數字集群通信漫談

鄭祖輝

作者系中國電子學會通信學分會常務副主任兼秘書長。

集群通信進入我國是在上個世紀的80年代末，當時第一套系統是450MHz的模擬集群通信系統，現在發展得怎么樣呢？總的來說是不快的。這里有好多原因，其中之一是對集群通信的認識還有待提高，特別在當前蜂窩通信系統的GSM、CDMA IS-95、GPRS和cdma 2000-1X以及無線接入系統的小靈通（PAS）在市場上大受歡迎之時，有必要對集群通信作一些介紹。事實上，集群通信使用面遠沒有上述的蜂窩通信和無線接入的寬，而且用戶量也大大少于它們。從移動通信這個專業來看，集群通信和蜂窩通信等是服務于不同的側面和層次，而且集群通信的發展也不會影響到它們的發展。

集群通信的基本概念

集群是從Trunking或Trunked翻譯過來的，Trunk的本意為“樹叉”、而和通信有關則可譯為中繼或干線。但中繼又和Relay有關。所以，后來老一輩的移動通信專家們認為譯成中繼或干線會和真正的中繼和干線相混淆，而從它的集小群為大群的意思來說就確定為集群了，這樣集群通信就這么叫上口了。但前一陣有個別專家又在“集群”兩字上做起文章來，認為譯成“集群”不妥等等，實際上，這只是代表一個名稱，像現在的蜂窩通信一樣，難道都必須以六角形構成的小區才能稱為蜂窩通信？

從Trunked的含義來說，應該是“系統所具有的全部可用信道都可為系統的全體用戶共用”，即系統內任一用戶想要和系統內另一用戶通話，只要有空閑信道，就可以借助在中心控制臺的控制下，利用空閑信道溝通聯絡，進行通話。所以從某種意義上講，集群通信系統是一個自動共享若干個信道的多信道中繼（轉發）通信系統，它與普通多信道共用的通信系統并無本質的區別。但是，集群通信系統是多個用戶（部門、群體）共用一組無線電信道，并動態地使用這些信道的專用移動通信系統，它能組成一些群（組）實施各群（組）內的通信。所以， 集群通信系統是專用指揮調度通信系統。而且集群通信系統是高級移動指揮調度通信系統，是一種共享資源、分擔費用、向用戶提供優良服務的多用途、高效能而又廉價的先進的無線電移動通信系統。

集群通信系統的特點是：

（1）共用頻率：將原分配給各部門的少量專用頻率集中管理，供各家一起使用；

（2）共用設施：由于頻率共用，就有可能將各家分建的控制中心和基地臺等設施集中合建；

（3）共享覆蓋區：可將各家鄰接覆蓋的網絡互聯，而形成更大的覆蓋區域；

（4）共享通信業務：除可進行正常的通信業務外，還可有組織地發布共同關心的一些信息如氣象預報，為各家服務；

（5）共同分擔費用：共同建網比各自建網費用要低，如機房、天線塔、天饋線等都可共用；有線中繼線的申請、開設和統一處理也較方便；另外管理、值勤人員也可相應減少；

（6）改善服務：共同建網，則信道共用可調劑余缺，共同建網時總信道所能支持的總用戶數要比分散建網時這些總信道分散到各網的各自信道所能支持的用戶數總和要大得多，因而也能改善服務質量；集中建網還能加強管理和維護，因而可提高服務等級，增強系統功能等。

所以集群通信的技術和其它移動通信是一樣的，主要是在功能、組網結構、用戶對象等方面是不同的。集群通信是移動通信中一個不可缺少的重要部分。

對指揮調度功能要求較高的企事業、鐵道、交通、民航、水利、電力、工礦、油田、農場、港口、輕軌和地鐵、公、檢、法、司法、安全、海關以及軍隊、武警等等部門都需要使用集群通信系統。

集群通信和蜂窩通信的區別

集群通信和蜂窩通信是兩種不同的移動通信，兩者各有特點，各有用處。而且從網絡構成、基臺覆蓋范圍、用戶對象、工作方式等等也不相同。用一句話來說，集群通信是指揮調度系統，蜂窩通信是無線電話系統。具體是：

（1）集群通信工作方式主要是單工或半雙工，故兩用戶通話只占一對頻率（一個信道） ；蜂窩通信是無線電話，是有線電話的延伸補充和發展，它是全雙工方式，故兩用戶通話要占兩對頻率（兩個信道）。所以集群通信的頻率利用率高，蜂窩通信通話要方便一些。

（2）集群通信系統主要采用信道動態分配方式（單工或半雙工），蜂窩通信系統采用信道固定分配方式，即把信道分配給兩用戶固定使用（全雙工），故當兩者具有同樣的信道數時，在一個區域內集群通信系統可容納更多的用戶。

（3）集群通信系統主要是大區、小區覆蓋；而蜂窩通信系統是小區、微小區，甚至微微小區覆蓋。

（4）集群通信系統主要是無線用戶對無線用戶（包括調度臺），而無線用戶與有線用戶間通話是少量的。由于集群通信系統是指揮調度系統，所以通話時間不能太長，并都有限定的通話時間；而蜂窩通信系統主要是無線用戶與有線用戶之間通話，因為是無線電話，故與有線電話一樣，話務量較大、通話時間長、通常對通話時間不進行限制。

（5）集群通信系統的用戶具有不同的優先等級和特殊功能；而蜂窩通信系統內的用戶是同級的，也不具有特殊功能。所以有人稱集群通信是“一呼百應”，蜂窩通信是“一呼一應”。

（6）集群通信系統的入網時間短，一般為300～500毫秒；蜂窩通信系統則較長，通常要幾秒時間。

（7）集群通信系統主要為集團用戶服務；蜂窩通信系統為個人用戶服務。

數字集群移動通信系統

數字集群通信系統進到我國宣傳和推廣是在1993～1994年，當時是Motorola公司的MIRS（摩托羅拉綜合無線電）系統，以后MIRS改為iDEN（綜合調度增強性網絡）系統。接著TETRA（全歐集群無線電）后來改為TErrestrial Trunked Radio（陸上集群無線電）和FHMA（跳頻多址）等系統也進入我國，后來Tetrapol和APOC-25也來宣傳。這樣數字集群通信系統在我國開始為人們所了解和熟悉。

1.標準

從1997年開始，信息產業部專門組織了數字集群通信標準組來制定我國的數字集群通信標準，并于2000年12月28日發布了我國《數字集群移動通信系統體制》電子行業標準，這是一項推薦性的部頒標準，還不是國家標準。數字集群通信標準與先前制定的模擬集群通信標準相比有質的變化，它技術先進、復雜，功能增多，網絡規模增大，用戶大大增加。由于制定數字集群通信標準是從數字集群通信本身的特點和性能來考慮的，所以標準不僅適合專網使用，而且也適合共網使用。在這個標準中確定了兩種體制，即A：TETRA系統和B：iDEN系統。一方面，這兩個數字集群通信系統確是當前最佳的系統，在國外已經有大量的網絡和用戶；另一方面，這兩個系統各有特點，簡單地說，TETRA系統更適合作專網用，iDEN系統更適合作共網用。所以信息產業部批準發布的標準是完全正確的，它是從我國的科技、生產水平和廣大集群通信市場出發的。所以，不管是生產商、還是運營商和使用部門都表示贊同。這個“標準”的發布，在我國數字集群通信領域無論對生產制造業，還是運營商，無論對規范市場，還是對專利技術在國內的推廣和應用都有積極的推動作用。所以，制定數字集群移動通信系統體制標準是推動我國數字集群通信產業發展的加速器。當然最根本的還是有具有我們自己知識產權的中國的數字集群通信標準，而這個工作也正在由有關的部門和單位努力工作中。

據了解， 在制定標準的過程中信息產業部的有關司局領導還曾聽取了各方面的意見。如有些單位就建議過我國地大、人多、部門多，專用通信網有幾十個，而集群通信是指揮、調度專用網，不是公眾移動通信網，網絡結構與使用要求也不完全相同，網與網間多數并不要求互通，更不需要在國際上互連互通，因此，沒有理由與必要強制限制各網只能采用一種標準，建議國家制訂一個推薦性的技術標準為好。后來經過了反復討論和落實，終于制定出我國的數字集群通信行業推薦性標準，經過批準、發布，標準制定工作告一段落。標準的發布也給一直翹首以待標準頒布的、急切想要建立數字集群通信系統的部門和單位帶來了希望，他們終于有章可循了。

數字集群移動通信系統體制電子行業推薦性標準的制定和批準發布確為我國數字集群通信的發展開了一個好頭。

2. 共網、專網

集群通信最早是各部門、各單位用于工作的指揮、調度通信網，所以當時的集群通信網基本都是小范圍的網絡，一般是單基站的形式，僅能供本部門的幾十或上百個用戶服務。這種單基站的網絡覆蓋半徑一般為15～25公里，而且要在平坦地形或高大建筑物很少的地域才行，若個別地區不在此覆蓋范圍內，則加個直放站也就可以解決。所以在開始一段時期內大部分都建這種網絡。但是隨著我國國民經濟的飛速發展，各部門的工作業務面的擴大和相互聯系的增多，有的甚至還要跨部門、跨地區工作；加上一些大城市的城區在不斷擴大，高樓、大廈越建越多、越建越高，因此原來用一個單基站的網就能滿意覆蓋的區域而變得不能滿足了，單基站的集群通信網已不敷應用了。于是單區多基站和多區多基站的集群通信網絡就發展了。在多基站系統的網絡中，又可分成區域網（塊狀網）、鏈狀網和兩者的混合網，其中鏈狀網還不少，如高速公路、鐵路、內河航運、江河和湖泊的防汛、查堤報險、石油和天然氣的輸油和輸氣管道等等所需要使用的指揮調度通信系統。

近幾年來，隨著用戶的需要，國內許多使用部門都已建立了一些多區、多基站的聯網系統。盡管建多基站網要比建單基站網復雜，而建多區、多基站網則更為復雜，但它的作用肯定是明顯的，所以建立更大的（例如一個省的）專用模擬集群通信網就出現了，這就是數字集群通信共網的前身。

我國的集群通信工作頻率開始在800MHz的頻段分配為806～821MHz和851～866MHz，它共有600個信道（信道間隔為25kHz），隨著使用集群通信的部門的增多和范圍的擴大，后來國家無線電管理局又分配了350MHz頻段（信道間隔也為25kHz）專門供公、檢、法、司法、安全、海關、軍隊和武警等八個部門使用，共有560對頻點。

由于集群通信的工作頻段是有限的，而需要建集群通信專網的部門和單位卻越來越多，因此頻率不夠分配了。于是出現了集群通信一種新的形式的網，即集群通信共網。集群通信共網是一種新發展起來的集群通信系統運營模式。幾年前，國際移動通信協會（ITMA）對集群通信的發展曾提出過“商用集群無線電通信”這一個術語。商用集群無線電通信實際是一種集群通信共網，共網的英文應該是Common Network，而不是通常譯成公網的Public Network。近幾年來集群通信共網已得到越來越多的認可，這種建網的形式也多了起來。但需要明確的是蜂窩通信公網是無線電話系統，而集群通信共網是指揮調度系統，它是集群通信專網的共用形式。

集群通信共網的概念是隨著對集群通信認識的深化而形成的。這樣的一個網通常是由一個大部門或運營公司來運營，主要由投資商來投資，在某個區域內構成一個幾萬或十幾萬用戶的大網。這個網的用戶主要是集團用戶，他們可以像使用蜂窩手機那樣到運營公司去購買用戶終端、繳納入網費和通信費等。這種集群共網已和原來由某個部門、單位或公司所擁有的僅供內部使用的專網不同了，它的用戶分布面是很廣的。在這個大網中這些不同的部門和行業又可各自組成一個虛擬專網進行各自的調度指揮，而群組之間相互不會干擾。這種網真正能發揮集群通信的特點，即：共用頻率、共用信道、共享覆蓋區、共享通信業務和“集小群為大群”等。所以集群共網是在體現社會效益的基礎上體現經濟效益為主的。這樣有些要建網的部門就不必為頻率、中繼線、資金的籌劃而傷腦筋，也不必為設計、建網而花功夫了。

現在數字集群通信共網又分為運營共網和政務共網，前者是以體現經濟效益為主的，而后者是以體現社會效益為主的，它們的共同點是利用共同的頻點為各自的用戶服務，也即都是提高了頻率利用率。

在強調發展集群通信共網的時候，不能忽視集群通信專網的發展。集群通信系統是從專用移動通信網發展起來的，而集群通信共網也是隨著集群通信的發展而形成的。集群通信專網還將發揮其巨大作用，因為有相當一部分專網的使用是不能用共網來替代的。尤其是軍警、公、檢、法等國家專政部門必須使用的集群通信專網。它們的數據庫中的數據必須自己管理和掌握，它們要有自己的交換機和網管系統；必須保證它們的信道資源；它們還需要自己的保密安全系統。雖然建立虛擬專用網（VPN）也是一個發展方向，但這些網絡在目前至少是不能用的。現在數字集群通信系統都在虛擬專網上下功夫，隨著發展，虛擬專網的作用和功能將會越來越快地發展。

集群通信共網與集群通信專網的不同處在于：共網是商業性實體，由運營公司來運營，向用戶提供服務，而專網是僅供一個部門內部使用的；共網是在以體現社會效益的基礎上體現經濟效益為主的，而專網主要是為了本部門工作需要而建的，它主要是體現社會效益的；共網的用戶（集團用戶）范圍分布面很廣，而專網的用戶只限本部門使用，范圍比較狹窄；共網可以集中使用頻率，使這些頻率能為更多的用戶服務，提高了頻率利用率，專網的頻率利用率較低。

TETRA系統和iDEN系統

幾年前，國際電聯（ITU）已推薦了一些數字集群通信系統，但在我國開始只對iDEN、TETRA和FHMA等三個系統比較有興趣，而在我國的標準中只推薦TETRA和iDEN兩個系統。

1. TETRA系統是歐洲電信標準協會（ETSI）推出的，采用TDMA制度，工作頻段主要為400MHz（380～400MHz，410～430MHz），它原先主要是為歐洲一些國家公共安全使用的。自我國規定數字集群通信的頻段為800MHz后，Marconi、Motorola、Nokia、R/S、Rohill以及Siemens等公司都已能提供800MHz的成套系統或設備，其中前四家公司的設備已獲得我國政府的入網許可，IFR公司還向我國推出它們的TETRA儀表。目前在我國建成的800MHz頻段的TETRA網已經越來越多，還有一批即將建設。350MHz頻段的TETRA系統國外也已經開始提供，如Rohill等公司。還有一個TETRAMoU聯合體，它已遍及歐、亞、美洲，共有60多個成員。TETRA是一個空中接口信令開放的系統，指揮調度功能比較健全。TETRA系統進入我國比iDEN系統稍晚一些，因此目前上述這幾家供應商都正在積極向我國有關部門和單位推銷其產品。

2. iDEN系統是Motorola公司的產品，它原先叫MIRS系統，工作在800MHz、900MHz和1500MHz等頻段，我國采用800MHz頻段，它也采用TDMA制度。它集指揮調度、雙工互聯、分組數據和短消息于一體。這個系統的技術和運營情況都已比較成熟，在全世界的用戶已超過1200萬。Motorola公司已經推出可和GSM兼容工作以及話音和數據兼容的手機，價格已降到350美元左右，樣式也可與新型蜂窩通信系統的手機媲美。iDEN系統進入到中國是比較早的，但真正建成、運營是在1999年初，這個網是在福建省的沿海地區（福州、泉州、廈門和漳州一線）建的、由福建省集群無線電話公司正式運營的我國第一個數字集群通信共網，后來上海和深圳也相繼建立了iDEN網，最近中國衛通宣布即將在南京、濟南和天津分別建設iDEN網。

這兩個目前比較先進的數字集群通信系統都采用了比較先進的數字處理技術，包括多址方式、話音編碼、信道調制以及其它一些新技術，特別是它們都采用了TDMA方式。但它們又各有特點，iDEN系統進入我國要稍早一些，因此更為成熟一些，它比較適宜作共網使用；而TETRA系統具有較大靈活性，指揮調度功能比較齊全，加密和脫網功能較強，400MHz頻段的TETRA系統在歐洲和其它地區建的專網較多，所以它比較適宜于專網，TETRA也是一個比較成熟的系統。目前這兩個系統都在改進，即iDEN向小容量的網改進，如Harmony系統，它比較適宜作專網用，而TETRA則向共網發展。

附表是TETRA和iDEN兩個系統的簡要比較。

當前我國數字集群通信系統的發展情況

1. 數字集群通信共網的大發展還需要時間

前面已經提到，我國第一個數字集群通信共網是福建集群電話公司的iDEN網，在它以后對采用iDEN系統作共網運營的單位多起來了。此后一段時間內，共網的發展確實有些“氣勢”，特別是2001年7月信息產業部的518號文件的發布，接著又召開了宣貫518號文件的會議。在這前后的一年中，國內許多部門和單位都先后成立或籌備成立數字集群通信運營公司，準備建立數字集群通信網。在福建集群通信公司成立并運營后，接著深圳市交通局的運聯通公司和上海聯通國脈公司也建網并開始運營。其中特別是上海聯通國脈公司的網發揮了作用，它們在前期的Harmony網為上海APEC會議作了很好的服務后，很快就擴展成40個基站的iDEN網，而且最近又在擴大。當時還有一些公司想建設iDEN數字集群通信共網，有的還做了大量工作，但是它們的命運沒有那么好。這是由于信息產業部把數字集群通信定為第二類基礎電信業務，規定只有具有2億資質的公司才能夠具有運營的資格。于是只有中國電信、中國移動、中國網通、中國聯通、中國鐵通和中國衛通等六家有實力的國字號公司才能運營數字集群通信。這對那些非國字號的公司確實是一個很大的打擊。因為這些公司中有的已經開始招標、有的已經確定要建設、有的已經在本省批準立項、有的正在籌集資金，還有一些公司雖然沒有上述這些公司動作得大，但也都已經跟蹤了較長時間。所以這個征求意見會議的召開等于宣判了非國字號公司運營數字集群通信的“死刑”，于是這一二十個公司紛紛“落馬”，霎時間，剛開始有些“熱氣騰騰”的數字集群通信共網變得“銷聲匿跡”。由于人們沒有真正領會好領導的意圖，雖然不談數字集群通信共網了，但各式各樣的想法肯定都會有的。

數字集群通信共網在我國肯定是要發展的，但按照目前的情況來看，共網并不是一兩天就能起來的。從現在具有資格運營的公司來看，他們接觸數字集群通信技術和系統的時間似乎都并不很長，有些人員可能還是剛從其它的專業轉到數字集群通信這個行業中來，因此需要盡快了解和提高。盡管他們的工作都很積極和努力，而且也有相當的進展，決心很大。但是再抓緊，一些必要的過程還是不能跳過和忽略的，這都需要時間，另一方面，運營一個大的共網，資金、頻率、技術、市場等都需要有幾個關鍵的部門和一批得力的精英人員，不可能只靠一兩位領導來完成所有的工作，這也需要時間。可以看到現在國內的幾家模擬集群通信的老運營商，哪一家都已有七八年的歷史。所以說數字集群通信共網的大發展尚需時日，但數字集群通信共網一定會發展的。

2. 數字集群通信專網將較快興起

由于專網具有它的特殊性 、獨立性和安全性等特點，所以集群通信專網是不可取消的。專網的建設應著重考慮效費比，因此專網的建設在系統和設備的價格上雖然可能比共網要高，但只要滿足實際的需要，該用還是要用。

從當前我國已經建設和正準備建設的數字集群通信專網來看，專網的數量正在上升。如已經建成和使用的有上海市公安局采用Motorola公司的Dimetra系統；天津市水利局采用Nokia公司的TETRA系統；廣州市地鐵2號線采用Motorola公司的Dimetra系統；北京市輕軌也采用Motorola公司的Dimetra系統；秦皇島至沈陽鐵路線采用Marconi公司的Elettra系統等。天津市安全廳和深圳市地鐵都已確定采用Nokia公司的TETRA系統；天津市地鐵和廣州地鐵3號線則采用Motorola公司的Dimetra系統；而連云港某電廠則已與Marconi公司簽約。目前國內其它一些已確定要建輕軌和地鐵的城市大部分也擬采用800MHz的TETRA系統。而大家最關心的北京正通公司采用Nokia公司的TE -TRA網的第一期50個基站已經在2003年國慶節前安裝調試完成。

實際上信息產業部早在2000年和2001年分別批準由Marconi、Nokia和Motorola等三家公司在四川成都、湖北荊州和湖北武漢各建過一個試驗網，這三個試驗網經過測試合格后都已相繼拆除。現在還有一些媒體上的文章卻說這些網還在運行，這顯然是錯誤的報道。

從這些情況來看，有理由相信數字集群通信專網會較快興起。