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几种集群体制比较
集群体制比较
1 概述：
集群通信系统是移动通信系统的一个重要分支，到目前为止应用依然局限在专业移动通信领域。
集群通信系统是指多用户共享一组无线信道，并动态使用这些信道的专用移动通信系统，它是一种指挥、调度系统，在一些社会经济、工农业比较发达的国家，对指挥、调度功能要求较高的企业、事业、工矿、油田、农场、公安、警察以及军队等部门都十分迫切需要这种系统。
2 集群技术体制分析和比较
集群通信分为模拟集群和数字集群。模拟集群采用模拟话音进行通信，数字集群采用数字信令建立连接。数字集群是指在信令、多址方式、话音编码技术、调制技术等各个环节都采用数字处理。现在以推出的几种数字集群通信系统大多采用时分多址方式（也有少数采用频分多址）。
2.1 数字集群通信的特点
1、 共用频率：将原来分配给各部门的少量专用频率集中管理，供各家一起使用。
2、 共用设施：由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基地台等设施集中管理。
3、 共享覆盖区：可将各家邻接覆盖的网络互联起来，从而形成更大的覆盖区域。
4、 共享通信业务：除可进行正常的通讯业务外，还可有组织地发布共同关心的一些信息，如气象预报等。
5、 改善服务：共同建网，信道利用可调剂余缺，共同建网时总信道数所能支持的总用户数，要比分散建网是分散到各网的信道所能支持的用户总和要大的多，因此也能改善服务质量；集中建网还能加强管理和维护，因而可以提高服务等级，增强系统功能。
6、 共同分担费用：共同建网比各自建网节省了大量费用。
7、 接续时间短、能快速获取信道和脱开信道。
8、 采用灵活的多级分组以及动态重组。
9、 可进行数据传输，能进行传真和话音保密业务。
10、 具有先进的数字信令系统。
2.2 集群通信系统与蜂窝通信系统的比较：
集群通信系统和蜂窝移动通信系统是两种不同的系统。集群通信系统是指挥调度系统，是专用网，面向集团用户；而蜂窝通信系统是无线电话系统，是公用网，面向个人用户。两者在网络构成、基地台覆盖范围和工作方式等也不相同。
下表为集群通信系统与蜂窝移动通信系统的简要比较。
集群通信系统 蜂窝移动通信系统
用途 指挥调度 无线电话
工作方式 以单工、半双工为主，频率利用率高 以全双工为主，频率利用率低
网络类型 专用网（大区制），以单基站为主 公用网（小区制），众多小站组网
覆盖范围 30～50Km 2～15Km
频段 以800MHz和350MHz为主，也有少量450MHz 900MHz，800MHz，1800MHz，1900MHz
特殊功能 具有不同的优先等级及其他功能 所有用户同等级别，无特殊功能
工作方式和
保密程度 采用PTT键迅速上网，无须等待。信道动态分配使得难以监听，提高保密性。 等待时间长，接通率低，便于监听易造成失密。
服务对象 集团用户 个人用户
3 几种集群技术的比较
数字集群通信系统近年来得到了一定的发展，到目前为止国际上有数种数字集群移动通信系统的体制标准，包括有：
以色列FHMA数字集群系统，使用了跳频技术和高效的语音编码技术，用于满足专业用户的需求。
MOTOROLA公司的iDEN数字集群系统，是目前应用相对较多的数字集群移动通信系统。
北美APCO-25数字集群体制标准，仅在一些警察部门和政府部门得到应用。
欧洲TETRA数字集群系统标准，经过近十年的不断改进和努力，系统在1998年正式投入商用运营。
以上几种数字集群通信系统都具有数字集群的基本功能.
下表列出了几种常用的数字集群通信系统的主要技术参数。
系统名称 iDEN FHMA APCO-25 TETRA GoTa
生产公司及
国家 Motorola 以色列 北美标准 欧洲ETSI标准 开放标准
通信制式 TDMA FDMA FDMA TDMA CDMA
工作频段(MHz) 806~821/851~866 400
806~821/851~866 905 360~512
800~941 380~470
870~888 915~933 806.000~821/851~866MHz
频道间隔(kHz) 25 25 12.5/6.25 25 3*5
频道/信道 1/6或1/3 1/3 1 1/4
传输速率(kbps) 64 36.9 9.6 36 9.6-153.6
语音编码 方式 VSELP IMBE ACELP EVRC
语音编码 速率(kbps) 4.2 4.4 4.4 4.8 9.6
调制方式 M-16QAM π/4DQPSK QPSK π/4DQPSK 16QAM, QPSK
网络结构 多中心、多区、多基站 单中心、多区、多基站 单中心、多区、多基站 多中心、多区、多基站 多中心、多区、多基站
系统容量 适宜大、中系统 适宜中、小系统 适宜中、小系统 适宜大、中系统 适宜大、中系统
可以看出，现有的几种数字集群通信系统（除GoTa外）的通信制式是FDMA和TDMA，在无线通信技术上没有大的突破，与数字蜂窝技术的发展相比有较大的落后，因此，其应用受到了很大的局限性。
3.1 Moto的iDEN系统
iDEN（ 集成数字增强型网络）系统是Motorola公司研制和生产的一种数字集群移动通信系统，它将数字调度通信和数字蜂窝通信综合在一套系统内。
iDEN是基于TDMA多址方式的调度通信/蜂窝双工电话组合系统。它在传统大区制调度通信基础上，大量吸收数字蜂窝通信系统的优点，如：采用双模手机方式，加强电话互联功能；采用小区复用蜂窝结构，提高网络覆盖能力。
iDEN系统基于TDMA方式，工作在800频段，采用高级调制技术M-16QAM，把每个25KHz信道分割成6个时隙，每个时隙占时15ms。在每时隙之始设置同步码作时隙同步用，采用频分双工方式和4.2kbits的VSELP语音编码技术，支持调度、电话互联、电路数据/传真等多业务机制。
iDEN由Motorola独家生产制造，接口完全不公开，导致iDEN网络完全由Motorola一家供应，系统设备采购和建网成本高，终端价格高，引起了运营商的强烈不满，其最大的客户Nextel也在积极寻求采用新的更好的技术以摆脱iDEN的制约。
iDEN由于研发年代较早，其技术尽管成熟但明显不适合新业务的开展。
3.2 欧洲的TETRA
TETRA（陆地集群无线通信）是基于传统大区制调度通信系统的数字化而形成的一个专用移动通信无线电标准，由欧洲电信标准协会ESTI推出。它大量借鉴了GSM中的概念，采用TDMA多址方式和类似的逻辑信道。与传统的模拟集群系统相比，TETRA在网络结构中增加了HLR/VLR，从而增强了移动性管理，它能够提供“一对一”以及群组间的话音、数据和信息传输服务。
TETRA基于TDMA方式，信道间隔25KHz，调制方式π/4DQPSK，也支持连续蜂窝的广域覆盖。TETRA系统可完成话音、电路数据、短数据消息、分组数据业务的通信及以上业务的直接模式，并可支持多种附加业务。在大区制条件下最大覆盖半径56公里。
目前，TETRA网络对外互联部分技术尚未完全公开，不同厂家的TETRA产品目前还没有完全实现互联互通，不同网络之间的用户和业务的互通还存在很多问题，更谈不上异地漫游。另外，TETRA的系统设备采购和建网成本高，终端价格高，这一点，也限制了TETRA在更大范围的应用。
3.3 VoIP
以Qualcomm，Moto为代表的一些公司，尝试着利用VoIP和cdma2000技术直接开展集群业务的方案，如QChat，PTT等。
VoIP利用cdma2000的数据业务功能，移动台和集群服务器之间直接建立VoIP通道实现“一对一”和“一对多”通信，移动台空闲时工作在数据业务的“Always-On”模式下，从而提供PTT半双工业务，VoIP的技术方案简单，但是由于没有对空中信道进行优化，因此不能解决集群应用中必然遇到的“无线信道共享”和“快速链接”两个最主要的核心问题。
在实际应用中对于“一对多”通信方式，每个用户被分配给单独的无线信道和和网络链接，具有突发性的PTT呼叫会大量占用业务信道，消耗系统资源。特别是在集群业务覆盖的热点地区，由于群呼的前向信道无法实现共享，导致无线信道容量严重不足，使新的PTT呼叫和原有的移动业务都受到影响，实际并不能满足集群业务的需要。
3.4 基于电路交换的集群系统
这类集群系统通过在交换机中采用会议芯片方式实现集群呼叫，这种系统支持通话路数有限，最多60路通话，若要保证通话质量，只能支持30路。另外其业务扩展性也较差
3.5 对比汇总
项目 iDEN TETRA VoIP GoTa
总体
通信制式 TDMA TDMA CDMA CDMA
开放程度 不开放 欧洲ETSI标准 标准不统一 标准化
技术走向 发展空间有限 发展空间有限 以业务方式提供，依赖其他技术 基于3G
业务扩展性 一般 一般 好 好
设备价格 高 高 较低 低
终端价格 较高 高 较低 较低
供应商数量 单一 多元化 多元化 多元化
主要性能
语音传输延迟 低 低 不稳定 低
信道利用率 较高 较高 低 高
资源占用率 较高 较高 没有共享 空中信道共享，网络测也采用共享方式
接续时间 700ms 500ms 3-7s <1s
主要功能
私密呼 支持 支持 支持 支持
组呼 支持 支持 支持 支持
动态重组 不支持 支持 支持 支持
预占优先 支持 支持 不支持 支持
接入优先 支持 支持 不支持 支持
迟后接入 支持 支持 支持 支持
通话提示 支持 支持 支持 支持
缩位寻址 支持 支持 支持
遥毙/复活 支持 支持 不支持 支持
虚拟专网（调度台） 支持 支持 无 支持
故障弱化 支持 支持 不支持 一定程度支持
对外漫游能力 无 无 支持 支持
加密 无（最近号称支持） 支持 不支持 支持
定位功能 无 无 无 支持
短数据 支持 支持 依赖系统 支持
高速数据业务 最高44kbps 最高44kbps 依赖系统 153.6kbps |
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