數字集群專網技術比較

郭錫榮

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

專用移動通信系統具有典型特征，不僅能實現移動電話雙工通信，而且能實現系統內呼叫，包括全呼、單呼及群組呼叫。此外，專用移動通信系統能執行一些一般電話不能實現的功能，包括緊急呼叫、等級呼叫及動態重組等調度功能。遙暈、遙弊及環境偵聽等特殊功能也在專用移動通信網絡發展中出現，這些特殊功能主要應用于海關、公安、機場及國家安全部分，執行搶險救災等任務。數字集群系統屬于專用移動通信系統范疇，有其獨特的市場定位。與傳統公眾移動通信系統面向全社會不同，其主要應用于事業單位、政府部門等執行指揮調度任務。

1 我國數字集群專網發展及應用特點

我國最早于20世紀80年代引入專用移動通信系統，主要引入單位是政府部門等。之后隨著專用移動通信系統的發展，模擬集群系統衍生出現并成為其發展的主要類型。經過10年發展，20世紀90年代出現了新型數字集群技術，能保證大容量的基礎上實現跨區漫游。之后，我國出現典型代表技術，包括P25、PDT、iDen和TETRA等，這些新的窄帶數字集群系統技術具有典型優越性，包括便捷的調度功能、優越的系統性能等，在市場發展和實際應用中頗受好評。近年來，云計算、大數據等新技術發展進一步催生企業生產系統進步，行業發展對通信質量要求提高，傳統的窄帶集群方式難以為繼。

鑒于窄帶數字集群無法滿足多媒體的指揮調度需求，寬帶化集群通信技術成為目前重要亟待突破的技術。北京、深圳等市相繼進行1.4 GHz、TD-LTE技術的研發和試驗。在國家要求和通信需求的推動下，華為等具有影響力和較高水平的企業開始自主研發TD-LTE數字集群技術，經過研發出現了一系列具有自主知識產權的技術，產品也基于此相繼提出。在其規模化發展和互聯互通的背景下，如何統一標準成為目前亟待解決的問題之一。

為統一相應標準，2012年11月我國開始開展這方面工作，2013年成立了TD-LTE寬帶集群推進組，來不斷推動寬帶集群技術發展。在此背景下，寬帶集群（B-TrunC）產業聯盟于2014年5月成立，該聯盟成立不僅是希望推動我國寬帶集群產業化發展，也希望提升我國寬帶集群技術的國際化發展水平。該聯盟針對當前國內外寬帶集群技術、頻率使用情況等進行了調查、測試認證等。我國在不斷完善B-TrunC技術（基于LTE技術的寬帶集群技術）的基礎，將其空中接口標準作為ITU-R推薦的公共保護與救災（PPDR）寬帶集群空中接口標準。同時，1.8 GHz無線接入系統頻段、1.4 GHz寬帶數字集群專網系統的頻段也在工信部努力下成功發布，有效保證了B-TrunC標準的發展[1]。

2016年8月，我國專用移動通信系統進入里程碑發展階段，通過寬帶集群（B-TrunC）產業聯盟和眾多企業的努力，其通過了產品和設備的互聯互通認證評審。ITU-R第五研究組（SG5）第十二次全會于2016年11月正式召開，寬帶集群（B-TrunC）空中接口標準成為ITU-R推薦的集群空中接口標準，成為該標準中唯一的LTE寬帶集群標準。

2 數字集群專網技術的應用范圍及市場需求

2.1 能源行業

電力、石油等能源行業和領域對系統的安全性要求及穩定性要求較高的，尤其是石油管路的巡檢、電力設施的檢查等，往往需要借助寬帶數字集群通信系統實現。一般工作人員利用基于該技術的手持終端對工作設備和現場情況進行調查、檢修，再將采集到的圖文等信息以實時信息的方式傳回管控中心。尤其是面臨電力設施損壞、石油管道泄漏等故障情況，工作人員可以通過手持終端將這些故障信息的實時視頻信息傳回指揮環境中心，用于巡檢和調度，以此降低險情并最大限度地減少損失。

2.2 交通物流行業

寬帶數字集群通信系統已經開始應用于港口、物流、機場等交通物流行業，該技術的實時性、穩定性有效保障了機場的通信需求，也有效保證了物流行業的調度需求。寬帶數字集群通信系統在物流行業中的引入，有效實現了其定位業務和調度業務的融合。另外，在物流行業調度、定位管理業務中引入了可視化調度平臺，在無線集群技術的基礎上進行可視化調度。在該技術發展中，無線集群調度技術開始被應用于地鐵通信，在地鐵行車、安全維護等方面發揮的作用逐漸凸顯。

2.3 城市應急聯動

城市應急聯動在城市發展中的作用逐漸凸顯，應急聯動需要對政府不同部門進行科學協調和調度，保證緊急救助服務等服務工作高效開展。實際上，城市應急聯動的基礎和關鍵是通信系統，而寬帶數字集群通信系統是關鍵技術之一，其引入可有效保障各項應急聯動工作有效開展。比如，通過該技術能對應急聯動中涉及的人和物進行統一調配，保證各項工作正常開展。寬帶數字集群通信系統在城市聯動中的作用，不僅僅是簡單的指揮調度，還包括視頻監控、遠程辦公等。

3 國內外數字集群專網技術對比

目前，國際上使用較多的是TETRA、P25等數字集群制式，我國主要使用PDT、TETRA、B-TrunC等數字集群制式。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陸上集群無線電）標準是由ETSI（歐洲通信標準協會）制定的，該標準的制定還充分征求了制造商、政府部門等眾多部門的意見。這一標準是我國較早引入并應用于公安的無線通信保障標準[2]。

PDT（Police Digital Trunking，警用數字集群）標準是我國公安部科技信息化局牽頭組織制定的一個全新的數字集群標準，制定目的是解決公安無線專網對通信的實際需求。2008年這一標準得以建立，被應用于解決警用無線通信數字加密問題。現在該標準已成為國家標準，被稱為專業數字集群（Professional Digital Trunking）。

B-TrunC（Broadband Trunking Communication，寬帶集群通信）是由B-TrunC產業聯盟提出的新標準，在TD-LTE基礎上實現了集群語音通信和LTE數字傳輸的融合。其于2012年11月經中國通信標準化協會審議后正式引入啟動使用，2016年11月正式成為ITU-R（國際電信聯盟無線局）推薦的PPDR（公共保護與救災）寬帶集群空中接口標準。其是中國寬帶集群通信標準首次被ITU的PPDR建議書所采納[3]。

此處主要比較我國專網使用較多的TETRA、PDT、B-TrunC標準，其應用情況和特點具體如表1所示。

4 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網技術研究

4.1 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網系統及其接口

基于集群技術衍生了TD-LTE寬帶數字集群通信技術，該技術發展中引入了OFDM、MMMO等技術，這些新型無線通信技術的應用有效提高了系統的信道容量，同時提高了頻譜利用率，與傳統的無線通信技術相比其安全性和網絡可靠性也有所提高，這些新的性能和優良特性有效滿足了當前對頻譜特性、業務、容量等方面德要求。如圖1所示，提出的TD-LTE系統由以下幾部分構成，包括無線接入子系統、終端、集群控制子系統、核心網絡。

圖1 TD-LTE寬帶數字集群通信系統接口

表1 TETRA、PDT、B-TrunC標準的技術特點及應用現狀

4.2 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網技術特性

（1）快速呼叫建立：通過集群尋呼控制信道（TPCCH）傳送呼叫接入響應，使尋呼消息發送的頻率得到提升，縮短尋呼等待的時間，實現快速呼叫建立。

（2）調度呼叫控制：TD-LTE寬帶數字集群通信系統在時間、頻率和空間3個維度上采用了基于信道化的分組調度技術，并且對用戶設置優先級別，保證不同用戶間資源分配差異。

（3）干擾抑制：TD-LTE寬帶數字集群通信系統通過采用先進的編碼技術和數據加擾傳輸等手段，降低了同頻組網所產生的小區間干擾，與此同時系統頻譜利用率得到了提升[4]。

（4）故障弱化：網絡側控制TD-LTE寬帶數字集群通信系統基站的運行，當基站監測到網絡側不能正常工作時，系統自動轉入故障弱化工作方式。

基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網技術性能指標具體如表2所示。

表2 基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群專網技術性能指標

5 數字集群專網技術融合發展趨勢

經過多年發展，TD-LTE寬帶數字集群系統逐漸成熟并開始應用，未來集群系統及通信系統建設必將優先考慮這一要素。另外，TETRA等窄帶數字集群系統因低成本等優勢而仍在使用，因此未來需要推進TD-LTE和TETRA等窄帶數字集群通信系統融合發展。

5.1 業務融合

雖然窄帶數字集群系統與TD-LTE技術相比具有一定的理論缺陷，但是窄帶數字集群系統建網成本低、發展周期長、技術成熟等，因此目前在城市應急指揮通信等行業仍然采用這一技術。TD-LTE技術實際上對窄帶數字集群系統進行了優化，尤其是傳輸能力極強，在多媒體指揮調度方面具有良好的應用前景。

5.2 網絡融合

在當前窄帶向寬帶發展的過程中，需要有一個寬帶+窄帶混合網絡的過渡網絡，將寬帶和窄帶技術進行融合、相互補充發展。這是目前主要的集群網絡方式，必將在很長一段時間內繼續沿用這一技術。

5.3 基礎設施融合

在TD-LTE寬帶數字集群系統的發展及應用過程中，重新建設基礎設施會造成嚴重的資源浪費現象，為減少資源浪費，可以考慮沿用包括機房、傳輸線路、鐵塔等在內的基礎設施。充分利用傳統通信設施的基礎上，在短時間內以低成本實現TD-LTE系統建設。

6 結 論

窄帶通信技術發展中存在的一些問題，在未來發展中亟待優化與改革，寬帶通信技術必將成為未來集群通信系統的發展方向。