數字集群移動通信系統(一種專用的移動調度系統)

集群通信系統（Trunking Communication System）一般指數字集群移動通信系統，是一種專用的移動調度系統。是一種高級移動指揮、調度系統，是一種共享資源、分擔費用、提供優良服務的多用途、高效能、廉價、先進的無線電指揮、調度系統。這種通信系統主要用於戶外作業的移動用戶提供生產調度和指揮控制等通信服務。

基本介紹

• 中文名：集群通信系統
• 外文名：Trunking Communication System
• 套用學科：通信

集群通信系統的發展概況

1．國外發展概況

（1）模擬集群通信系統

1985年，無線電對講機發展成為模擬集群通信系統。典型的模擬集群通信系統有FAST模擬集群通信系統、SMARTNET模擬集群通信系統、MULTI-NET模擬集群通信系統和ACTIONWT模擬集群通信系統。

（2）數字集群通信系統

1998年ITU提出《用於調度業務的高效頻譜的數字陸上移動通信系統》（ITU-R37/8）檔案，說明集群通信系統的總體目標是：

① 更高的頻譜利用效率；

② 高話音業務質量和加密；

③ 支持話音和非話音業務，能與PSTN和ISDN互通；

④ 具有語音和數據的手持台和車載電台接口；

⑤ 要求移動台重量輕、體積小、便宜、省電。

同時推薦“陸上集群無線電系統”（TETRA，Terrestrial Trunked Radio System）和“數字綜合移動無線電系統”（DIMRS，Digital Integrated Mobile Radio System後來發展成為iDEN）等7種技術體制。

其中，TETRA和iDEN逐漸發展成為國際集群通信主流標準。

2．國內發展概況

（1）模擬集群通信系統

20世紀90年代初期我國開始發展集群通信系統，在隨後約20年間，從經典的模擬集群系統發展到數字信令的模擬集群系統，得到了一定程度的推廣套用。

（2）數字集群通信系統

2000年，信息產業部發布《數字集群移動通信系統體制》電子行業推薦標準。其中，參照國際標準TETRA（體制A）用於專用調度和共用集群通信網；參照美國國家標準iDEN（體制B）主要用於共用集群通信網。

2004年，信息產業部發布基於GSM的GT-800和基於CDMA的GoTa數字集群通信系統的通信標準技術參考性檔案。

集群通信系統的基本原理

（1）由中央控制器集中控制和管理系統中的每一個信道，以動態方式迅速地把空閒信道分配給發起呼叫的用戶；通話完成之後，將信道收回再分配給等待的用戶使用，提高了信道的使用效率。

（2）集群通信系統的用戶群呈樹狀結構，由數個用戶構成一個小組，數個小組構成一個群。一個集群通信系統可以同時為幾個群服務。集群通信系統通常採用大區制，適合調度中心對各個移動台的指令傳輸。

（3）集群通信系統由調度台、交換控制中心、基站和移動台組成。因此，集群通信系統可以根據套用需要構建“單交換控制中心—單基站系統”或者“單交換控制中心—多基站系統”。

（4）集群通信系統的控制系統分為集中控制和分散控制。集中控制是指控制信號集中在一個專用信道中傳輸；分散控制是指每一個信道既可以傳輸語音信號也可以傳輸控制信號，即可以在空閒信道指揮傳輸控制信號。

（5）集群通信系統動態共享若干個信道，需要講話時就按下通話開關占用傳送電路（PTT，Push To Talk）；講話結束時就放開通話開關釋放電路，這就提高了電路資源的利用效率。

（6）由於每次通信隨機按通話開關，所以每次通話使用的頻率可能不同，這就引入了通話的私密性。

綜上所述，集群移動通信系統具有共用頻率、共用設施、共享覆蓋區域、共享通信業務、共同分擔費用、動態分配信道、高頻率資源利用效率和私密性等特點。

集群通信系統考慮的基本問題

集群通信系統是專門為指揮設計的通信系統。

1．電信網路資源利用效率問題

單一的指揮通信系統的主要問題是網路資源的利用效率問題。通常採用第一類電信網路形態，即採用確定復用和有連線操作定址技術。第一類電信網路形態（例如PSTN）的最大可能的網路資源利用效率為：

網路資源利用效率=電路利用度×復用效率×網路忙時利用率

=85.0%×93.8%×30.0%

=23.9%

圖3-1 電路利用度與電路容量的關係

可見，第一類電信網路形態的最大可能的網路資源利用效率只有24%。如果一個單獨指揮通信系統只有2條電路，電路利用率只有20%；如果一個集群指揮通信系統共有20條電路，電路利用率可以達到65%。可見，集群套用可以明顯提高電路利用率。

此外，指揮通信系統不宜採用傳統的確定復用技術，使得電路忙時利用率低於30%；也不宜採用傳統的統計復用技術，因而引入傳輸延時的不確定性。

所以集群通信系統採用按鍵講話（PTT）通話方式，這是一種需要通信時才占用單一方向信道的半雙工通信方式。即指揮員需要通話時才按鍵建立連線通話，不用時鬆開按鍵就釋放連線。這樣做即改善了網路資源利用效率，電路忙時利用率可以達到60%。

如果集群通信系統不採用復用技術，即復用效率為100%。

綜合起來，具有20條電路的集群通信系統的網路資源利用效率最高可能達到39%。

2．建設與維護成本問題

分別建設多個容量比較小的專用指揮通信系統比合夥建設一個比較大的共用指揮通信系統，顯然可以降低建設和維護成本。同時，如上所述，又可以提高網路資源利用效率。

3．服務質量問題

分別建設專用指揮通信系統肯定可以保障服務質量。但是，多家共用一個集群通信系統就可能發生使用次序矛盾；同一個部門之內也可能發生使用次序矛盾。集群通信系統之內，採用虛擬專用網可以避免發生部門之間的矛盾；採用嚴格的分級制度，保障使用優先次序。集群通信系統採用按鍵講話（PTT）通話體制，藉助簡明的信令系統的實時控制，保障指揮通信建立時間不超過30ms。

4．安全問題

集群指揮通信系統的安全問題包括信息安全、計算機系統安全和電信網路安全問題。

（1）信息安全防衛：傳統採用信息加密方法解決。嵌入傳輸加密和解密設備不影響通信系統事件。但是，現場搶救套用屬於臨時公開信息傳遞，未必需要解密。

（2）計算機系統安全或計算機區域網路安全防衛：需要採取安全措施，以防破壞指揮系統。例如：採用防火牆、入侵檢測和對抗拒絕服務攻擊等傳統措施。

（3）電信網路的網路安全防衛：目的是防止敵人非法利用和惡意破壞電信網路。例如：採用基於CPK的標識認證技術，以保障無關人員不能使用集群通信系統、無關的設備不能接入集群通信網路。

集群通信的特點

集群通信具有以下特點。

（1）共用頻率。多個部門可以共同使用分配給集群通信系統的全部頻率資源。

（2）共用設施。可以集中管理和共同使用集群通信系統的全部設施。

（3）共享覆蓋區域。可以把多個相鄰的集群通信系統的覆蓋區域連線成為一個大的共享覆蓋區域。

（4）共享通信業務。可以有組織地發布共同關心的信息。

（5）改善服務。通過共同組織網路以擴大通信容量，根據愛爾蘭公式可知，就可以明顯提高電信網路資源利用率。而網路資源利用率可以與服務質量互換，即也可以改善服務質量。

（6）共同分擔費用。共同建設電信網路比分別建設顯然可以降低建設和維護費用。

（7）接續時間短。能夠快速接通和釋放連線。

（8）具有先進的數字信令系統。

（9）採用分散式容錯處理，有故障弱化功能。

（10）採用靈活的多級分組。

（11）傳輸集群方式。採用傳輸集群方式只有用戶按下按鍵講話開關時才分配信道，鬆開按鍵就釋放信道，所以提高了信道利用率。

（12）高級別優先分配信道。

（13）具有詳細的管理報告。

（14）自動監視和報警功能。

（15）可以動態重組。

（16）可以緊急呼叫。

（17）支持數據、傳真、語音保密業務。

（18）可與交換機互聯。

集群通信系統分類

1．按通話占用信道方式分類

（1）訊息集群（Message Trunking）：在調度通話期間，控制系統始終為用戶分配一條固定的無線通道。從移動用戶最後一次通話完畢，鬆開PTT開關開始，系統還等待6～10s後拆線。如果在等待時間之內原來的用戶再次按PTT開關繼續通話，則雙方仍然用原來的信道通話。

（2）傳輸集群（Transmission Trunking）：兩個用戶在單工或半雙工狀態下通信時，甲方按下PTT開關，就占用一條空閒信道工作，當甲方傳送完畢並鬆開PTT開關時，就有一個“傳輸完畢”的信令送到基站控制器，這個信令指示該信道可以分配給其他用戶使用。因而避免了因為通話暫停而繼續占用信道，提高了信道利用效率。

（3）準傳輸集群（Quasi Transmission Trunking）：是改善了的傳輸集群。用戶每次發話完畢鬆開PTT之後，信道保留0.5～6s時間，而不會使得通信中斷。

2．按控制方式分類

（1）集中式控制方式；

（2）分散式控制方式。

3．按呼叫處理方式分類

（1）損失制系統；

（2）等待制系統。

4．按信令占用信道方式分類

（1）固定式；

（2）搜尋式。

集群通信系統的組網方式

1．集中控制方式的單區、單基站系統

配置一個系統控制器和一個基站，如圖6-1所示。

圖6-1 集中控制方式的單區、單基站系統

2．集中控制方式的單區、多基站系統

配置一個系統控制器和多個基站，如圖6-2所示。

圖6-2 集中控制方式的單區、多基站系統

3．集中控制方式的多中心、多區系統

由一個區域控制器控制多個單區網而構成的分級管理的區域網如圖6-3所示。

圖6-3 多控制中心的多區域系統

4．多層次、多控制中心的多區系統

多層次、多控制中心的多區系統如圖6-4所示。

圖6-4 多層次、多控制中心的多區系統

5．分散控制方式的單區、單基站系統

6．分散控制方式的多區系統

集群通信系統的功能

1．使用功能

（1）基本業務

－普通電話；

－保密電話；

－數據。

（2）呼叫接續方式

－調度台—移動台之間；

－移動台之間；

－PSTN用戶—移動台之間。

（3）呼叫類型

－單呼；

－群呼；

－全呼。

2．系統入網功能

（1）基本接入功能

－入網時間短：任意用戶按下PTT開關0.5s之後接通語音信道（電信數據是0.3s）；

－呼叫申請自動重發；

－遇忙排隊自動回叫；

－緊急呼叫：遇到緊急情況，用戶按緊急呼叫按鍵，系統採取強拆方式或隊首方式，保證開放一條信道用於緊急呼叫；

－限時通話。

（2）可選擇功能

－新近用戶優先；

－動態重組；

－位置登記和漫遊；

－連續信道指派更新；

－誤導移動台保護；

－遙斃；

－系統容錯；

－系統尋找和鎖定。

（3）信號音

－接通音；

－呼叫失敗音；

－忙音。

3．系統維護管理功能

（1）主要功能

－統計功能；

－修改運行參數；

－監視信道忙閒狀態；

－基站無人值守；

－系統自我診斷。

（2）選擇功能

－通話記錄和計費；

－發射機故障關閉；

－接收機干擾關閉；

－多區聯網功能：從單區網擴展成為多區網功能、自動搜尋線路信道功能、多區信令信道管理功能、多區動態使用信道功能和多區業務管理功能。

集群通信系統在應急通信中的套用

1．集群通信系統在城市聯動系統中的套用

集群通信系統的技術屬性與城市聯動現場協同處警的十一要求幾乎完全匹配。所以，集群通信系統特別適用於城市聯動現場協同處警。多個平行群體協同現場處理一宗事件，集群通信系統是最有效、最經濟的通信指揮手段。這時只要單基站系統就可以了。可以使用固定基站，也可以使用機動基站。

2．集群通信系統在事件現場最高指揮中的套用

當發生重大突發事件時，固定電信設施可能遭受嚴重破壞。如果城市聯動系統原來就配置了機動集群通信系統，那么集群通信系統無疑是一種最現實、也最有效的現場通信指揮系統。

3．集群通信系統在現場搶救中的套用

僅僅就現場搶救而言，對講機通信就可以了，沒有必要採用集群通信系統。但是，如果本地原來已經為城市聯動系統配置了集群通信系統，那么，現場突發事件搶救，集群通信系統無疑是理性的通信手段。

可見，在城市聯動系統中配置機動的集群通信系統是一種好方案。平時應對一般事件可用；發生突發事件時最高指揮也可用；現場搶救調度還可用。