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发展我国专用移动通信若干问题的探讨
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一、需求的多样性与专用移动通信的网络化
一个小的部门或单位需要小容量、小范围覆盖的大区制专用移动通信系统，而一个大的部门、行业则需要大容量、大范围的面状覆盖或链状覆盖的专用移动通信网。作为模拟专用移动通信主要设备的集群系统，在我国各个行业和部门的专用网中已经得到了较为广泛的应用，如水利、公安、交通、铁道、民航、电力、石油等部门。在运营公司经营的公网中，集群系统也有了相当的应用和发展，如北京华讯集团、上海国脉公司用集群系统提供的模拟专用移动通信服务。数字专用移动通信系统也已在我国出现，如福建已经建成的iDEN商用系统。拟建和筹建数字专用移动通信的部门很多，其中有四川正在建设的TETRA实验系统。
我国地域辽阔，经济发展相对不平衡，这就决定了各地对专用移动通信需求的多样性。从制式上讲，可分为模拟系统、数字系统；从范围上讲，主要有面覆盖、线覆盖、混合覆盖以及专网和共网，还要做到与其他通信网络的各种类型的连接，这就决定了专用移动通信市场、运营和制造的多样性。但是，经济一体化的发展趋势必将要求通信的网络化。除了个别网络孤立应用外，专用移动通信也必将由单个系统向网络化方向发展，在通用的网络平台上构筑满足不同用户需求的各种专用移动通信虚拟系统。专用移动通信系统和公众移动通信系统的区分将仅取决于用户的使用要求和应用环境。
二、专用移动通信的数字化和宽带化
模拟专用移动通信采用模拟通信和频分信道技术。而作为模拟专用移动通信主流的集群技术，曾经拥有过辉煌。它的技术特点在于多频道共用，即所谓多频道"集群"共享技术，可分为消息集群 (message trunking) 和传输集群 (transmission trunking) 。消息集群是指通信的用户双方是在同一频道上完成整个通话过程的信道分配方式；传输集群是指用户双方的通话在不同的多个频道上完成的信道分配方式。为了兼顾较高的频道利用率和较好的通话质量，还衍生了准传输集群 (quasi-transmission trunking) ，它是传输集群的一种改进或折中。
数字通信技术作为主流技术而发展成为数字专用移动通信系统，由于它具有更高的频谱利用率、更好的通信质量、更大的系统容量以及提供更多的通信业务和更灵活的网络管理功能，已经或正在取代模拟专用移动通信系统。
1．数字专用移动通信系统的几种标准或类型
数字专用移动通信系统的标准或类型的主要特征：
（1） TETRA是泛欧标准，由欧洲电信标准协会（ETSI）制订；
（2）iDEN（综合数字增强网）为美国 MOTOROLA公司标准；
（3）FHMA（跳频多址）是以色列推出的系统；
（4）GSM-R是由欧洲电信标准协会（ETSI）制订的满足国际铁路联盟(UIC)专用移动通信服务要求的标准；
（5）EDACS（增强型数字接入通信系统）为瑞典爱立信公司提出；
（6）Project 25系统是美国国际公共安全通信官员协会（APCO）、国家电信管理者协会（NASTD）、联邦政府用户与电信工业协会（TIA）合作的项目；
（7）IDRA系统（综合调度无线电系统）是由日本无线电工业和商业协会（ARIB）推出；
（8）TETRAPCL为法国标准。在上述的几种数字专用移动通信系统中，除Project 25系统外，大多采用了时分多址（TDMA）方式，而FHMA采用跳频加时分多址（FH +TDMA）方式。
2．几种典型的数字专用移动通信系统
我们感兴趣的几种典型的数字专用移动通信系统有： TETRA、iDEN、FHMA和GSM-R。
（1）TETRA是基于传统大区制调度通信系统的数字化而形成的一个专用移动通信无线电标准。它大量借鉴了GSM的概念，采用TDMA多址方式和类似的逻辑信道。与传统的模拟集群系统相比，TETRA在网络结构中增加了HLR/VLR，从而增强了移动性管理；
（2）iDEN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；
（3）FHMA 是基于TDMA和跳频技术的大区制大容量数字专用移动通信系统，它的系统容量是模拟系统的25-30倍。其多址方式是FH + TDMA，可视为跳频码分多址（FH-CDMA）；
（4）GSM-R是国际铁路联盟(UIC)推荐的欧洲铁路专用移动通信系统。它是在GSM蜂窝系统上增加调度通信功能的一个综合专用移动通信系统，能满足国际铁路联盟(UIC)提出的铁路专用调度通信的要求。
上述4个典型的数字专用移动通信系统，它们都采用了 TDMA方式。TDMA信道共用方式比频分信道下的集群方式在信道效率和频谱效率上都有了极大提高。需要指出的是，人们在比较不同系统的频谱效率时，常常将信道效率和频谱效率混为一谈，从而得出了错误的评价，其结果极易造成误导。信道效率的定义是：在给定频段内可提供的最大信道数(信道数/兆赫)。因此，TETRA的信道效率为160 ch/MHz (4信道/25KHz)，iDEN 的信道效率为240 ch/MHz (6信道/25KHz)，FHMA的信道效率为120ch/MHz (3信道/25KHz)。
对于大区制（非蜂窝）系统，其频谱效率等于信道效率。但对于蜂窝系统，其频谱效率不等于信道效率。因此，不能将蜂窝系统GSM-R的信道效率40 ch/MHz (8信道/200KHz) 当作频谱效率。此外由于蜂窝网络结构和大区制结构的不同，量度也不同，所以也不能将蜂窝系统的频谱效率与非蜂窝系统的频谱效率简单地进行比较。蜂窝系统的频谱效率有如下几种定义，分别是：每蜂窝小区的信道数(信道数/小区)；每平方公里的信道数(信道数/平方公里)；每蜂窝小区每兆赫频带可提供的最大信道数(信道数/小区/兆赫)。总之，所列典型数字专用移动通信系统各自具有特点和适用范围，但都具有比模拟系统更高的频谱效率和更大的系统容量。
3．典型数字专用移动通信系统的可持续发展
下面我们分别给出TETRA、iDEN和GSM-R的系统升级或可持续发展的办法。
（1）TETRA的可持续发展将采用标准版本不断升级的办法。目前的标准为版本1，适合PMR（专用移动无线电）/PAMR（共用接入移动无线电）。着手研究的标准版本2的目标是：提高数据速率，增加数据传输服务（数码相机、数字地图、实时视频等图象服务及接入互连网）；能够与第三代移动通信系统（3G）互通、漫游，TETRA卡向U-SIM卡发展；优化空中接口，以进一步提高频谱效率和系统容量；要将基站覆盖范围扩大到120-200公里；新版本能够全后向兼容版本1；
（2）iDEN采用iDEN/GSM900MHZ双模手机，可与GSM网络连接，并提出以IP核心层为骨干网，以iDEN作为接入层的方案作为2.5G的解决方案并向3G过渡；
（3）对于 GSM-R，它将随着GSM的技术发展而发展。目前，GSM是通过GPRS向2.5G过渡，因此，GSM-R也将随之而平滑过渡。
4．宽带化与下一代专用移动通信系统
与公众移动通信相比，我国专用移动通信的发展慢了整整一大步。目前，数字公众移动通信网已经覆盖全国，系统的用户数世界领先，而数字专用移动通信系统在我国的运营才刚刚起步。面对以宽带技术为主流的第三代公众移动通信系统的即将商业运营，广大专用移动通信业界必须思考的问题是：要否发展以及如何发展下一代专用移动通信系统？
如果将模拟专用移动通信系统称为第一代专用系统，目前的数字专用移动通信系统称为第二代，那么，下一代的专用移动通信系统可称为第三代专用系统。
从目前几种典型数字专用移动通信系统可以看出：专用移动通信和公众蜂窝移动通信在技术和网络方面都出现了相互渗透和融合的趋势。譬如，TETRA和 iDEN是利用数字技术的优势，借用数字蜂窝移动通信技术，在专用调度通信系统中增加了数据通信功能和公众电话通信的功能，而GSM-R则是利用数字蜂窝移动通信的技术优势及移动性管理功能强的特点，在数字公众移动通信系统中增加了专用调度通信的功能。此外，从数字专用移动通信系统目前所采取的升级或可持续发展的办法中，也不难看出：它们都在提高数据速率，增加数据传输服务和进一步提高频谱效率和系统容量，并试图向二代半移动通信系统（2.5G）过渡，甚至能够与第三代移动通信系统（3G）互通。所以说，数字专用移动通信系统不仅在技术和网络上趋于融合，在通信服务方面也出现了融合的趋势。
面对第三代移动通信先进的技术以及对专用移动通信市场的冲击，是否发展下一代专用移动通信系统将取决于市场的需求。目前尚未有人明确提出什么是下一代专用移动通信或专用移动通信系统，因此也就更无从谈起数字专用移动通信向下一代过渡的问题。倒是有许多商家在考虑数字专用移动通信向二代半（2.5G）或三代（3G）移动通信的过渡或互通问题。
由此可见3G对专用移动通信已经产生了巨大影响。
3G 将是基于IP核心网、具有多种无线电接入的移动通信系统。IMT-2000可提供数据率为2 Mbit/s（室内环境）/144 Kbit/s（车辆环境），3G与WLAN融合提供的数据速率将为 10-100 Mbit/s。3G需要分配和使用800 MHz- 5 GHz频段中更多的频谱资源。3G的服务内容也在扩大，如消息服务（SMS，E- mail等）和定位服务等。3G的网络互连及覆盖将包括Bluetooth、WLAN 、GPRS、WCDMA等。3G是以宽带为主流技术，目的在于提供高速率数据服务，即用更宽的频带来换取更高的速率。那么，处于窄带下的数字专用移动通信系统所采取的升级或可持续发展的办法将如何能过渡到3G？为了与3G同步发展，下一代专用移动通信也必须宽带化。
三、 科技创新与专用移动通信标准
由于我国专用移动通信研究水平和开发能力低下，长期依赖进口国外的设备，导致我国模拟专用移动通信系统五花八门。对于数字专用移动通信系统的研究和开发工作，尚处在学习和跟踪国外技术的阶段，而且自己技术力量不足，还谈不上提供数字专用移动通信产品。因而数字专用移动通信系统的国家标准迟迟不能制订。如果国家标准能制订出台，将会对我国专用移动通信事业产生巨大的推动作用。
近年来，在国家主管部门的组织下，有关工作组对目前国外几种专用移动通信系统进行了研究、分析和比较，最后选择了2种数字专用移动通信系统作为我国的行业标准。在标准制订上，比起模拟系统来有了不小的进步。但是，在这2种数字专用移动通信系统中未含有我国的科技成果。我国数字专用移动通信系统国家标准的制订，需要建立在对系统自主的科学研究和产品开发的基础之上，而科技创新又是制订国家标准的精髓。这一点，可以从我国蜂窝移动通信发展历程中得到一些启示：1G是引进设备，2G是跟踪技术，3G有了一定的技术创新。所以，需要我国移动通信业界全体的共同努力，在专用移动通信上有科技创新，尽早制订出我国专用移动通信的国家标准来。
我国发布了专用移动通信有关的系统体制行业标准，有助于推进数字专用移动通信系统的发展，但需要积极而稳妥地进行。虽然运营商在国际市场采购、引进的数字专用移动通信系统有助于满足用户当前的需要，但是系统的不同，只能构筑地区的或局部的系统，很难构建覆盖大范围的专用移动通信网。由于国内目前不能生产数字集群通信系统，市场的开放仅对国外供应商及国内运营商有利，对国内制造商仅是一种刺激。
为了发展我国的专用移动通信，需要在专用移动通信的科学研究、产品开发、标准制订、生产制造和运营管理等方面做出战略安排并协调发展，建议如下：
（1）制订数字专用移动通信系统国家标准。首先，应当基于第二代移动通信系统（2G）并参照目前典型的数字专用移动通信系统，提出并制订具有自主知识产权的中国数字专用移动通信系统标准；
（2）还应基于第三代移动通信系统（3G）开展下一代数字专用移动通信系统和标准的研究工作，以使我国在下一代的专用移动通信中，占有一席之地；
（3）同时应开展并加强对技术的可持续进步、市场的可扩展性和人们不断增长的服务需求的研究。
一个小的部门或单位需要小容量、小范围覆盖的大区制专用移动通信系统，而一个大的部门、行业则需要大容量、大范围的面状覆盖或链状覆盖的专用移动通信网。作为模拟专用移动通信主要设备的集群系统，在我国各个行业和部门的专用网中已经得到了较为广泛的应用，如水利、公安、交通、铁道、民航、电力、石油等部门。在运营公司经营的公网中，集群系统也有了相当的应用和发展，如北京华讯集团、上海国脉公司用集群系统提供的模拟专用移动通信服务。数字专用移动通信系统也已在我国出现，如福建已经建成的iDEN商用系统。拟建和筹建数字专用移动通信的部门很多，其中有四川正在建设的TETRA实验系统。
我国地域辽阔，经济发展相对不平衡，这就决定了各地对专用移动通信需求的多样性。从制式上讲，可分为模拟系统、数字系统；从范围上讲，主要有面覆盖、线覆盖、混合覆盖以及专网和共网，还要做到与其他通信网络的各种类型的连接，这就决定了专用移动通信市场、运营和制造的多样性。但是，经济一体化的发展趋势必将要求通信的网络化。除了个别网络孤立应用外，专用移动通信也必将由单个系统向网络化方向发展，在通用的网络平台上构筑满足不同用户需求的各种专用移动通信虚拟系统。专用移动通信系统和公众移动通信系统的区分将仅取决于用户的使用要求和应用环境。
二、专用移动通信的数字化和宽带化
模拟专用移动通信采用模拟通信和频分信道技术。而作为模拟专用移动通信主流的集群技术，曾经拥有过辉煌。它的技术特点在于多频道共用，即所谓多频道"集群"共享技术，可分为消息集群 (message trunking) 和传输集群 (transmission trunking) 。消息集群是指通信的用户双方是在同一频道上完成整个通话过程的信道分配方式；传输集群是指用户双方的通话在不同的多个频道上完成的信道分配方式。为了兼顾较高的频道利用率和较好的通话质量，还衍生了准传输集群 (quasi-transmission trunking) ，它是传输集群的一种改进或折中。
数字通信技术作为主流技术而发展成为数字专用移动通信系统，由于它具有更高的频谱利用率、更好的通信质量、更大的系统容量以及提供更多的通信业务和更灵活的网络管理功能，已经或正在取代模拟专用移动通信系统。
1．数字专用移动通信系统的几种标准或类型
数字专用移动通信系统的标准或类型的主要特征：
（1） TETRA是泛欧标准，由欧洲电信标准协会（ETSI）制订；
（2）iDEN（综合数字增强网）为美国 MOTOROLA公司标准；
（3）FHMA（跳频多址）是以色列推出的系统；
（4）GSM-R是由欧洲电信标准协会（ETSI）制订的满足国际铁路联盟(UIC)专用移动通信服务要求的标准；
（5）EDACS（增强型数字接入通信系统）为瑞典爱立信公司提出；
（6）Project 25系统是美国国际公共安全通信官员协会（APCO）、国家电信管理者协会（NASTD）、联邦政府用户与电信工业协会（TIA）合作的项目；
（7）IDRA系统（综合调度无线电系统）是由日本无线电工业和商业协会（ARIB）推出；
（8）TETRAPCL为法国标准。在上述的几种数字专用移动通信系统中，除Project 25系统外，大多采用了时分多址（TDMA）方式，而FHMA采用跳频加时分多址（FH +TDMA）方式。
2．几种典型的数字专用移动通信系统
我们感兴趣的几种典型的数字专用移动通信系统有： TETRA、iDEN、FHMA和GSM-R。
（1）TETRA是基于传统大区制调度通信系统的数字化而形成的一个专用移动通信无线电标准。它大量借鉴了GSM的概念，采用TDMA多址方式和类似的逻辑信道。与传统的模拟集群系统相比，TETRA在网络结构中增加了HLR/VLR，从而增强了移动性管理；
（2）iDEN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；
（3）FHMA 是基于TDMA和跳频技术的大区制大容量数字专用移动通信系统，它的系统容量是模拟系统的25-30倍。其多址方式是FH + TDMA，可视为跳频码分多址（FH-CDMA）；
（4）GSM-R是国际铁路联盟(UIC)推荐的欧洲铁路专用移动通信系统。它是在GSM蜂窝系统上增加调度通信功能的一个综合专用移动通信系统，能满足国际铁路联盟(UIC)提出的铁路专用调度通信的要求。
上述4个典型的数字专用移动通信系统，它们都采用了 TDMA方式。TDMA信道共用方式比频分信道下的集群方式在信道效率和频谱效率上都有了极大提高。需要指出的是，人们在比较不同系统的频谱效率时，常常将信道效率和频谱效率混为一谈，从而得出了错误的评价，其结果极易造成误导。信道效率的定义是：在给定频段内可提供的最大信道数(信道数/兆赫)。因此，TETRA的信道效率为160 ch/MHz (4信道/25KHz)，iDEN 的信道效率为240 ch/MHz (6信道/25KHz)，FHMA的信道效率为120ch/MHz (3信道/25KHz)。
对于大区制（非蜂窝）系统，其频谱效率等于信道效率。但对于蜂窝系统，其频谱效率不等于信道效率。因此，不能将蜂窝系统GSM-R的信道效率40 ch/MHz (8信道/200KHz) 当作频谱效率。此外由于蜂窝网络结构和大区制结构的不同，量度也不同，所以也不能将蜂窝系统的频谱效率与非蜂窝系统的频谱效率简单地进行比较。蜂窝系统的频谱效率有如下几种定义，分别是：每蜂窝小区的信道数(信道数/小区)；每平方公里的信道数(信道数/平方公里)；每蜂窝小区每兆赫频带可提供的最大信道数(信道数/小区/兆赫)。总之，所列典型数字专用移动通信系统各自具有特点和适用范围，但都具有比模拟系统更高的频谱效率和更大的系统容量。
3．典型数字专用移动通信系统的可持续发展
下面我们分别给出TETRA、iDEN和GSM-R的系统升级或可持续发展的办法。
（1）TETRA的可持续发展将采用标准版本不断升级的办法。目前的标准为版本1，适合PMR（专用移动无线电）/PAMR（共用接入移动无线电）。着手研究的标准版本2的目标是：提高数据速率，增加数据传输服务（数码相机、数字地图、实时视频等图象服务及接入互连网）；能够与第三代移动通信系统（3G）互通、漫游，TETRA卡向U-SIM卡发展；优化空中接口，以进一步提高频谱效率和系统容量；要将基站覆盖范围扩大到120-200公里；新版本能够全后向兼容版本1；
（2）iDEN采用iDEN/GSM900MHZ双模手机，可与GSM网络连接，并提出以IP核心层为骨干网，以iDEN作为接入层的方案作为2.5G的解决方案并向3G过渡；
（3）对于 GSM-R，它将随着GSM的技术发展而发展。目前，GSM是通过GPRS向2.5G过渡，因此，GSM-R也将随之而平滑过渡。
4．宽带化与下一代专用移动通信系统
与公众移动通信相比，我国专用移动通信的发展慢了整整一大步。目前，数字公众移动通信网已经覆盖全国，系统的用户数世界领先，而数字专用移动通信系统在我国的运营才刚刚起步。面对以宽带技术为主流的第三代公众移动通信系统的即将商业运营，广大专用移动通信业界必须思考的问题是：要否发展以及如何发展下一代专用移动通信系统？
如果将模拟专用移动通信系统称为第一代专用系统，目前的数字专用移动通信系统称为第二代，那么，下一代的专用移动通信系统可称为第三代专用系统。
从目前几种典型数字专用移动通信系统可以看出：专用移动通信和公众蜂窝移动通信在技术和网络方面都出现了相互渗透和融合的趋势。譬如，TETRA和 iDEN是利用数字技术的优势，借用数字蜂窝移动通信技术，在专用调度通信系统中增加了数据通信功能和公众电话通信的功能，而GSM-R则是利用数字蜂窝移动通信的技术优势及移动性管理功能强的特点，在数字公众移动通信系统中增加了专用调度通信的功能。此外，从数字专用移动通信系统目前所采取的升级或可持续发展的办法中，也不难看出：它们都在提高数据速率，增加数据传输服务和进一步提高频谱效率和系统容量，并试图向二代半移动通信系统（2.5G）过渡，甚至能够与第三代移动通信系统（3G）互通。所以说，数字专用移动通信系统不仅在技术和网络上趋于融合，在通信服务方面也出现了融合的趋势。
面对第三代移动通信先进的技术以及对专用移动通信市场的冲击，是否发展下一代专用移动通信系统将取决于市场的需求。目前尚未有人明确提出什么是下一代专用移动通信或专用移动通信系统，因此也就更无从谈起数字专用移动通信向下一代过渡的问题。倒是有许多商家在考虑数字专用移动通信向二代半（2.5G）或三代（3G）移动通信的过渡或互通问题。
由此可见3G对专用移动通信已经产生了巨大影响。
3G 将是基于IP核心网、具有多种无线电接入的移动通信系统。IMT-2000可提供数据率为2 Mbit/s（室内环境）/144 Kbit/s（车辆环境），3G与WLAN融合提供的数据速率将为 10-100 Mbit/s。3G需要分配和使用800 MHz- 5 GHz频段中更多的频谱资源。3G的服务内容也在扩大，如消息服务（SMS，E- mail等）和定位服务等。3G的网络互连及覆盖将包括Bluetooth、WLAN 、GPRS、WCDMA等。3G是以宽带为主流技术，目的在于提供高速率数据服务，即用更宽的频带来换取更高的速率。那么，处于窄带下的数字专用移动通信系统所采取的升级或可持续发展的办法将如何能过渡到3G？为了与3G同步发展，下一代专用移动通信也必须宽带化。
三、 科技创新与专用移动通信标准
由于我国专用移动通信研究水平和开发能力低下，长期依赖进口国外的设备，导致我国模拟专用移动通信系统五花八门。对于数字专用移动通信系统的研究和开发工作，尚处在学习和跟踪国外技术的阶段，而且自己技术力量不足，还谈不上提供数字专用移动通信产品。因而数字专用移动通信系统的国家标准迟迟不能制订。如果国家标准能制订出台，将会对我国专用移动通信事业产生巨大的推动作用。
近年来，在国家主管部门的组织下，有关工作组对目前国外几种专用移动通信系统进行了研究、分析和比较，最后选择了2种数字专用移动通信系统作为我国的行业标准。在标准制订上，比起模拟系统来有了不小的进步。但是，在这2种数字专用移动通信系统中未含有我国的科技成果。我国数字专用移动通信系统国家标准的制订，需要建立在对系统自主的科学研究和产品开发的基础之上，而科技创新又是制订国家标准的精髓。这一点，可以从我国蜂窝移动通信发展历程中得到一些启示：1G是引进设备，2G是跟踪技术，3G有了一定的技术创新。所以，需要我国移动通信业界全体的共同努力，在专用移动通信上有科技创新，尽早制订出我国专用移动通信的国家标准来。
我国发布了专用移动通信有关的系统体制行业标准，有助于推进数字专用移动通信系统的发展，但需要积极而稳妥地进行。虽然运营商在国际市场采购、引进的数字专用移动通信系统有助于满足用户当前的需要，但是系统的不同，只能构筑地区的或局部的系统，很难构建覆盖大范围的专用移动通信网。由于国内目前不能生产数字集群通信系统，市场的开放仅对国外供应商及国内运营商有利，对国内制造商仅是一种刺激。
为了发展我国的专用移动通信，需要在专用移动通信的科学研究、产品开发、标准制订、生产制造和运营管理等方面做出战略安排并协调发展，建议如下：
（1）制订数字专用移动通信系统国家标准。首先，应当基于第二代移动通信系统（2G）并参照目前典型的数字专用移动通信系统，提出并制订具有自主知识产权的中国数字专用移动通信系统标准；
（2）还应基于第三代移动通信系统（3G）开展下一代数字专用移动通信系统和标准的研究工作，以使我国在下一代的专用移动通信中，占有一席之地；
（3）同时应开展并加强对技术的可持续进步、市场的可扩展性和人们不断增长的服务需求的研究。
