集群專用移動通信的現狀與對策研究

2019-11-03 09:26:15

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供稿：網友

趙榮黎

　　２１世紀的專用移動通信如何發展，是通信業生產、運營、應用部門十分關注的問題。它所涉及的技術和市場也是值得深入探討和研究的重大課題。專用移動通信的發展，是離不開移動通信技術發展這個大環境的。因此，有必要了解代表陸地移動通信技術主流的蜂窩公眾移動通信的發展，審視以集群調度通信為代表的專用移動通信應用的現狀，從而探討集群專用移動通信的發展趨勢。

蜂窩公眾移動通信技術發展的總趨勢

　　第一代蜂窩移動通信的主要技術特征是：采用模擬（ＦＭ）調制技術、ＦＤＭＡ多址接入方式、以頻率重用為基礎的小區（蜂窩）結構、面向模擬話音業務的窄帶傳輸系統。它的技術貢獻在于為蜂窩小區結構的概念和網絡的管理與控制，實現了移動終端在網絡中的越區切換和漫游。

　　第二代的蜂窩移動通信的主要技術特征是：采用數字技術包括數字話音、數字調制／解調、信道編碼與數字信號處理、數字控制信道和數字數據信道、保密與認證等，在采用數字技術下，使ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ多址技術的采用成為可能。由于采用了ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ技術，第二代蜂窩移動通信系統的頻譜資源利用率大為提高，使系統容量成倍增長，系統帶寬為３００ＫＨｚ－１．２５ＭＨｚ，數據速率小于等于５６ｋｂｉｔ／ｓ。采用數字技術還帶來了其它的好處：提供多種通信服務（話音業務和非話業務）；用戶信息保密；數字信號的傳輸性能優良，提供高質量的通信服務；便于網絡管理與控制，以及與公眾固定通信網（ＰＳＴＮ，ＰＤＮ，ＩＳＤＮ）的互連；采用ＶＬＳＩ技術，有利于減少功耗、小型化、降低造價。但是第二代數字蜂窩移動通信的系統容量遠不能滿足全人類通信的需求，其系統的設計基本上還是面向話音而不是面向數據的，尚且不能提供寬帶、高速率的多媒體服務。

　　因此，人們希望下一代的移動通信應當是全球化、個人化、綜合化和網絡化的系統。從目前提出的第三代移動通信的方案和標準來看，它的帶寬將達到１０ＭＨｚ，數據傳輸速率小于等于２Ｍｂｉｔ／ｓ。網絡方面引入基于ＩＰ網絡的無線接入技術（移動ＩＰ），仍然是一個地面移動通信系統。值得注意的是，ＣＤＭＡ多址接入方式將成為第三代的主流接入技術。

　　當前，第一代的模擬蜂窩移動通信逐漸被第二代的數字蜂窩移動通信所取代，已建成的第二代的數字網正向第三代過渡。第三代的數字移動通信系統將在不久的將來投入運營。目前已經開始討論第四代移動通信。縱觀移動通信的發展，其勢頭異常迅猛，我國也將在２００５年以前基本完成向數字網的過渡。

集群專用移動通信及其技術進步

　　專用移動通信是指供各部門和單位內部使用的移動通信系統，主要提供調度通信服務，故也稱無線調度通信。調度通信系統的特征為：網絡拓撲為星狀結構，便于實現調度中心對各個移動終端的指令傳輸；網絡功能應當包括動態重組、優先級、組呼、選呼等；網絡覆蓋為大區制或中區制；通信方式是以單工通信為主。

　　早期的專用移動通信是由對講機構成，８０年代發展成為大區制覆蓋的單頻道單基站系統，隨后發展成為多頻道單基站系統。在引入多頻道共享技術之后，于１９８５年發展成為第一代（模擬）集群調度系統，即多頻道共享（集群）的單基站或多基站調度通信系統，并于１９８７年商業化。隨著引入數字化技術，產生了第二代的數字集群通信系統。

　　集群系統是一種共用無線頻道的專用調度移動通信系統，它采用了現代通信中的多信道共用和動態分配信道技術。第一代模擬集群系統的貢獻在于：頻率、設備、服務的資源共享，費用分擔和系統的集中維護與管理。在單工通信方式下，利用多頻道共享技術實現了“消息集群”和“傳輸集群”，提高了頻道利用率。

　　數字化對集群系統帶來的好處正如蜂窩系統數字化一樣。采用ＴＤＭＡ多址方式的第二代數字集群系統，其頻譜利用率比模擬系統大為提高，因而，數字集群系統具有更大的系統容量。目前，欲進入我國市場的具有調度功能的數字移動通信系統，有歐洲的ＴＥＴＲＡ系統、ＭＯＴＯＲＯＬＡ的ｉＤＥＮ系統、歐洲的ＧＳＭ－Ｒ系統、以色列的ＦＨＭＡ系統，它們都是基于ＴＤＭＡ多址方式系統。

　　ＴＥＴＲＡ是一個多功能移動無線電標準，具有集群通信、非集群通信、直接通信工作模式等特點。提供的服務包括：話音、電路方式的數據、短數據報文及分組數據，當移動臺超出移動網的覆蓋區時，提供移動臺與移動臺間的直接通信。在集群通信方式下，采用４時隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式，其信息速率為１９．２ｋｂｉｔ／ｓ，傳輸速率為３６ｋｂｉｔ／ｓ。

　　ＦＨＭＡ是一個采用跳頻和低速率數字語聲處理技術的大容量集群系統。它具有靈活性、低成本和高頻譜效率的特點，其容量是模擬系統的２５～３０倍。它可支持綜合話音和數據業務，包括專用話音網、調度、移動電話、分組數據及車輛位置。采用３時隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式。傳輸速率為３９．６ｋｂｉｔ／ｓ。

　　ｉＤＥＮ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｉｇｉｔａｌＥｎｈａｎｃｅｄＮｅｔｗｏｒｋ）是一個調度通信／蜂窩電話的組合系統。提供的服務有：調度通信、雙工電話通信、分組交換數據、電路數據、數字短信息等。調度通信中，可提供直接無線通信方式（同頻單工對講），調度通信具有蜂窩電話功能，采用６時隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式．電路交換數據的信息速率為４．８／９．６ｋｂｉｔ／ｓ，可為傳真及個人電腦提供ＲＳ２３２接口。分組數據的速率為９．６ｋｂｉｔ／ｓ，采用標準傳輸協議ＴＣＰ。

　　ＧＳＭ－Ｒ系統是歐洲鐵路專用移動通信系統，它是在８時隙／２００ＫＨｚＴＤＭＡ多址方式ＧＳＭ蜂窩系統上增加調度通信功能構成的一個綜合專用移動通信系統。它所增加的功能有：優先級和強插功能、話音組呼及廣播功能、以滿足鐵路專用調度通信的要求。為了完成調度通信的功能，ＧＳＭ－Ｒ系統與ＧＳＭ不同的是在其結構中增加了組呼寄存器（ＧＣＲ）。

　　由上可見，目前具有調度功能的專用數字移動通信系統都是基于ＴＤＭＡ的多址方式，尚未見到基于ＣＤＭＡ方式的系統。第三代數字集群通信如何發展，是否采用基于ＣＤＭＡ的系統也未得到到討論。但是，第三代蜂窩系統采用ＣＤＭＡ技術是毫無疑問的。從ｉＤＥＮ和ＧＳＭ－Ｒ可以看出，數字無線調度通信系統發展的一個方向是在傳統集群移動通信的調度功能之外，還提供了象公眾蜂窩移動通信系統的雙工電話通信和短信息業務，可在多基站覆蓋區進行漫游甚至越區切換等功能。另一個方向是在傳統意義下的公眾蜂窩移動通信系統中，增加了象專用移動通信系統的調度通信功能。

　　由于技術的發展，目前可以利用一個共用硬件平臺和不同的移動性管理，將專用網和公眾網融合。換句話說，將不再顯著區分集群專用調度通信和公眾蜂窩通信系統，而將集群調度功能融合其中。是否區分專用系統還是公用系統，將取決于用戶的應用環境和使用要求。需要指出的是，技術僅是決定系統成功的要素，而市場則是決定網絡發展的要素。

我國集群專用移動通信的現狀與發展

　　我國于１９８９年開始引進模擬集群系統，１９９０年投入使用，１９９３年已得到了較快的發展。但是，從１９９５年以后發展滯緩，到１９９９年全國模擬集群系統信道總數不超過１萬，用戶總數大約只有２０萬。在計劃經濟嚴格的部門管理下，模擬集群專用移動通信得到了一定的發展。但是，其發展空間取決于集群專用移動通信的用戶數，一方面，價格居高不下，用戶數量很小，投資不能回報，造成市場狹小，形成惡性循環；另一方面，部門所有制限制了發揮“集群”的“一大二公”的特點，未能充分體現資源、設備、服務的共享和集中維護管理。在我國，即使以運營公司的形式提供所謂集群通信服務，也只是為用戶部門提供無線信道建立移動終端之間的通信。在系統中，用戶部門的調度中心仍然是處于一個移動終端的地位，實際上，這樣的應用方式對寶貴的頻率資源是極大的浪費，未能真正體現頻率和設備的資源共享。

　　因此，開拓集群系統在調度指揮移動通信方面的應用范圍，充分發揮“集群”的優勢和特點，擴大用戶數量和培育市場，是我國集群移動通信所面臨的問題。我國專用移動通信的需求可概括為三種類型：面狀大區域覆蓋的大容量、多用戶部門系統即面向城市公用服務的專用調度移動通信和專用數據移動通信，適合建立公眾接入的集群移動通信網來提供服務；鏈狀覆蓋的中小容量、多用戶部門系統即面向公路、水運、鐵路、交通運輸服務的專用調度移動通信和面向數據分發和采集的專用移動通信，適合建立專用集群移動通信網來提供服務；面狀大區域覆蓋和鏈狀覆蓋相結合的全國聯網的大中容量、增強安全的多用戶部門系統，可稱作增強型集群移動通信網，它是面向公安、鐵路等需要高可靠、高保密、高安全信息傳輸的部門，提供專用調度移動通信和專用數據移動通信服務。

　　發展我國集群專用移動通信應當考慮的技術問題有：（１）目前應停止新建模擬集群系統，并研究已有模擬集群系統向數字系統的過渡；（２）需從根本上解決傳統集群系統在移動性方面的先天不足。模擬集群系統雖然可采用多層次、多控制中心的多區系統來構成大區域覆蓋，或全國的鏈狀覆蓋通信網，但是其系統結構和系統管理，特別是移動性管理將是十分復雜和龐大的，這個問題即使是第二代的數字集群系統也未能完全予以解決；（３）第二代數字集群通信系統向下一代（第三代）的發展和過渡問題。

　　以上技術和應用的問題將影響投資者和經營者對建立第二代數字集群系統信心和決心。比較上述幾種具有調度功能的數字移動通信系統的體制，我們認為，ＧＳＭ－Ｒ體制具有潛在優勢。因為在技術方面，它可隨著ＧＳＭ的進步比較容易地過渡到第三代；在市場方面，目前ＧＳＭ－Ｒ的價格與ＧＳＭ持平，雖然ＧＭＳ－Ｒ中Ｒ的原意是ｆｏｒＲａｉｌｗａｙ（鐵路專用），市場較為狹窄，但筆者建議將Ｒ的含義擴大，變為包括鐵路（Ｒａｉｌｗａｙ）、水路（Ｒｉｖｅｒ）和公路（Ｒｏａｄ），從而擴大市場空間。總之，技術的可持續進步和市場的可擴展性，是推動通信網絡不斷發展的強大動力。

----《通信世界》