國內(nèi)數(shù)字集群技術(shù)簡介

　　華為技術(shù)有限公司


　　1 國內(nèi)數(shù)字集群技術(shù)發(fā)展背景


　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對信息化的要求越來越高，各部門、行業(yè)用戶間的協(xié)調(diào)調(diào)度需求日趨強(qiáng)烈。原來為部門間指揮協(xié)調(diào)目的建設(shè)的模擬集群網(wǎng)逐漸不能滿足需要，主要原因如下：技術(shù)落后，功能單一，不易聯(lián)網(wǎng)，不易加密，系統(tǒng)容量小，頻譜利用低，基本上沒有數(shù)據(jù)傳輸能力，因此采用數(shù)字集群系統(tǒng)建設(shè)指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的需求日益突出。


　　為促進(jìn)國內(nèi)數(shù)字集群的發(fā)展和建設(shè)，2001年和2002年國家信息產(chǎn)業(yè)部分別發(fā)布518號和387號文件來規(guī)定集群頻率劃分和建設(shè)方式。在518號文件中，提出模擬集群網(wǎng)原則上在2005年底之前停止運(yùn)行，清退頻率用于建設(shè)面向社會服務(wù)的集群共網(wǎng)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(xù)分配，這就為引入其他技術(shù)體制的集群系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。


　　技術(shù)實(shí)踐證明，TDMA技術(shù)是數(shù)字集群的最佳選擇，業(yè)界已有的數(shù)字集群系統(tǒng)如Tetra、iDEN等皆基于TDMA技術(shù)。國內(nèi)新出現(xiàn)的完全具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的GT800更是創(chuàng)造性的將TDMA和TD-SCDMA技術(shù)結(jié)合到一起，將中國數(shù)字集群的發(fā)展帶入一個(gè)新階段。


　　2 GT800技術(shù)簡介


　　綜合考慮客戶需求的急迫性、技術(shù)成熟度和可持續(xù)發(fā)展能力，華為公司提出了以適合集群應(yīng)用的時(shí)分多址技術(shù)為基礎(chǔ)，分階段發(fā)展的GT800數(shù)字集群系統(tǒng)：


　　第一階段：以成熟的TDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，參考借鑒了國際上現(xiàn)有數(shù)字集群系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特性，對TDMA網(wǎng)絡(luò)的信令流程和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、擴(kuò)展，提供快速呼叫、組呼、動態(tài)重組、優(yōu)先級控制、遙開遙斃、環(huán)境監(jiān)聽、故障弱化、虛擬專網(wǎng)等業(yè)務(wù)特性，滿足共網(wǎng)集群用戶的需求；數(shù)據(jù)傳輸方面的需求采用GPRS網(wǎng)絡(luò)滿足。


　　第二階段：繼承第一階段的業(yè)務(wù)特性，引入TD-SCDMA技術(shù)提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和更高的系統(tǒng)容量；同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)和終端功能進(jìn)行增強(qiáng)，提供端到端加密、終端直通等安全、保密方面的業(yè)務(wù)特性，滿足特殊行業(yè)用戶的需求。


　　2.1 GT800數(shù)字集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)


　　GT800數(shù)字集群系統(tǒng)以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用與GSM類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加了針對行業(yè)用戶的多種應(yīng)用處理平臺，如下圖所示：








　　


　　GT800系統(tǒng)在GSM基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上增加了方便指揮調(diào)度應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)，如FFN（功能號碼節(jié)點(diǎn)）、GCR（組呼寄存器）等，。增加了排隊(duì)機(jī)設(shè)備便于調(diào)度臺接入網(wǎng)絡(luò)，為指揮調(diào)度應(yīng)用提供更靈活的支持。


　　另外GT800與以往集群系統(tǒng)相比，增加用戶接入管理平臺，VPN客戶可直接管理本集團(tuán)用戶；智能業(yè)務(wù)平臺引入對指揮調(diào)度應(yīng)用擴(kuò)充起到良好支撐；同時(shí)GT800采用了GPRS作為數(shù)據(jù)承載平臺，更好滿足行業(yè)用戶在數(shù)據(jù)傳輸方面的需求，以往在模擬集群網(wǎng)絡(luò)甚至部分?jǐn)?shù)字集群系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)用將不再困難；計(jì)費(fèi)平臺的建設(shè)使集群共網(wǎng)運(yùn)營商能夠采用更加靈活的運(yùn)營方式來促進(jìn)業(yè)務(wù)發(fā)展。


　　2.2 GT800數(shù)字集群系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能


　　GT800系統(tǒng)參考各類成熟數(shù)字集群系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能和GSM網(wǎng)絡(luò)自身業(yè)務(wù)特性，形成了GT800特有的數(shù)字集群業(yè)務(wù)體系：


　　1 指揮調(diào)度業(yè)務(wù)：包括組呼、私密呼叫、語音廣播、增強(qiáng)優(yōu)先級呼叫、動態(tài)編組、強(qiáng)拆/強(qiáng)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(jìn)入、呼叫報(bào)告、組內(nèi)優(yōu)先級、調(diào)度區(qū)域限制、呼叫提示、調(diào)度臺核查呼叫、列表查詢呼叫等，為行業(yè)用戶的指揮調(diào)度應(yīng)用提供良好的支撐。


　　2 涵蓋通用移動通訊系統(tǒng)中定義的電信業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，滿足行業(yè)用戶中部分成員對通用電話業(yè)務(wù)的需求。


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


　　2.3 GT800技術(shù)主要特點(diǎn)


　　2.4 卓越的集群性能


　　GT800成功地對TDMA和TD-SCDMA技術(shù)進(jìn)行了大量的創(chuàng)新，在共享信道增強(qiáng)、組呼、快速呼叫、動態(tài)重組、安全性增強(qiáng)、故障弱化等方面已形成20余項(xiàng)核心專利，所有技術(shù)在產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)開放，確保了GT800數(shù)字集群系統(tǒng)完備的性能。


　　2.4.1 快速的接續(xù)性能


　　快速呼叫建立是數(shù)字集群的重要特性之一。專用移動用戶，尤其是應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域用戶，普遍要求集群系統(tǒng)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(yōu)化和呼叫流程的針對性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了滿足專業(yè)移動用戶最嚴(yán)格的呼叫接續(xù)速度要求：快速呼叫建立時(shí)間小于1秒，PTT搶占時(shí)間小于500毫秒。


　　2.4.2 豐富的集群業(yè)務(wù)


　　GT800提供比現(xiàn)有數(shù)字集群系統(tǒng)更豐富的集群業(yè)務(wù)。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(jìn)入、組呼保持、動態(tài)重組、組狀態(tài)顯示、組呼合并、包含呼叫、縝密監(jiān)聽、環(huán)境監(jiān)聽、遙開/遙斃、區(qū)域選擇、優(yōu)先呼叫、預(yù)占優(yōu)先呼叫、呼叫限制、控制轉(zhuǎn)移、密鑰遙毀、開放信道呼叫等集群專用業(yè)務(wù)，同時(shí)還支持多種調(diào)度類數(shù)據(jù)應(yīng)用。


　　2.4.3 高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)


　　隨著整個(gè)移動通信的發(fā)展，數(shù)字集群的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)越發(fā)顯得重要。針對不同行業(yè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用是用戶對數(shù)字集群需求的一個(gè)重要方面。為滿足用戶對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，GT800現(xiàn)階段可實(shí)現(xiàn)171.2Kbps的中速數(shù)據(jù)速率傳輸功能，并將進(jìn)一步提供最高速率為2Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。


　　2.4.4 全方位優(yōu)先級管理


　　GT800在任何情況下，都能夠保證最需要網(wǎng)絡(luò)資源的用戶獲得必需的網(wǎng)絡(luò)資源。通常情況下，GT800按照網(wǎng)絡(luò)資源情況，通過優(yōu)先級管理業(yè)務(wù)，不僅能確定是否授權(quán)用戶發(fā)起呼叫，同樣能夠確定是否許可用戶接入網(wǎng)絡(luò)。


　　優(yōu)先級管理的實(shí)施，使GT800即使在網(wǎng)絡(luò)資源緊張的情況下，也能保證專業(yè)用戶對通信業(yè)務(wù)的需求得到滿足。根據(jù)用戶不同的優(yōu)先級，為用戶提供不同的服務(wù)質(zhì)量。GT800的呼叫優(yōu)先級業(yè)務(wù)主要有：快速呼叫、呼叫排隊(duì) 、呼叫強(qiáng)拆、呼叫資源搶占等。


　　2.4.5 強(qiáng)大的虛擬專用網(wǎng)VPN能力


　　虛擬專用網(wǎng)是利用集群共網(wǎng)的資源向集團(tuán)客戶提供一個(gè)邏輯上的專用網(wǎng)，集團(tuán)客戶在該專用網(wǎng)內(nèi)向內(nèi)部用戶提供集群業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是：多個(gè)集團(tuán)客戶共享網(wǎng)絡(luò)資源，集團(tuán)VPN管理員可自行對本VPN的用戶進(jìn)行管理。GT800系統(tǒng)通過增加VPN調(diào)度臺和VPN管理中心，提供強(qiáng)大的專業(yè)集群功能。


　　2.5 突出的成熟穩(wěn)定性，良好的可持續(xù)發(fā)展能力


　　GT800基于成熟的、適合集群應(yīng)用的時(shí)分多址技術(shù)，充分利用主流移動通信技術(shù)體制的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，使得GT800數(shù)字集群具有比其他數(shù)字集群技術(shù)體制更突出的成熟、穩(wěn)定特征，確保了專用集群市場所要求的高成熟性和穩(wěn)定性需求。


　　GT800實(shí)現(xiàn)了TDMA和TD-SCDMA技術(shù)的完美結(jié)合，與主流的移動通信體制具有相同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，核心技術(shù)與主流移動通信技術(shù)保持一致，并與主流移動通信技術(shù)同步發(fā)展，具備良好的可持續(xù)發(fā)展能力。


　　2.6 開放、低成本產(chǎn)業(yè)鏈支撐


　　現(xiàn)有數(shù)字集群系統(tǒng)，由于技術(shù)專用，標(biāo)準(zhǔn)不夠開放，導(dǎo)致設(shè)備價(jià)格與終端價(jià)格遲遲跟不上市場應(yīng)用的步伐，造成數(shù)字集群系統(tǒng)“高貴”的形象，從而影響了我國數(shù)字集群市場的發(fā)展。


　　GT800采用開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具備良好的開放性，多廠家設(shè)備互通能力強(qiáng)，有利于在數(shù)字集群領(lǐng)域引入充分競爭，從而引導(dǎo)GT800產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步發(fā)展壯大。


　　GT800產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)筑在主流移動通信產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)設(shè)備成本和終端成本可繼承現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的低成本，有效降低了數(shù)字集群產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的進(jìn)入門檻。現(xiàn)階段GT800已形成完善成熟的產(chǎn)業(yè)鏈支撐。


　　2.7 可靠的安全性


　　2.7.1 保障數(shù)字集群國家安全戰(zhàn)略


　　數(shù)字集群系統(tǒng)一般應(yīng)用于政府、公共安全、國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)等要害部門，這些部門對專業(yè)移動通信的信息安全性、系統(tǒng)可靠性都有很高的要求。只有掌握核心技術(shù)才能真正保證國家通信安全和國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。


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


　　2.7.2 完善的保密機(jī)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(fā)以及終端密鑰管理機(jī)制。根據(jù)不同行業(yè)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(shè)計(jì)


　　為保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(tǒng)工作方式。通常情況下，系統(tǒng)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(zāi)害等）導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常工作時(shí)，系統(tǒng)以故障弱化方式工作，保證系統(tǒng)能滿足基本的集群業(yè)務(wù)需求；當(dāng)專業(yè)用戶離開服務(wù)區(qū)時(shí)，直通方式則可以在區(qū)域性范圍內(nèi)，解決用戶對集群業(yè)務(wù)的需求。


　　為保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的高可靠性，GT800提供多種安全備份解決方案。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，可通過增加網(wǎng)絡(luò)單元冗余、迂回路由等來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高可靠性；在硬件方面，通過采取單板的主備用、負(fù)荷分擔(dān)、冗余配置等可靠性設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。


　　3 Tetra技術(shù)簡介


　　TETRA（陸地集群無線電系統(tǒng)）是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）制定的數(shù)字集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，基于傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信系統(tǒng)的進(jìn)行數(shù)字化形成專用移動通信無線電標(biāo)準(zhǔn)，采用TDMA多址方式。


　　TETRA基于TDMA方式，在25kbit/s帶寬內(nèi)時(shí)分4個(gè)信道，調(diào)制方式π/4DQPSK，也支持連續(xù)蜂窩廣域覆蓋。TETRA系統(tǒng)在指揮調(diào)度業(yè)務(wù)全面，可完成話音、電路數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)消息、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信及以上業(yè)務(wù)的直通模式，并可支持多種附加補(bǔ)充業(yè)務(wù)。在大區(qū)制條件下最大覆蓋半徑56km。


　　目前，TETRA網(wǎng)絡(luò)對外互聯(lián)部分技術(shù)未完全公開，不同廠家的TETRA產(chǎn)品目前還沒有實(shí)現(xiàn)完全的互聯(lián)互通，不同網(wǎng)絡(luò)之間的用戶和業(yè)務(wù)的互通還存在問題。另外，TETRA的系統(tǒng)設(shè)備采購和建網(wǎng)成本高，終端價(jià)格高，這一點(diǎn)，也限制了TETRA在更大范圍的應(yīng)用。


　　4 iDEN技術(shù)簡介


　　iDEN（集成數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)）設(shè)計(jì)是作集群共網(wǎng)應(yīng)用，因此iDEN除了以指揮調(diào)度業(yè)務(wù)為主外，還兼有完善的雙工電話互聯(lián)、數(shù)據(jù)和短消息等功能。它將數(shù)字調(diào)度通信和數(shù)字蜂窩通信綜合在一套系統(tǒng)內(nèi)。


　　iDEN同樣是基于TDMA多址方式的調(diào)度通信/蜂窩雙工電話組合系統(tǒng)。它在傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信基礎(chǔ)上，大量吸收數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如采用雙模手機(jī)方式，增強(qiáng)了電話互聯(lián)功能；采用小區(qū)復(fù)用蜂窩結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。iDEN系統(tǒng)采用高級調(diào)制技術(shù)M-16QAM，把每個(gè)25KHz信道分割成6個(gè)時(shí)隙，采用頻分雙工方式和4.2kbits的VSELP語音編碼技術(shù)，支持調(diào)度、電話互聯(lián)、電路數(shù)據(jù)/傳真等多種業(yè)務(wù)。


　　iDEN系統(tǒng)接口不公開，為獨(dú)家供應(yīng)商，系統(tǒng)設(shè)備采購和建網(wǎng)成本高，終端價(jià)格高。iDEN制式出現(xiàn)較早，其技術(shù)非常成熟，目前還沒有看到其向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的規(guī)劃。


　　5 其它數(shù)字集群技術(shù)


　　目前業(yè)界也在研究基于CDMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)部分集群PTT特性，定位蜂窩系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)，由于性能指標(biāo)低、技術(shù)成熟度差、業(yè)務(wù)支持能力弱、容量小、安全性低，距離集群專業(yè)應(yīng)用還有相當(dāng)距離。


　　6 幾種數(shù)字集群技術(shù)的比較


　　目前在數(shù)字集群市場上投入應(yīng)用的主要有兩種制式，Tetra和iDEN。從總體上講，這兩種技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用都不算是很成功，Tetra在專網(wǎng)上有一定應(yīng)用，iDEN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更少。


　　究其原因，對于Tetra主要是設(shè)備、終端價(jià)格較高，缺乏國內(nèi)產(chǎn)業(yè)支持，系統(tǒng)方面也存在不穩(wěn)定、可用業(yè)務(wù)少的缺點(diǎn)（接口規(guī)范不完全開放所致）；iDEN則是標(biāo)準(zhǔn)不公開，設(shè)備供應(yīng)商只有一家，并且沒有明確的向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)規(guī)劃，導(dǎo)致在中國市場發(fā)展緩慢。另外一個(gè)重要原因是集群系統(tǒng)面向行業(yè)用戶市場，其需求多種多樣，因此為行業(yè)用戶定制個(gè)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(shè)備商參與。


　　GT800在開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)采用主流移動通信技術(shù)為基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)開放，具有雄厚產(chǎn)業(yè)支撐，在規(guī)范制定時(shí)成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，形成多個(gè)廠家共同參與、共同發(fā)展的局面，保證產(chǎn)業(yè)鏈完整與成熟。在業(yè)務(wù)方面，GT800在設(shè)計(jì)時(shí)參考了Tetra規(guī)范中的業(yè)務(wù)需求，并在此基礎(chǔ)上有所擴(kuò)充和發(fā)展，比如提供組內(nèi)優(yōu)先級、崗位號碼和基于位置的路由等功能，更好滿足指揮調(diào)度需要。iDEN系統(tǒng)在指揮調(diào)度方面的功能要比GT800和Tetra要弱一些，比如缺少動態(tài)重組等重要指揮調(diào)度特性。

　　

由CHINA通信網(wǎng)組稿