国内数字集群技术简介

　　华为技术有限公司

　　1 国内数字集群技术发展背景

　　随着国民经济的发展，社会对信息化的要求越来越高，各部门、行业用户间的协调调度需求日趋强烈。原来为部门间指挥协调目的建设的模拟集群网逐渐不能满足需要，主要原因如下：技术落后，功能单一，不易联网，不易加密，系统容量小，频谱利用低，基本上没有数据传输能力，因此采用数字集群系统建设指挥调度网络的需求日益突出。

　　为促进国内数字集群的发展和建设，2001年和2002年国家信息产业部分别发布518号和387号文件来规定集群频率划分和建设方式。在518号文件中，提出模拟集群网原则上在2005年底之前停止运行，清退频率用于建设面向社会服务的集群共网平台；387号文件中将集群频率的分配方式由按组分配（每组25KHz）修改为连续分配，这就为引入其他技术体制的集群系统创造了条件。

　　技术实践证明，TDMA技术是数字集群的最佳选择，业界已有的数字集群系统如Tetra、iDEN等皆基于TDMA技术。国内新出现的完全具有我国自主知识产权的GT800更是创造性的将TDMA和TD-SCDMA技术结合到一起，将中国数字集群的发展带入一个新阶段。

　　2 GT800技术简介

　　综合考虑客户需求的急迫性、技术成熟度和可持续发展能力，华为公司提出了以适合集群应用的时分多址技术为基础，分阶段发展的GT800数字集群系统：

　　第一阶段：以成熟的TDMA技术为基础，参考借鉴了国际上现有数字集群系统的业务特性，对TDMA网络的信令流程和网络结构进行优化、扩展，提供快速呼叫、组呼、动态重组、优先级控制、遥开遥毙、环境监听、故障弱化、虚拟专网等业务特性，满足共网集群用户的需求；数据传输方面的需求采用GPRS网络满足。

　　第二阶段：继承第一阶段的业务特性，引入TD-SCDMA技术提供高速数据业务和更高的系统容量；同时对网络和终端功能进行增强，提供端到端加密、终端直通等安全、保密方面的业务特性，满足特殊行业用户的需求。

　　2.1 GT800数字集群系统网络结构

　　GT800数字集群系统以GSM系统为基础，采用与GSM类似的网络结构，增加了针对行业用户的多种应用处理平台，如下图所示：



　　GT800系统在GSM基础网络上增加了方便指挥调度应用的节点，如FFN（功能号码节点）、GCR（组呼寄存器）等，。增加了排队机设备便于调度台接入网络，为指挥调度应用提供更灵活的支持。

　　另外GT800与以往集群系统相比，增加用户接入管理平台，VPN客户可直接管理本集团用户；智能业务平台引入对指挥调度应用扩充起到良好支撑；同时GT800采用了GPRS作为数据承载平台，更好满足行业用户在数据传输方面的需求，以往在模拟集群网络甚至部分数字集群系统难以实现的数据应用将不再困难；计费平台的建设使集群共网运营商能够采用更加灵活的运营方式来促进业务发展。

　　2.2 GT800数字集群系统的业务功能

　　GT800系统参考各类成熟数字集群系统的业务功能和GSM网络自身业务特性，形成了GT800特有的数字集群业务体系：

　　1 指挥调度业务：包括组呼、私密呼叫、语音广播、增强优先级呼叫、动态编组、强拆/强插、岗位号码寻址、基于位置的路由、开放信道呼叫、讲话方识别显示、迟后进入、呼叫报告、组内优先级、调度区域限制、呼叫提示、调度台核查呼叫、列表查询呼叫等，为行业用户的指挥调度应用提供良好的支撑。

　　2 涵盖通用移动通讯系统中定义的电信业务、承载业务和补充业务，满足行业用户中部分成员对通用电话业务的需求。

　　另外，集群系统一般与公共安全密切相关，在保密性和安全性上需要特殊考虑，GT800系统提供故障弱化、终端直通、端到端加密、遥开遥毙、环境监听、缜密监听等功能来加强系统在安全方面的保证。

　　2.3 GT800技术主要特点

　　2.4 卓越的集群性能

　　GT800成功地对TDMA和TD-SCDMA技术进行了大量的创新，在共享信道增强、组呼、快速呼叫、动态重组、安全性增强、故障弱化等方面已形成20余项核心专利，所有技术在产业链内开放，确保了GT800数字集群系统完备的性能。

　　2.4.1 快速的接续性能

　　快速呼叫建立是数字集群的重要特性之一。专用移动用户，尤其是应急联动系统相关领域用户，普遍要求集群系统要以极快的速度完成紧急呼叫的建立。GT800通过对无线空中接口的优化和呼叫流程的针对性设计，实现了满足专业移动用户最严格的呼叫接续速度要求：快速呼叫建立时间小于1秒，PTT抢占时间小于500毫秒。

　　2.4.2 丰富的集群业务

　　GT800提供比现有数字集群系统更丰富的集群业务。GT800支持语音组呼、语音广播、功能号码寻址、基于位置路由、迟后进入、组呼保持、动态重组、组状态显示、组呼合并、包含呼叫、缜密监听、环境监听、遥开/遥毙、区域选择、优先呼叫、预占优先呼叫、呼叫限制、控制转移、密钥遥毁、开放信道呼叫等集群专用业务，同时还支持多种调度类数据应用。

　　2.4.3 高速数据业务

　　随着整个移动通信的发展，数字集群的数据业务越发显得重要。针对不同行业的数据应用是用户对数字集群需求的一个重要方面。为满足用户对高速数据业务的需求，GT800现阶段可实现171.2Kbps的中速数据速率传输功能，并将进一步提供最高速率为2Mbps的数据业务。

　　2.4.4 全方位优先级管理

　　GT800在任何情况下，都能够保证最需要网络资源的用户获得必需的网络资源。通常情况下，GT800按照网络资源情况，通过优先级管理业务，不仅能确定是否授权用户发起呼叫，同样能够确定是否许可用户接入网络。

　　优先级管理的实施，使GT800即使在网络资源紧张的情况下，也能保证专业用户对通信业务的需求得到满足。根据用户不同的优先级，为用户提供不同的服务质量。GT800的呼叫优先级业务主要有：快速呼叫、呼叫排队 、呼叫强拆、呼叫资源抢占等。

　　2.4.5 强大的虚拟专用网VPN能力

　　虚拟专用网是利用集群共网的资源向集团客户提供一个逻辑上的专用网，集团客户在该专用网内向内部用户提供集群业务。该业务的特点是：多个集团客户共享网络资源，集团VPN管理员可自行对本VPN的用户进行管理。GT800系统通过增加VPN调度台和VPN管理中心，提供强大的专业集群功能。

　　2.5 突出的成熟稳定性，良好的可持续发展能力

　　GT800基于成熟的、适合集群应用的时分多址技术，充分利用主流移动通信技术体制的产业基础，使得GT800数字集群具有比其他数字集群技术体制更突出的成熟、稳定特征，确保了专用集群市场所要求的高成熟性和稳定性需求。

　　GT800实现了TDMA和TD-SCDMA技术的完美结合，与主流的移动通信体制具有相同的网络架构，核心技术与主流移动通信技术保持一致，并与主流移动通信技术同步发展，具备良好的可持续发展能力。

　　2.6 开放、低成本产业链支撑

　　现有数字集群系统，由于技术专用，标准不够开放，导致设备价格与终端价格迟迟跟不上市场应用的步伐，造成数字集群系统“高贵”的形象，从而影响了我国数字集群市场的发展。

　　GT800采用开放的网络架构，具备良好的开放性，多厂家设备互通能力强，有利于在数字集群领域引入充分竞争，从而引导GT800产业链的进一步发展壮大。

　　GT800产业链构筑在主流移动通信产业基础之上，系统设备成本和终端成本可继承现有移动通信系统的低成本，有效降低了数字集群产业各环节的进入门槛。现阶段GT800已形成完善成熟的产业链支撑。

　　2.7 可靠的安全性

　　2.7.1 保障数字集群国家安全战略

　　数字集群系统一般应用于政府、公共安全、国民经济各行业等要害部门，这些部门对专业移动通信的信息安全性、系统可靠性都有很高的要求。只有掌握核心技术才能真正保证国家通信安全和国民经济高速发展。

　　GT800数字集群系列核心芯片和关键算法完全由我国自主设计，所有核心技术全部自有，所需芯片提供均不受制约；GT800运行无需依赖GPS同步系统，保证专用移动通信系统的高度安全性，从国家安全角度降低对国外技术和系统的依赖。

　　2.7.2 完善的保密机制

　　GT800支持空中接口加密及端对端加密，定义了端到端用户加密接口和流程，支持多种终端加密模块开发以及终端密钥管理机制。根据不同行业安全性的需求，GT800提供不同级别的安全性保障。

　　2.7.3 高可靠性设计

　　为保证网络服务的高可靠性，GT800提供集群方式、故障弱化、直通方式等多种系统工作方式。通常情况下，系统以集群方式工作；在极端情况下，因人为因素（如恶意破坏等）或自然因素（自然灾害等）导致网络不能正常工作时，系统以故障弱化方式工作，保证系统能满足基本的集群业务需求；当专业用户离开服务区时，直通方式则可以在区域性范围内，解决用户对集群业务的需求。

　　为保证网络设备的高可靠性，GT800提供多种安全备份解决方案。在网络设计方面，可通过增加网络单元冗余、迂回路由等来实现网络的高可靠性；在硬件方面，通过采取单板的主备用、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法，进一步提高系统的可靠性。

　　3 Tetra技术简介

　　TETRA（陆地集群无线电系统）是欧洲电信标准组织（ETSI）制定的数字集群通信系统标准，基于传统大区制调度通信系统的进行数字化形成专用移动通信无线电标准，采用TDMA多址方式。

　　TETRA基于TDMA方式，在25kbit/s带宽内时分4个信道，调制方式π/4DQPSK，也支持连续蜂窝广域覆盖。TETRA系统在指挥调度业务全面，可完成话音、电路数据、短数据消息、分组数据业务的通信及以上业务的直通模式，并可支持多种附加补充业务。在大区制条件下最大覆盖半径56km。

　　目前，TETRA网络对外互联部分技术未完全公开，不同厂家的TETRA产品目前还没有实现完全的互联互通，不同网络之间的用户和业务的互通还存在问题。另外，TETRA的系统设备采购和建网成本高，终端价格高，这一点，也限制了TETRA在更大范围的应用。

　　4 iDEN技术简介

　　iDEN（集成数字增强型网络）设计是作集群共网应用，因此iDEN除了以指挥调度业务为主外，还兼有完善的双工电话互联、数据和短消息等功能。它将数字调度通信和数字蜂窝通信综合在一套系统内。

　　iDEN同样是基于TDMA多址方式的调度通信/蜂窝双工电话组合系统。它在传统大区制调度通信基础上，大量吸收数字蜂窝通信系统的优点，如采用双模手机方式，增强了电话互联功能；采用小区复用蜂窝结构，提高了网络覆盖能力。iDEN系统采用高级调制技术M-16QAM，把每个25KHz信道分割成6个时隙，采用频分双工方式和4.2kbits的VSELP语音编码技术，支持调度、电话互联、电路数据/传真等多种业务。

　　iDEN系统接口不公开，为独家供应商，系统设备采购和建网成本高，终端价格高。iDEN制式出现较早，其技术非常成熟，目前还没有看到其向下一代网络演进的规划。

　　5 其它数字集群技术

　　目前业界也在研究基于CDMA技术实现部分集群PTT特性，定位蜂窝系统增值业务，由于性能指标低、技术成熟度差、业务支持能力弱、容量小、安全性低，距离集群专业应用还有相当距离。

　　6 几种数字集群技术的比较

　　目前在数字集群市场上投入应用的主要有两种制式，Tetra和iDEN。从总体上讲，这两种技术在国内应用都不算是很成功，Tetra在专网上有一定应用，iDEN网络应用更少。

　　究其原因，对于Tetra主要是设备、终端价格较高，缺乏国内产业支持，系统方面也存在不稳定、可用业务少的缺点（接口规范不完全开放所致）；iDEN则是标准不公开，设备供应商只有一家，并且没有明确的向下一代网络演进规划，导致在中国市场发展缓慢。另外一个重要原因是集群系统面向行业用户市场，其需求多种多样，因此为行业用户定制个性化解决方案的能力非常重要，Tetra和iDEN在这方面还需要加大投入，吸引更多设备商参与。

　　GT800在开发设计时采用主流移动通信技术为基础，标准开放，具有雄厚产业支撑，在规范制定时成立产业联盟，形成多个厂家共同参与、共同发展的局面，保证产业链完整与成熟。在业务方面，GT800在设计时参考了Tetra规范中的业务需求，并在此基础上有所扩充和发展，比如提供组内优先级、岗位号码和基于位置的路由等功能，更好满足指挥调度需要。iDEN系统在指挥调度方面的功能要比GT800和Tetra要弱一些，比如缺少动态重组等重要指挥调度特性。

由CHINA通信网组稿