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摘要 隨著PTT技術在公眾移動蜂窩網絡和移動專網中的實現，PTT逐漸成為人們比較關注的技術�；谝苿庸W和移動專網實現PTT的技術包括POC和數字集群，本文從二者的技術實現、網絡結構和業(yè)務功能等方面分析了這兩種技術實現PTT的差異，并給出它們各自業(yè)務發(fā)展的建議。
關鍵詞 PTT POC VoIP SIP IMS 數字集群 GoTa GT800
1、引言
PTT又稱為“一鍵通”，是一種實現walkie-talkie功能的移動話音業(yè)務，其特點是呼叫建立時間短，說話時才占用信道，接聽時只監(jiān)聽信道，接收方不需要摘機即可隨時接聽下行的呼叫信息。
目前，PTT業(yè)務的實現方式主要有兩種技術體系結構，一種是基于信令通道的解決方案，即通話過程中，語音數據和信令數據都匯集到事先建立好的電路通道上傳輸，這種方式一般都基于專用的移動通信系統(tǒng)，就是通常所說的數字集群系統(tǒng)。另一種是基于VoIP技術，即在移動終端和業(yè)務應用服務器間運行高層信令協議，把話音數據捆綁到IP鏈路上，這種方式一般基于公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)，也就是目前比較流行的POC(PTT over Cellular)業(yè)務。
數字集群和POC雖然都能實現PTT功能，但是在業(yè)務性能、目標用戶群、組網模式等方面都有很大的差異。本文將介紹二者的技術實現方式、網絡結構特點，比較二者的業(yè)務特點，說明它們各自的應用市場和發(fā)展方向。
2、數字集群技術
集群通信(trunked communication或trunked radio)的原意是將一些諸多類別的稀疏容量的專用用戶集中起來構成一個共同有效利用同一干線(總線)無線信道，進行以指揮調度為主體的多用途、高效能專用無線通信。數字集群是現今專用無線通信的主體，它同屬于移動通信的范疇，可集調度、電話、數據、短信和多媒體圖像于一體，PTT呼叫方式是數字集群的最重要的通信方式。與公眾移動通信相比，數字集群具有一系列特殊功能，因而在社會生活中起著不可獲缺的重要作用。
目前，我國存在的主要數字集群技術是TETRA，iDEN，GT800和GoTa。TETRA和iDEN是在2000年推出的我國數字集群移動通信體制SJ/T1128-2000推薦的數字集群標準，在國內已經有了商用的經驗，但是TE-TRA和iDEN都是國外基于TDMA的數字集群標準，在核心技術上沒有完全公開。這兩種集群標準沒有解決技術向前發(fā)展和共網運營的管理問題。由于無線通信技術正逐漸向第三代移動通信技術發(fā)展，集群通信由于面臨的業(yè)務多樣化和寬帶化也需要引入更先進的無線技術，集群必須走共網發(fā)展的道路才能降低使用的門檻。因此，在國家的大力推動下，國內積極研制開發(fā)出了具有自主知識產權的、滿足數字集群專網和共網用戶需要的GoTa和GT800。GoTa(Global open Trunking architecture)是中興公司提出的基于cdma2000 1x的數字集群技術，GT800是華為公司提出的基于GSM的數字集群技術。
2.1 基于cdma2000的GoTa數字集群技術
GoTa是基于cdma2000開發(fā)的數字集群技術。它采用16QAM和QPSK的調制方式，QCELP語音編碼技術，頻分雙工，上下行各1.25M帶寬，間隔45M。GoTa的空中接口在cdma2000技術基礎上進行了優(yōu)化和改造，核心網采用獨立的分組數據域，基于A8/A9和A10/A11標準接口，可以公開并標準化。
(1)GoTa的基本體系結構包含終端、無線子系統(tǒng)BSS、調度子系統(tǒng)DSS。為了能支持電話互聯業(yè)務、數據業(yè)務和短信息服務，GoTa還可以在其基本結構上接入交換子系統(tǒng)、數據業(yè)務子系統(tǒng)及短信息服務中心。
(2)BSS主要完成各種集群業(yè)務、數據業(yè)務和普通電話業(yè)務的無線接入功能，它由BTS和調度控制器PDC組成。BTS完成GoTa基帶信號的調制與解調、射頻信號收發(fā)、無線資源的分配等功能。PDC完成無線資源的分配、調度呼叫控制、功率控制、集群呼叫切換、匯集和分發(fā)集群語音數據流等功能。
(3)DSS主要完成集群調度業(yè)務，它由調度服務器PDS和調度位置器PHR組成。它是集群呼叫的總控制點，完成集群調度呼叫的處理，包括鑒別集群用戶、建立各種集群呼叫、判斷集群PTT請求等。PDS還接收反向鏈路來的集群語音數據，根據呼叫的性質再分發(fā)到對應的前向鏈路。PHR完成數據庫的管理和配置功能，為集群用戶提供群組注冊、群組成員注冊，并提供集群成員的本地信息以及集群成員的業(yè)務權限記錄，完成呼叫統(tǒng)計和計費功能。
GoTa具有一定的技術優(yōu)勢，解決了基于CDMA技術實現集群業(yè)務的關鍵技術。GoTa采用的呼叫方式是PTT方式的語音呼叫。為了提高呼叫接續(xù)速度，GoTa定義了一套相應的體制結構和協議棧，以滿足集群通信系統(tǒng)的快速連接。為了支持群組呼叫，GoTa優(yōu)化了空中接口，實現了同小區(qū)下同一群組的用戶在呼叫時能夠共享同一條空中信道。GoTa在處理通信連接時也采用了共享的方式，減少了網絡處理呼叫的時延，對用戶來說，信道選擇和分配過程是透明的。因此，GoTa具有快速接入、高信道效率和頻譜使用率、較高的用戶私密性、易擴展和支持業(yè)務種類多等技術優(yōu)點。由于GoTa是在cdma2000技術基礎上發(fā)展起來的，因此GoTa還可以集成大量的業(yè)務(如呼叫普通用戶、短消息、定位以及無線數據業(yè)務等)，這些業(yè)務組合起來為專業(yè)集團用戶提供綜合業(yè)務解決能力。
2.2 基于GSM的GT800數字集群技術
GT800是基于GSM開發(fā)的數字集群技術。華為公司提出的GT800數字集群系統(tǒng)分為兩個發(fā)展階段。第一階段是以TDMA技術為基礎，對GSM網絡的信令流程和網絡結構進行優(yōu)化和擴展，實現PTT語音呼叫功能，提供快速呼叫、組呼、動態(tài)重組、優(yōu)先級控制、遙開遙閉、環(huán)境監(jiān)聽、故障弱化、虛擬專網等業(yè)務特性，滿足共網集群用戶的需求。數據傳輸方面采用GPRS網絡滿足。第二階段繼承了第一階段的業(yè)務特性，引入TD-SCDMA技術提供高速數據業(yè)務和更高的系統(tǒng)容量，同時對網絡和終端功能進行增強，提供端到端加密、直通等安全保密方面的業(yè)務特性，滿足特殊行業(yè)用戶的需求。
GT800數字集群系統(tǒng)汲取了GSM網絡成熟穩(wěn)定的技術特點，突出指揮調度應用節(jié)點的作用，如FFN(功能號碼節(jié)點)、GCR(組呼寄存器)等，增加了排隊設備，便于調度臺接入網絡，為指揮調度應用提供更為靈活的支持。GT800增加了用戶接入管理平臺，VPN用戶可以直接管理本集團用戶，引入了智能業(yè)務平臺來支撐指揮調度擴充功能，同時還采用GPRS作為數據承載平臺，滿足行業(yè)用戶對數據傳輸的需求，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(yè)務發(fā)展。
GT800對TDMA和TD-SCDMA進行了技術創(chuàng)新，在共享信道增強、組呼、快速呼叫、動態(tài)重組、安全性增強、故障弱化等方面進行了技術改進，可以公開并標準化。GT800通過對無線空中接口的優(yōu)化和呼叫流程的針對性設計，實現了滿足專業(yè)移動用戶嚴格的呼叫接續(xù)速度要求。成功設計了增強半速率語音編碼方式，使小區(qū)業(yè)務信道數量提高一倍，大大增加了系統(tǒng)的容量。GT800數字集群系統(tǒng)可以快速實現PTT功能，滿足專用網用戶對快速呼叫建立的要求，適用于應急調度應用。
3、POC技術
基于公眾蜂窩移動通信網絡的PTT業(yè)務稱為POC。POC基于2.5G網絡(GSM/GPRS，cdma2000)或3G網絡(WCDMA，cdma2000)，它充分利用了GPRS或cdma 1x移動分組網絡的特性，通過半雙工VoIP技術來實現PTT。同時，POC還結合了即時消息，Presence等業(yè)務屬性，成為一種綜合了話音和數據的個性化業(yè)務。
未來PTT/POC還將與基于存儲轉發(fā)的非實時的PTM(Push-To-Multimedia)相結合，最終成為PTC(Push-To-Connect)。其中，PTM是指通過按鍵發(fā)送非實時語音消息，MMS等多媒體消息的業(yè)務。在技術上PTT與PTM的主要區(qū)別是PTT使用基于UDP/IP的實時傳輸技術，而PTM使用基于TCP/IP的可靠的存儲轉發(fā)技術。
在POC的國際標準頒布之前，各廠家對POC自由解釋，提出了許多自由的解決方案，這些方案大部分都是基于分組交換(PS)域的，即面向現有的2.5G網絡，通過在GPRS或cdma 1x核心網上直接增加POC服務器來實現POC業(yè)務，因此可以稱為“基于PS域的方案”。國際標準方面，移動開放聯盟(OMA)于2003年4月正式成立了POC工作組，制定相關的POC體系結構規(guī)范。新制定的POC國際標準要求POC基于具有IMS能力的SIP/IP核心網，這種方案可以稱為“基于IMS域的方案”。
3.1 基于PS域的方案
基于PS域的PTT/POC方案的特點是面向現有的2.5G(GPRS，cdma 1x)，為了盡可能提高QoS，一般都采用一些私有的優(yōu)化技術(如通信模式，編解碼技術等)，互聯互通性很差。由于體系結構簡單，技術難度低，對現有網絡改造小，部署方便，成本低，便于試驗網和小規(guī)模的商用網。這種特點雖然不足以支持大規(guī)模的PTT/POC網絡建設，但在PTT/POC的發(fā)展初期仍對運營商有很強的吸引力。
在組網過程中，POC服務器一般直接和GGSN或者PDSN相連，負責POC業(yè)務的提供。由于沒有統(tǒng)一的IMS網絡支持，業(yè)務發(fā)現、地址解析、呼叫信令路由、鑒權、信令壓縮等功能都無法以規(guī)范的方式實現，因此POC服務器較復雜，一般難以支持漫游，無法組建大規(guī)模網絡。
3.2 基于IMS域的方案
(1)特點
基于IMS域的POC方案的特點是互聯互通性很好，體系結構龐大而嚴謹，技術難度高，需要增加IMS域實體，對現有網絡改造大，部署難度大，成本高，是最終大規(guī)模商用網的最佳選擇。
POC使用的接入網既包括無線接入網又包括提供IP連接和IP移動性的節(jié)點。POC使用基于IMS能力的SIP/IP核心網來提供尋址、選路和漫游等功能。
(2)解決方案
基于IMS的POC解決方案主要包含POC客戶端、POC服務器、群組列表管理器、SIP/IP核心網等部分。其中，POC客戶端位于移動終端上，用以接入和使用POC業(yè)務。POC服務器提供POC會話處理，提供媒體的分發(fā)，呼叫權控制，SIP會話處理等功能，是POC業(yè)務實現的最重要的功能實體。群組列表管理器用于管理群組和列表信息；SIP/IP核心網基于3GPP和3GPP2的IMS能力，主要包括一些SIP代理和SIP登記服務器，負責SIP信令路由，提供地址解析與尋址，支持SIP壓縮等功能。
(3)在IMS域實現POC的三個關鍵技術
·快速連接。POC實現半雙工呼叫，如果呼叫延遲超過2s，用戶將無法接受。減少呼叫延遲的方法包括無線分組接入技術和SIP協議壓縮。無線分組接入技術使移動終端可以附著在IP網上保持永遠在線的狀態(tài)，在用戶需要發(fā)送分組的時候才動態(tài)分配無線資源。用戶在啟動POC業(yè)務時無需撥號，只需重新激活連接即可。SIP協議的壓縮可以減少信令單元數據在無線信道上的傳送時延，保證快速呼叫的建立。
·信道共享。信道共享是在一對多的群組通話中，一個成員的話音可以被群組中所有其他成員接聽，即POC終端將語音封裝成RTP包傳送給POC服務器后，POC服務器需要在前向信道上將這些RTP包分發(fā)給群組中其他用戶。每個成員和POC服務器都是SIP Session，RTP的媒體通道。POC服務器在收到某個RTP媒體通道過來的RTP包后，只需向其他媒體通道分發(fā)即可，由于是半雙工通信，因此POC服務器也不需要混音功能，從而保證了分發(fā)的速度和語音質量的均衡。
·通話權控制。通話權控制即floor control，通常由POC服務器進行調度、協調和控制。
4、數字集群和POC的業(yè)務特點比較
4.1 組呼成員容量
在組呼中，數字集群系統(tǒng)無線接口采用的是一個小區(qū)僅分配一對上下行信道，其中上行無線信道被講話者使用，下行信道被同一小區(qū)的其它組呼成員共享。對于有多個小區(qū)的組呼區(qū)域，組呼過程中，數字集群小區(qū)僅在監(jiān)測到有組呼成員的條件下才分配無線信道資源，既節(jié)約了無線資源，又沒有限制組呼成員的容量，一個組可以有成百上千個成員，在多組呼成員的集群應用場合具有優(yōu)勢。
POC的實現方式是上行信道搶占，每個組呼成員各自分配一個下行信道的方式，下行信道不能共享。而小區(qū)信道數有限，如果所有用戶均在同一小區(qū)，則帶來網絡擁塞、業(yè)務性能下降的問題。
4.2 通話質量
通話質量的幾項重要衡量指標有：
(1)RTS(Right to Speak)，指從主叫建立呼叫(撥出被叫號碼或組號)到得到系統(tǒng)提示可以說話的時間。
(2)STS(Start to Speak)，指從按下PTT按鍵到收到允許講話提示的時間。
(3)ETED(End-to-End Channel Delay)，指講者說話到聽者聽到的延遲時間。
(4)TaT(Turn around Time)，指主叫結束按鍵講話到聽到被叫答復的時間。
數字集群使用的是常規(guī)電路域方式，而POC使用VoIP技術實現話音數據流的交換和傳送，有較大的接入和傳播的延遲時間。從表1的指標對比可以看出，通話質量方面數字集群有著較大的優(yōu)勢。
表1 POC和數字集群通話質量比較
| POC(s) | 數字集群(s) |
RTS | ＜2 | ＜O.6 |
STS | ＜1.6 | ＜0.3 |
ETED | 1.6 | ＜1 |
TaT | 4 | ＜1 |
4.3 可靠性
數字集群系統(tǒng)能夠滿足高可靠性的要求。系統(tǒng)以信道為單位預留資源給指定的高等級集團用戶使用，網絡再繁忙，也可以為集團用戶提供高質量的服務。應急聯動應用環(huán)境下，調度員數秒即可把多個集團部門的組合并為大組。在傳輸中斷應用環(huán)境下，基站把信道開放給特定的集團用戶或用戶組使用，使集群系統(tǒng)在災害條件下也能提供可靠性的服務。
POC是在GPRS/UMTS或者CDMA網絡上，為大眾用戶提供服務，沒有有效的手段保護集群用戶在緊急情況下的正常工作。
4.4 指揮調度
數字集群系統(tǒng)中調度臺提供一個操作平臺，支持調度員對多個組或者在特定區(qū)域內活動人員的工作進行指揮調度。引入調度臺的主要目的是提高指揮調度效率。調度臺和調度功能是否成熟是集群系統(tǒng)商用的重要標志。調度員經過系統(tǒng)的授權和分級，可完成組呼等業(yè)務的調度、錄音、轉接、組合并/拆分、核查、成員狀態(tài)顯示、針對行業(yè)用戶的特殊應用等功能。
POC目前無論在規(guī)范和商用上均欠缺調度功能。
4.5 目標用戶群
數字集群系統(tǒng)適合諸如公共安全(警察、消防、安全、保安、軍隊等)、交通運輸(航空、鐵路、內河航運、公共交通、出租汽車等)、社會聯動、市政管理、水利電力、廠礦企業(yè)生產管理等行業(yè)或部門以及搶險救災、處理各種突發(fā)事件等場景的調度指揮通信，是保障社會穩(wěn)定、確保安全生產、提高工作效率、降低事故損失的重要手段。就數字集群的作用而言，具有社會效益和經濟效益的雙重性。
POC業(yè)務是人們方便日常聯絡溝通、提高生活品質的手段之一，雖然在提高工作效率等方面也具有一定的促進作用，但就其本身性質而言，沒有被賦予明確的社會責任，也更趨向于追求經濟效益。
4.6 優(yōu)先級方面
數字集群的最主要業(yè)務是群組呼叫，個體用戶或群組之間分為不同的等級，表現為占有通信資源和通話主導權的優(yōu)先級別不同。一般情況下，被叫用戶無權拒絕主叫用戶的通信要求。群組通信時要采取“前向信道共享”、用戶和群組優(yōu)先級判別等技術手段。而POC業(yè)務中用戶之間的級別是平等的。
4.7 運營管理方面
POC業(yè)務是由公眾移動運營商統(tǒng)一進行運營維護和日常用戶管理，用戶可以向運營商申請POC業(yè)務，并需要運營商的認可和操作實施，用戶自己不能自行管理。
數字集群要求具備強大的VPN功能，利用VPN功能，用戶通過遠程操作維護終端，在應用層面上自行管理本單位的用戶，包括用戶分組、用戶業(yè)務權限、優(yōu)先級甚至用戶的開通和停用，還包括用戶簽約信息等。用戶只能管理和操作本部門下屬的用戶，用戶權限是在運營者事先授權的范圍內。
5、結束語
數字集群和POC都有各自的技術特點和市場定位。POC可以利用公眾蜂窩移動網絡資源實現點對多點的功能，使寬帶業(yè)務更加豐富化。國外移動運營商提供POC業(yè)務的成功經驗說明，POC業(yè)務在我國的推廣也具有美好的前景。P0C提供的PTT業(yè)務在性能要求和調度等功能上還無法滿足專業(yè)用戶的要求，數字集群通信仍將是實現指揮調度等集群功能的最重要也是最有效的技術方式。
