增多而減小，最小的小區覆蓋半徑只有幾百米，而專用的集群基站的覆蓋半徑與用戶數量無關。

　　三種多址方式對比

　　從以上三種多址方式的頻譜效率上看，三種多址方式間難分伯仲。頻分多址方式如TETRAPOL和APCO25，目前單載波的帶寬為12.5KHz，今后可以做到6.25KHz，單載波可以提供1個通話信道；時分多址方式如TETRA，單載波帶寬為25KHz，可以提供4個通話信道；碼分多址方式單載波帶寬為1.25MHz ，可以提供60多個通話信道。

　　另外，從數據傳輸方面來看，在頻分多址和時分多址的集群系統中，很難得到令人滿意的傳輸速率。頻分多址方式(25KHz帶寬)目前最高可以做到19.2Kbit/s ；時分多址方式如TETRA(25KHz帶寬)即使4個時隙捆綁使用也只能做到28.8Kbit/s ，TETRA第二版本(200KHz 帶寬)可以做到384Kbit/s ；碼分多址方式(1.25MHz帶寬)目前可以做到153.6Kbit/s，今后可以做到2Mbit/s 。

　　所以，對頻分多址和時分多址的集群系統我們不要對數據傳輸有過高的要求。

　　綜上所述，集群系統今后的發展定位應該有兩個方向：一種是適合于城市大網的大區制系統，另一種適合于生產調度使用的小區制系統。

　　用戶在建設集群網時，一定要從實際出發，選擇技術成熟、穩定可靠、維護方便、建設成本低的集群系統。窄帶的(12.5KHz或25KHz ) 頻分多址和時分多址系統主要的應用還是話音通信，數據通信只能作為輔助功能使用。

　　對于城市共網運營的商用集群通信網而言，如果采用小區制方式，那么，這種網絡比較適合于對“跨多基站組呼調度”功能使用要求不高的部門，如環衛、城管、電力等部門。而對“跨多基站組呼調度”功能使用需求較高的公安、城市應急聯動等部門就一定要選擇大區制的集群通信系統。

----《通信產業報》