集群通信大区制和小区制对比分析

张学军

　　集群通信以其“灵活的分组调度、迅捷的接续速度、保密的话音通信、智能的网络化管理、高效的频谱利用和优良的资源共享”等技术优势已经普遍被人们接受，并将其作为无线通信指挥调度的主要手段。

　　集群通信的“组群呼叫”和“分级别呼叫”功能是公网移动通信所不具备的，所以公网移动通信不能取代集群通信。

　　集群通信在国内已经应用了近20年时间，这期间主要以模拟集群通信体制为主，其中公安部门应用最为广泛。随着无线通信技术的飞速发展，越来越多的技术被融入到集群通信系统中，如计算机网络技术、时分多址技术、码分多址技术等。

　　近一段时间来，在各种媒体上对集群通信的体制和发展方向的研讨中，可谓百家争鸣，讨论的焦点基本是“中国目前集群通信体制应该采用TETRA还是采用基于CDMA或GSM技术的新制式(GoTa或GT-800)”。

　　然而这些观点都是在从纯技术角度来讨论制式的选择，并没有从用户的角度去探讨集群系统的真正使用需求。

　　大区制的优势

　　笔者根据十几年的集群工作经验认为，集群通信的体制应该从实际使用需求的角度去分析问题，这样才能更客观、更容易被市场所接受。进一步来讲，从系统覆盖的范围——大区制、小区制方面讨论集群通信的体制问题也显得尤为重要。

　　首先，我们分析集群通信系统的使用对象。集群系统作为无线指挥调度的手段，其主要应用对象都是一些专业部门，如公安、部队、厂矿、港口、码头以及近来兴起的城市应急联动部门，这些部门的专用集群网所需的覆盖范围也不一样。公安网和城市应急联动部门的网络应该至少覆盖整个城市，有的公安网还需要覆盖整个地区或整个省，因为公安部门经常有跨市、县的无线指挥调度需求，

　　如执行重大的警卫任务等。部队的集群系统一般用于军事训练，军事训练的范围也较大，所以也需要大范围的覆盖。而厂矿、港口、码头等部门作为生产调度使用的集群系统覆盖范围就不需要很大，通常覆盖一个厂区即可。

　　在地势较平坦的城市中，大区制的集群系统覆盖半径可以达到15公里以上，小区制的集群系统覆盖半径通常小于5公里。这样，一个中等的省会级城市如果采用大区制建设集群网，那么建设2-3个基站就可以满足整个城区的覆盖要求，如果采用小区制建网，至少要建设10个基站。

　　北京为2008年奥运会而建设的TETRA集群网共建设了近100个基站来覆盖北京五环以内城区，如果采用大区制的方式建设，10多个基站就可以达到同样的覆盖效果。当然，对这两种方式进行比较的前提是二者应该采用相同的频段。

　　其次，我们分析集群系统主要的使用功能需求。集群系统在功能上最大的需求是“组呼”的呼叫。集群通信中“组”的成员数量是没有限制的，所以在“组呼”呼叫中，系统控制器是不能对被叫组员做有效性(是否开机、是否在服务区等)检查的。这不同于“单呼”的一对一呼叫，这种呼叫是可以对被叫用户做有效性检查的。由于“组呼”不检查组员的有效性，所以它的接续速度更快。

　　多基站的集群系统对跨基站“组呼”呼叫的处理，一般是先设定每个“组呼号码”呼叫时参与的基站，在“组呼”发起时，系统控制器在设定的基站分配“组呼”通话信道，然后将多个“组呼”通话信道交换联接。

　　对于公安集群通信网或城市应急联动集群通信网，在发生突发事件时，指挥部门需要对全城区各警种或各部门进行统一调度，往往被调度人员在全城区各处都有分布，这时如果采用小区制系统(假设该城市有20个基站)，那么这20个基站都要分配信道，然后系统控制器再将这些信道互联，这在技术上是可以实现的，但稳定性不好考证。如果采用大区制(假设该城市有3个基站)，那么每个基站分配一个信道，只有3个信道就可以实现全市的组呼呼叫，这种方式实现非常简单，并且十分稳定。

　　第三，我们分析系统的建设成本和维护成本。大区制系统基站建设数量少，基础设施投入少，相应的链路设备投入也少，同时投入的维护成本也少。

　　专网行业对无线通信系统的投入往往都是有限的，根据中国的国情，一个地市级的公安局如果建设一套数字集群通信网络，整个投资不会超过几百万(包含终端设备)元人民币。专业技术人员的配备一般只有几人，有的地方只有1-2人。如果建设一套20个基站的小区制系统就要有20个机房、20座铁塔、20套中继链路，这样一套系统无论从财力还是人力上都是不符合国情的。相反建几个基站的大区制系统，情况就简单得多。

　　根据以上三个方面的讨论可以看出，大区制作为集群通信的主要体制，优势非常明显。

　　频分多址是大区制的最佳选择

　　集群系统的大区制与小区制主要取决于系统的多址方式，频分多址(FDMA)为大区制，时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)一般为中小区制。频分多址的系统主要代表有MPT1327、TETRAPOL、APCO25，时分多址的系统主要代表有TETRA和iDEN，码分多址的系统主要代表有GoTa。

　　其中频分多址的方式是大区制集群通信体制的最佳选择，这主要有以下几个方面的原因：

　　1.对于同样的输出功率，频分多址方式输出的是峰值功率而时分多址方式输出的是1/4峰值功率(以TETRA为例，它共4个时隙)；

　　2.频分多址方式基站的接收机和终端的接收静态灵敏度都要比时分多址方式高7个dB，动态灵敏度更高；

　　3.频分多址方式通信距离取决于信号的强度，而时分多址方式还取决于信号的时延；

　　4.频分多址方式的移动终端功率一般为1-5W，而时分多址方式为1W。

　　码分多址由于采用扩频技术传输，因而也有较好的传输效果。但是这种以城市公众移动通信网为基础的集群系统是不值得提倡的。举一个非常简单的例子：在发生突发事件时，事故现场汇集大量的移动终端用户，此时集群用户与公网用户会争抢信道，往往会导致通信系统瘫痪。

　　另外，城市公众移动通信网中的基站覆盖半径随着用户数量的增多而减小，最小的小区覆盖半径只有几百米，而专用的集群基站的覆盖半径与用户数量无关。

　　三种多址方式对比

　　从以上三种多址方式的频谱效率上看，三种多址方式间难分伯仲。频分多址方式如TETRAPOL和APCO25，目前单载波的带宽为12.5KHz，今后可以做到6.25KHz，单载波可以提供1个通话信道；时分多址方式如TETRA，单载波带宽为25KHz，可以提供4个通话信道；码分多址方式单载波带宽为1.25MHz ，可以提供60多个通话信道。

　　另外，从数据传输方面来看，在频分多址和时分多址的集群系统中，很难得到令人满意的传输速率。频分多址方式(25KHz带宽)目前最高可以做到19.2Kbit/s ；时分多址方式如TETRA(25KHz带宽)即使4个时隙捆绑使用也只能做到28.8Kbit/s ，TETRA第二版本(200KHz 带宽)可以做到384Kbit/s ；码分多址方式(1.25MHz带宽)目前可以做到153.6Kbit/s，今后可以做到2Mbit/s 。

　　所以，对频分多址和时分多址的集群系统我们不要对数据传输有过高的要求。

　　综上所述，集群系统今后的发展定位应该有两个方向：一种是适合于城市大网的大区制系统，另一种适合于生产调度使用的小区制系统。

　　用户在建设集群网时，一定要从实际出发，选择技术成熟、稳定可靠、维护方便、建设成本低的集群系统。窄带的(12.5KHz或25KHz ) 频分多址和时分多址系统主要的应用还是话音通信，数据通信只能作为辅助功能使用。

　　对于城市共网运营的商用集群通信网而言，如果采用小区制方式，那么，这种网络比较适合于对“跨多基站组呼调度”功能使用要求不高的部门，如环卫、城管、电力等部门。而对“跨多基站组呼调度”功能使用需求较高的公安、城市应急联动等部门就一定要选择大区制的集群通信系统。

----《通信产业报》