集群通信系統(tǒng)的應用及其發(fā)展

集群通信系統(tǒng)的應用及其發(fā)展集群無線通信系統(tǒng)是特殊移動無線電系統(tǒng)或專用移動無線電系統(tǒng)中的一種，它主要為戶外作業(yè)的移動用戶提供生產(chǎn)調度和指揮控制等通信業(yè)務。由于系統(tǒng)具有易于使用、建立通話快速及保密性好等優(yōu)點，在鐵路運輸、船舶通信、港口導航、航空業(yè)務、氣象預報、森林、礦區(qū)作業(yè)、公安、電力、石油、災難救助等眾多專用指揮調度通信領域得到廣泛的應用。同時，許多國家的政府還為集群通信系統(tǒng)運營者開放執(zhí)照申請，將其作為公共接入移動無線電系統(tǒng)，除運營者本身使用外還可為公眾提供服務。集群通信系統(tǒng)及其應用集群通信系統(tǒng)誕生于上世紀70年代末到80年代初。集群通信允許為數(shù)眾多的用戶通過智能化的頻率管理技術自動處理、共同使用相對數(shù)量有限的通信信道，其工作方式類似電話交換系統(tǒng)，它通過中央交換站根據(jù)需要自動為用戶指定信道。在傳統(tǒng)的無線對講機通信中，因所有用戶使用一個公共的無線電信道，用戶需要隨時收聽通話狀況才知道信道是否被占用；而集群通信系統(tǒng)則進行自動處理，提高了信道的使用效率及通話的保密性。集群通信的基本原理是：它由中央控制器集中控制和管理系統(tǒng)中的每個信道，并以動態(tài)方式迅速把空閑信道分配給發(fā)起呼叫的用戶，通話完成后又將該信道收回給等待的用戶使用，因此，該系統(tǒng)極大地提高了頻道使用率。另外，當系統(tǒng)內(nèi)部用戶相互通信時，不必接入公網(wǎng)；只有當用戶的一方為公網(wǎng)用戶時，系統(tǒng)才接入公網(wǎng)。其用戶群呈樹狀，由數(shù)個用戶組成一小組（Subfleet），數(shù)個小組組成一隊（Fleet），通常一個集群通信系統(tǒng)可提供數(shù)十個隊的服務。集群通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡為星型結構，便于調度中心對各移動臺的指令傳輸。同時，網(wǎng)絡覆蓋采用大區(qū)或中區(qū)制。集群通信系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：調度臺即調度系統(tǒng)中的移動臺；交換控制中心負責信道的動態(tài)分配并監(jiān)視系統(tǒng)的通話狀態(tài)；基地臺發(fā)射和接收無線電信號，并將其傳回交換控制中心；移動臺即提供用戶通話的終端設備（包括車載臺或手持機）。在集群網(wǎng)絡系統(tǒng)建設時，一般先建基本系統(tǒng)單區(qū)網(wǎng)，然后將多個基本系統(tǒng)相互連接成局域網(wǎng)?；鞠到y(tǒng)可為單基地臺或多基地臺，基本結構可分為單交換中心的單基地臺網(wǎng)絡結構和單交換中心的多基地臺網(wǎng)絡結構。在控制方面，集群系統(tǒng)分為集中控制方式及分散控制方式。前者的系統(tǒng)中控制信號傳輸是由一個專用的頻道傳輸，其速度較快，同時，具有集中控制的系統(tǒng)控制器，功能齊全，適用于大、中容量多基地臺網(wǎng)絡；后者則是在每個頻道中既傳輸控制信號又傳語音信號，只有在頻道空閑時才傳控制信號，節(jié)省了一個專用信道，但接續(xù)速度慢，不需要集中控制器，因此，其設備簡單且成本低，適用于中、小容量的單區(qū)網(wǎng)。集群通信系統(tǒng)通常包括諸如群組呼叫、緊急呼叫、發(fā)起或接收與公網(wǎng)之間的呼叫等多種呼叫功能。同時可以為用戶提供可靠的通信信道、快速建立通話、優(yōu)先等級劃分、動態(tài)重組能力等功能，尤其是在執(zhí)行緊急任務時，這些功能更顯重要。在移動臺識別系統(tǒng)中，每個移動臺均有1位識別碼，控制中心對通話的移動臺具有識別能力，以監(jiān)控系統(tǒng)的通話狀況；群組呼叫控制中心可同時呼叫系統(tǒng)內(nèi)所有用戶或者對特定的群組進行群呼通話；

緊急呼叫，在緊急情況下即使所有頻道都被占用，系統(tǒng)仍可讓用戶取得信道做緊急呼叫用；限時裝置，由于集群系統(tǒng)以調度為主，通話時間不宜過長，為免頻道占用過久，可設定最長發(fā)射時間進行通話時間的限制；動態(tài)重組，系統(tǒng)可按特殊需求在控制中心輸入動態(tài)重組計劃，將不同通話群組人員編于同一通話群內(nèi)，一旦任務發(fā)生時，以無線遙控方式激活重組計劃執(zhí)行任務，任務完畢后可恢復原有編組；忙線排列，當信道全部被占用時，控制中心將發(fā)起呼叫用戶的置入“等待名單”中，一旦有空閑信道，立即自動通知該用戶開始呼叫；優(yōu)先排序分級，控制中心可將系統(tǒng)中的每個用戶劃分優(yōu)先等級，不同等級的用戶具有不同的使用權限；自動回叫，當被叫遇忙或不在覆蓋范圍內(nèi)時，系統(tǒng)將記錄此狀況，在被叫通話完畢或重新回到系統(tǒng)時通知被叫回呼；遺失禁用，移動臺遺失時，系統(tǒng)可遙控此移動臺使其無法使用。集群通信系統(tǒng)的優(yōu)點是，它可以帶來動態(tài)性強、更經(jīng)濟的組網(wǎng)手段，可以將多個部門或機構組合在一套系統(tǒng)之下，同時，仍能保持各部門的獨立運行。集群通信系統(tǒng)的標準化狀況國際標準為避免各種不同系統(tǒng)的相互干擾并提高通信質量追求更高的系統(tǒng)容量和頻譜利用率，1998年3月，國際電信聯(lián)盟（ITU）根據(jù)世界各國提交的集群通信系統(tǒng)標準共制訂了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek等七個數(shù)字集群通信系統(tǒng)的國際標準。APCO25是由美國公眾安全通信官員協(xié)會（APCO）第25計劃委員會和電信工業(yè)協(xié)會（TIA）共同制訂的標準；Tetrapol為法國Tetrapol論壇和Tetrapol用戶俱樂部提交的標準；瑞典的愛立信公司提交了EDACS（EnhancedDigitalAccessCommunicationsSystem，增強型數(shù)字接入通信系統(tǒng)）標準；TETRA原為TransEuropeanTrunkedRadio（即泛歐集群無線電系統(tǒng)），現(xiàn)已改為TerrestrialTrunkedRadio（陸地集群無線電系統(tǒng)），是歐洲電信標準組織（ETSI）制定的數(shù)字集群通信系統(tǒng)標準；DIMRS（DigitalIntegratedMobileRadioSystem，數(shù)字綜合移動無線電系統(tǒng)）為加拿大提出的工作頻率在800MHz的集群通信系統(tǒng)標準；IDRA（InternationalDigitalRadioAssociation，國際數(shù)字無線電協(xié)會）為日本無線電工商業(yè)協(xié)會（ARIB）提出的工作頻率為1.5GHz的集群通信系統(tǒng)標準；Geotek是以色列的一家研究所RAEAE和一家名為PowerspectrumTechnology公司共同研制的基于跳頻多址（FHMA）新技術的集群通信系統(tǒng)標準，并聯(lián)合美國的Geotek公司共同生產(chǎn)。這7項標準中：APCO25、Tetrapol、EDACS等三項為采用頻分復用（FDMA）技術的標準；TETRA、DIMRS、IDRA等三項為采用時分復用（TDMA）技術的標準；而Geotek為采用跳頻多址（FHMA）技術的標準。另外，按應用場合劃分，DIMRS、IDRA和FHMA三個標準主要是供公網(wǎng)應用；APCO25、Tetrapol、EDACS及TETRA等則可以同時符合公網(wǎng)和專網(wǎng)的應用。我國的集群通信系統(tǒng)標準為推動集群通信系統(tǒng)在我國的建設和應用，2000年12月28日，信息產(chǎn)業(yè)部正式批準發(fā)布了SJ/T11228--2000《數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制》的電子行業(yè)推薦標準。標準主要參照國際標準TETRA（體制A）和Motorola公司提出的美國國家標準iDEN（體制B），確定了兩種集群通信體制。體制A面向專用調度和共用集群通信網(wǎng)，體制B主要適用于共用集群通信網(wǎng)。同時標準規(guī)定了集群通信系統(tǒng)的工作頻段為806MHz～821MHz/851MHz～866MHz，雙工頻率間隔為45MHz。集群通信系統(tǒng)的發(fā)展方向早期的專用移動通信主要由點對點無線電對講機來完成，在上世紀80年代初發(fā)展成為單頻道、單基地臺的模擬系統(tǒng)，但只能提供語音通信功能；后來通過不斷發(fā)展，形成了多頻道、單基地臺系統(tǒng)，可以利用多頻道提供話音及非話音業(yè)務，且功能日益增多；在引入多頻道共享技術之后的1985年發(fā)展成為第一代模擬集群通信系統(tǒng)，即多頻道共享的單基地臺或多基地臺通信系統(tǒng)，并于1987年投入商用。多頻道集群通信系統(tǒng)的控制器由幾個信道形成一群，自動搜索可用信道給用戶使用，因此，多頻道集群通信系統(tǒng)平均每頻道可提供的用戶數(shù)較多且效率也較高。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，集群通信系統(tǒng)已經(jīng)開始向第二代的數(shù)字技術發(fā)展，其頻譜利用率比模擬系統(tǒng)大為提高，且具有更大的容量。為了更進一步提高頻率使用率，集群通信系統(tǒng)出現(xiàn)了將多個集群系統(tǒng)結合在一起統(tǒng)一管理，共用頻道和信道，共享覆蓋區(qū)域，通信業(yè)務共擔費用等朝著公眾使用的方向發(fā)展?，F(xiàn)代的集群通信系統(tǒng)除了具有通話功能之外，還有命令傳輸、遙測、遙控等功能。目前市場上較為成功的數(shù)字集群通信系統(tǒng)主要有歐洲的TETRA和美國的APCO25兩個標準，TETRA的相關廠商在結合無線應用協(xié)議、網(wǎng)際網(wǎng)絡協(xié)議的各個方向表現(xiàn)出積極的態(tài)度，相當具有發(fā)展?jié)摿?；而APCO25的空中接口有兩大特色，一是具有很強的糾錯能力，增強了通信范圍，二是