转：数字集群移动通信系统技术体制综述及优选准则
李 进 良
[摘要]：本文首先按ITU－R报告介绍了数字集群的总目标、业务类型、信道设计和接入技术，并列表比较了7种系统技术体制。为优选适合我国国情且技术先进的体制，提出了性能价格比、标准公开性、技术先进性、系统灵活性及环境适应性等五项优选准则。
[关键词]：数字集群 TETRA FHMA
专业移动通信是移动通信的重要组成部分，市场仍十分广阔。据专家预测至2010年我国有200亿～300亿元的需求。集群移动通信系统是专业移动通信系统发展的高级阶段，我国模拟集群移动通信系统技术已经落后，频谱效率不高，功能不强，不易联网，不便加密，再加上多种制式，信令不一，无法兼容，互不相通，这给广域全程调度带来严重障碍，适应不了我国各专业部门未来发展的需求。当前，各种通信系统的全数字化已是大势所趋，TDMA制式的GSM数字蜂窝系统在我国迅猛发展，CDMA制式也在建网。数字集群国际电联已经制定报告，各先进国家都在大力开发，相继投入市场，这对我国专业移动通信网的建设正是一个良好的时机。据了解，国际上数字集群移动通信系统有FDMA、TDMA和FHMA等七种不同技术体制，因此，优选适合我国国情、技术先进的体制十分关键，且刻不容缓。国家技术监督局已将数字集群移动通信的国家标准制定列入计划，任务明确由广州通信研究所负责。为此，我们已成立数字集群技术组，进行技术体制分析优选的前期工作。经讨论研究，我们优选的准则初步考虑：参照ITU－R的报告，并结合中国的国情，从技术、经济、使用和维护等各方面充分论证各种技术体制的优缺点，力求优选工作科学、合理。
1 ITU－R报告(Document 8／12－E)
1.1 总目标
为调度的专用或共用有效频谱数字陆地移动系统的总目标：
——提供较高的频谱效率，在有限的频谱资源内较模拟系统供应更多的用户；
——通过网络提供较高的平均话音质量水平和用于私人的加密话；
——提供用户许多话音和非话业务及功能，这些业务及功能应与由公众固定网(PSTN、PDN、ISDN等)所提供的兼容；
——提供用户各种应用以满足其要求，从手持机到车载台具有话音和数据接口；
——移动和基础结构设备使用现代技术以提供对重量、功耗和费用的节约。
1.2 业务类型
数字调度业务系统提供的基本业务可分为三类
——用户终端业务
——承载业务
——补充业务
(1)用户终端业务
提供用户与其它用户通信的全部能力，包括终端设备功能。这些业务有较低层(OSI的1到3层)和较高层(OSI的4到7层)二者功能的特征。
典型用户终端业务应包括：
——集群和非集群能力以允许直接移动对移动和用户任选的成组语言呼叫功能，以允许选择并保密呼叫。
——电话、传真和某些扩展业务的提供，例如交互视传、用户电报等。
(2)承载业务
给用户在一定的接入点间传输适当信号所需的能力。这些业务有较低层(典型限于OSI的1到3层)功能的特征。
典型承载业务包括：
——电话方式数据功能以允许非保护数据最小7.2kbit／s及保护数据最小4.8kbit／s。
——分组方式面向连接数据功能和无连接数据功能。
(3)所支持的补充业务
①专用移动无线电(PMR)类补充业务
接入优先，抢占优先，优先呼叫；
内部呼叫，控制转移，迟入网；
由调度员授权的呼叫，环境监听(ambience listening)，慎密监听(discreet listening)；
地区选择；
短号码寻址；
通话方识别；
动态组数目指配。
②电话类补充业务
表列搜寻呼叫；
呼叫转移——无条件／忙／不回答／达不到；
呼叫禁止——呼入／呼出；
呼叫报告；
呼叫等待；
呼叫／被连接线路身份表示；
呼叫／被连接线路识别限制；
对遇忙用户／对不回答呼叫接通。
1.3 信道设计
数字调度业务系统可有二类信道：
业务信道——用于话音和数据传输；
控制信道——用于信令和控制目的，例如接入控制，广播消息和同步等。
1.4 信道接入技术
系统应使用FDMA、TDMA、CDMA(FHMA)或这些技术的混合。
数字蜂窝技术可适合于调度应用。
1.5 正在安装或规划的系统
(1)Project 25
Project 25标准的制定是由US本地(国际公共安全通信官员协会，APCO)，国家(国家电信管理者协会，NASTD)和联邦政府用户与电信工业协会(TIA，一个公认的标准化机构)合作进行的。
Project 25标准旨在满足大量用户，主要在公共安全和政府工作领域的需求。
(2)TETRAPOL
TETRAPOL标准的制定正由法国TETRAPOL论坛和TETRAPOL用户俱乐部进行。这些标准被提交欧洲电信标准协会(ETSI，一个公认的标准化机构)转变为欧洲技术标准。
TETRAPOL标准旨在主要满足公共安全部门的需要，并且也可用于其它大的专用网和简单的专用移动无线电网(PMR)。
1987年开始研究，1992年第一个网开始运营，欧洲网将包含10万终端。
(3)EDACS(加强型数字接入通信系统)
EDACS标准的制定由电信工业协会(TIA，一个公认的标准化机构)进行，基于加强的数字接入通信系统(EDACS)技术，将提供与全球大量现有基于EDACS的设备和系统的后向兼容性和互通性。
EDACS是一个工作在VHF、UHF、800MHz和900MHz频带25kHz或12.5kHz信道化的先进双向集群无线电系统。EDACS标准提供旨在满足公共安全、工业、公用事业和商业用户要求的特点和功能。
(4)DIMRS(数字综合移动无线电系统)
DIMRS是正用于北美以提供综合调度业务并提高频谱效率的方法之一，为摩托罗拉生产，现改名为iDEN，除频率外，与iDRA基本相同。
(5)IDRA(综合调度无线电系统)
IDRA标准的制定已经由日本无线电工业和商业协会(ARIB)进行。ARIB是邮电部之外的公认的标准化机构。
该规范的技术要求旨在满足大量专业用户(从应急通信业务到商业和工业机构)的需求。
(6)TETRA(地面集群无线电系统)
TETRA标准制定已经由欧洲电信标准协会(ETSI)进行。
该技术要求规范旨在满足大量专业用户(从应急通信业务到商业和工业机构)的需求。
(7)FHMA(跳频多址集群系统)
由以色列开发，开发FHMA的主要动机是频谱效率。所获得的频谱效率水平使得它成为PAMR／PMR业务的富有生命力的解决办法，甚至当频谱指配特别小时(例如30个25kHz频率为不受限业务覆盖)。FHMA系统主要集中在公共接入移动无线电市场，已用于北美和南韩。
1.6 系统主要参数
数字集群系统各种制式的主要参数示于表1。
表1 数字集群系统各种制式的主要参数
| 参 数 | Project25 | TETRAPOL | EDACS | DIMRS | IDRA | TETRA | FHMA |
| 接入方法 | FDMA | FDMA | FDMA | TDMA | TDMA | TDMA | TDMA |
|
发射标记 |
|||||||
| －业务信道 | 8K10F1E／ | 4K80P1W | 16K0F1E／ | 20K0D7W／ | 20K0D7W／ | 25K0D7W／ | 25K0D7W／ |
| 5K76G1E | 8K50F1E | 20KWDW | 20KWDW | 25KWDW | 25KWDW | ||
| －控制信道 | 8K10F1E／ | 4K80P1W | 16K0F1E／ | 20K0D7W／ | 20K0D7W／ | 25K0D7W／ | 25K0D7W／ |
| 5K76G1E | 8K50F1E | 20KWDW | 20KWDW | 25KWDW | 25KWDW | ||
| 频带(MHz) | 尚未确定，很可能为 130～200 (VHF－150) 360～512 (UHF－400) 800～941 (UHF－800) |
70～520 (746～870) (870～888／ 915～933) |
136～174 380～512 806～821／ 851～866 896～901／ 935～940 |
806～821／ 851～866 |
未来用 905～915／ 850～860 现用 1453～1477／ 1501～1525 |
380～390／ 390～400 410～420／ 420～430 450～460／ 460～470 870～888／ 915～933 |
806～821／ 851～866 896～901／ 935～940 |
|
频率容差(ppm) |
0.1 1.5 |
0.1 1.5 |
0.2 2 |
||||
| 双工间隔(MHz) | 可变或无 (VHF－150) 3和5 (UHF－400) 39和45 (UHF－800) |
按需要(80 ／160MHz带) 5或10(400 MHz带) 45(900MHz 带) |
可变(VHF) 可变(UHF) 45(800／900 MHz带) |
45 | 55(800MHz带) 48 |
取决于系统设计 5～10 (400MHz带) 10～45(800 ／900MHz带) |
45(800MHz带) 39(900MHz带) |
| 射频载波间隔 (kHz) |
12.5(C4FM)对8K10F1E 6.25(CQP-SK) 对5K76G1E |
12.5－10 6.25发展 |
25 12.5 |
25 | 25 | 25 | 25 |
| 业务信道／射 频载波 －初始 －设计能力 |
1 1 |
1 1 |
1 1 |
6 6，4，3，8，12 |
6 6，3，12 |
4 8 |
3 未定 |
| 传输速率 (kbit／s) |
9.6 |
8 |
9.6 |
64 |
64 |
36 |
36.9 |
| 调制 | QPSK－C族包括C4FM和CQPSK | GMSK | GFSK | M16QAM (M＝4) |
M16QAM (M=4) |
π／4DQPSK | π／4DQPSK |
| 基本速率话 音codec －比特速率 (kbit／s) －差错保护 －编码算法 |
4.4 2.8 IMBE |
6 2 RPCELP |
6.5 2.7 AME |
4.2 3.177 VSELP(6∶1) |
具有差错保护的比特速率＜7.467 未规定 |
4.567 2.633 ACELP |
4.4 5.596 IMBE／AMBE |
| 其它速率话 音codec －比特速率 (kbit／s) －差错保护 －编码算法 |
NA | 半速率tbd | NA | 8.0 6.7 VSELP(3∶1) |
NA | 速率tbd | |
| 控制信道结构 －公共控制信道 －相关控制信道 －广播控制信道 (类型数目) |
2 3 2 |
5 2 1 |
2 3 2 |
1 2 1 选用 |
2 3 2 |
||
| 信道编码 | BCH码(网络ID) 格形码(数据) 戈雷和汉明码(话音) R－S码(嵌入信号) |
卷积码 交织＋检错 |
BCH／重发(控制) 重发(话音) 重发(数据) |
多速率格形码 交织＋检错 比特优先 |
多速率格形码 交织＋检错 比特优先／卷 积码 |
卷积码 交织＋检错 |
卷积码 交织＋检错 重发(数据) |
| 时延扩展均 衡能力(μs) |
A类50(单发射机) B类(单发射机) Q类50(联播) |
不需均衡 | 52 52 |
39.8W／O均衡 65.5W／O均衡 NA |
无 无 NA |
无 55.5 111.1 |
|
| 电路方式数据 (kbit／s) －保护 －不保护 |
6.1 9.6 |
4.8 7.2 |
NA | 7.2 无 |
4.8／时隙 7.467／时隙 |
4.8／时隙 7.2／时隙 |
4.8／时隙 9.6／时隙 |
| 分组方式数据 | IP－因特网协议 |
有 | IP－因特网协议 |
面向连接 无连接 支持IP和其它网络协议 |
面向连接 无连接(任选) |
面向连接 无连接 |
面向连接 无连接 标准TCP／IP |
| 最大基台 ERP(W) －峰值 －平均 |
500 500 |
25 | 200 | 未规定 250 |
未规定 典型40-300 |
25 25 |
600 |
| 标称移动台 发射功率(W) 峰值／平均 －移动台 －手持机 |
10／10-110／110 1／1-5／5 |
10／10 2／2 |
10／10-110／110 1／1-6／6 |
10.4／0.5 3.5／0.17 |
2／2 尚未规定 |
10／2.5 1／0.25 |
5 |
| 蜂窝半径(km) －手持／郊区 －移动／乡村 |
7.6～35 7.6 35 |
8～28 9 28 |
5～40 取决于设计 5 40 |
尚未规定 尚未规定 20～40 |
3.8～17.5 3.8 17.5 |
56 56 |
|
| 覆盖区技术 | 蜂窝信道再用同时联播 Voting接收机 |
蜂窝信道再用同时联播 分集接收机时间共享传输 |
蜂窝信道再用同时联播 Voting接收机 |
蜂窝信道再用 分集接收机 |
蜂窝信道再用 分集接收机 |
蜂窝信道再用 分集接收机 时间共享传输 |
扇区信道再用 双向空间分集 双向频率分集 |
|
加密 |
允许 | 未规定 | 端到端加密用户可定义直至最高密级 | ||||
| －密级 | 1 | ||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 4 | |||||||
| －多算法 | 是 | 是 | |||||
| －多密钥 | 是 | 是 | |||||
| －加密控制 | 是 | 是 | |||||
| 切换 | 是 | 是 | 是 | 是 | 任选 | 是 | 是 |
| 漫游 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 同一地区多运营者能力 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | ||
| 直通方式 | 移动到移动 | 移动到移动 | 移动到移动 | 不 | 尚未规定 | 移动到移动 | |
| 手持到手持 | 手持到手持 | ||||||
| 手持到移动 | 手持到移动 | ||||||
| 双值守 | 双值守 | ||||||
| 转发器 | 转发器 | ||||||
| 中继结点入口 | 入口 | 移动到基地 | 中继结点入口 |
2 优选准则
在符合ITU－R报告，满足我国各专业部门技术要求的前提下，优选准则初步考虑如下：
2.1 性能价格比
考虑发展中国家可利用的财力有限，导致对电信资金的投入难以象所要求的那样多或那样快地用以缩小“电信差距”，因此要下列几方面分析比较，力求为我国选择一种经济、可靠而高质量的系统。
— 网络基础设施的费用；
— 用户设备的费用；
— 运营的费用；
— 实现大规模生产降低价格的速度。
2.2 标准的公开性与结构的开放性
以便允许：
— 多个厂家的同类数字集群设备可供选用；
— 多类专用网的设计、建造和运营有共同的理解；
— 各种不同的设备易于配套成网、兼容、互通；
— 易于引入新的技术和不同的应用。
2.3 技术的先进性与产品的成熟性
优选标准既要考虑技术的先进性，更要考虑产品的成熟性。为此，必须了解：
— 国际上开发生产的现状；
— 国际上建网运营的情况。
2.4 系统的灵活性与网络的扩展性
系统设计应模块化，要求：
— 从小而简单的配置开始，能以最小的初始投资引入该系统；
— 从提供基本的电话调度业务开始，能够按需要演进成一套完整的非话业务；
— 能适应各专业部门不同用途不同规模的专业网要求；
— 能依据用户数量、覆盖区域和业务类型进行扩展；
— 技术和质量可逐步升级；
— 建网资金能够分阶段投入。
2.5 环境的适应性与运行的可靠性
我国幅员广大，地理气候条件复杂，技术水平不高，在多种多样的运行环境中要求系统：
— 安装容易；
— 运用方便；
— 维护简单；
— 设备寿命长；
— 高可靠性和低维护率。
对各种数字集群移动通信系统技术体制加以分析比较进行优选，是一项极其复杂的研究工作，有待不断深化。我们希望得到全国有关部门的理解和支持，组织科研、开发、使用等有关方面的专家共同努力，作好这一急迫的开创性工作。
作者简介：李进良 广州通信研究所 科技委主任
作者单位：广州通信研究所 广州 510310
