基于TD网络实现组呼的策略研究

罗斌德， 马大玮， 施志勇， 孙 强

(重庆通信学院，重庆 400035)

0 引言

集群通信的组群呼曾在中国的公安、水利、铁路交通等方面发挥了重要的作用，但当时的发展都是基于第一、二代通信。不仅提供的服务功能有限（即只能提供传统的组呼语音业务），并且系统的容量也受限，远远不能满足需求。当前具有中国自主知识产权的 TD-SCDMA开始商用，基于该系统的数字集群技术，是现在集群通信研究的热点之一，必将成为未来中国首选的指挥调度通信。

1 系统网络结构

采用迭加方式实现基于分组型数据业务的集群方案，其系统结构如图1所示，其中终端采用集群终端，而接入网和核心网大部分不变，只需作适当的修改以满足一引些特殊的集群服务，集群子系统与GGSN采用开放的接口Gi相连。

图1 TD-SCDMA集群框

2 组呼的建立

(1)主叫端链路建立过程

主叫端链路建立过程如下：

①主叫PTT终端用户按下PTT键呼叫被叫PTT终端用户时（见下页图2），即向集群服务器发起组呼建立请求，从而触发TD-SCDMA网络常规终端发起的PDP上下文激活流程：

建立主叫PTT终端至RNC之间的RRC连接;建立主叫PTT终端至SGSN之间信令的连接;实施鉴权与安全模式过程;建立无线接入承载RAB;建立主叫PTT终端至GGSN之间的PDP上下文通路；

②在主叫PPT终端至GGSN之间的PDP上下文通路建立之后，即可进行主叫PTT终端与集群服务器之间的会话;

主叫PTT终端向集群服务器发送SIP组呼会话建立请求;集群服务器与主叫PTT终端之间进行相互鉴权与认证。集群服务器通过与主叫PTT终端之间的相互鉴权与认证之后，与被叫PTT终端(或有线调度台)之间进行相互鉴权与认证。在其与被叫PTT终端(或有线调度台)之间通过相互鉴权与认证之后，向主叫PTT终端发送SIP组呼会话建立响应[1];

图2 主叫到集群服务器的流程

③主叫PTT终端收到来自集群服务器的SIP组呼会话建立响应之后（见图3），向RNC发送释放主叫PTT终端与RNC之间的下行专用信道请求，RNC发送下行专用信道释放响应后释放下行专用信道，从而实现半双工通信。如果采用全双工方式，则不用发送此下行信道释放请求消息，相应地不用改造RNC。

图3 集群服务器到被叫终端的流程

(2)被叫端链路建立过程

被叫端链路建立过程如下:

①集群服务器收到来自主叫PTT终端（或有线调度台）用户发来的SIP组呼会话建立请求并通过它们之间的相互鉴权与认证之后，向组内各被叫PTT终端用户发送SIP鉴权/认证请求（集群服务器需要把组ID号映射成组内各被叫PTT终端的常规呼叫号码），从而触发TD-SCDMA网络常网络端发起的寻呼流程；

②在组内各被叫PPT终端至GGSN之间的PDP上下文通路建立之后，即可进行集群服务器与组内各被叫PTT终端之间的会话：

SGSN把SIP鉴权/认证请求转发至组内各被叫PTT终端；集群服务器与组内各被叫PTT终端之间进行相互鉴权与认证。在集群服务器通过与组内各被叫PTT终端之间的相互鉴权与认证后，向主叫PTT终端发送SIP组呼会话建立响应；

③组内各被叫PTT终端在通过与集群服务器之间的相互鉴权与认证之后，与RNC进行下行信道的确认与上行信道的释放。如果采用全双工方式，则不用进行下行信道的确认与上行信道的释放，相应地不用改造RNC：

组内各被叫PTT终端向RNC发送下行专用信道确认请求；

RNC进行下行专用信道确认后给组内各被叫PTT终端发送下行专用信道确认响应(譬如：对收到的第一个下行专用信道确认请求，维持其之前的下行专用信道；对之后同一小区的下行专用信道确认请求，为其重指配下行专用信道，重指配后的下行专用信道与第一次确认的下行专用信道相同，从而实现同一小区内的组内各被叫PTT终端共享同一下行专用信道)；

另外，RNC在发送下行专用信道确认响应后中捎带上行专用信道释放通知（释放相应的上行专用信道）。

3 链路的释放

组呼终端的释放过程(见图4)如下：

图4 主叫终端的释放流程

①主叫PTT终端向被叫PTT终端发送PTT讲话权释放通知，从而触发PTT讲话权释放过程；

在发送PTT讲话权释放通知后，主叫PTT终端向RNC发送上行专用信道释放/下行专用信道分配请求；

RNC在公共控制信道（CCCH）上向主叫PTT终端发送上行专用信道释放/下行专用信道分配响应。主叫PTT终端收到此响应后转为被叫，失去PTT讲话权，准备接收话音；

②被叫PTT终端接收来自主叫PTT终端发来的PTT讲话权释放通知，从而触发PTT讲话权获取过程；

在收到PTT讲话权释放通知后，被叫PTT终端在CCCH上向RNC发送下行专用信道释放/上行专用信道分配请求；RNC向被叫PTT终端发送下行专用信道释放/上行专用信道分配响应（此信息发送后再实际释放下行专用信道）。被叫PTT终端收到此响应后转为主叫，获取PTT讲话权，之后发送话音。

4 性能分析

4.1 时延问题

集群通信作为指挥调度系统，其显著的优点是入网接续时间比较短，能快速建立连接。但通过公网迭加的集群系统，其时延远远大于专网，这也就丧失了集群通信的优势。初次建立会话时延主要分成三部分：信令建立延时、RAB建立延时和SIP信令处理延时。其中信令建立延时和RAB建立延时是主要考虑的部分，减小其值的方法主要有三种[2]：

①简化公网与PTT终端间的鉴权、认证以及握手协议，同时需考虑通信本身的安全需求。这种方法可以从根本上减小信令建立延时和RAB建立时延，但需要对公网的现有通信协议作较大改动；

②在PTT终端用户注册时保持RAB连接不释放。这种方法在PTT终端呼叫时能快速建立连接，但其缺点是RAB连接不释放，必定占用一定的无线资源，不利于系统的用户容量增加；

③采用早期建立会话的方式,把一些媒体参数协商的交互放到注册过程中,这样实际通话时可以简化操作。如果和自动应答模式结合在一起,那么可以在端对端连接还未完成的时候,就提示用户可以开始说话,这样也减少了延时。目前很多工作集中在SIP信令的处理上，较前面而言也容易实现，但其可以缩小的延时有限。

4.2 组呼通信中的切换

TD网中采取接力切换的思想，较硬切换和软切换能达到更加快速、可靠和高效率切换的目的。在组呼通信中采用的工作方式是半双工方式，这时的越区切换有两种情况要考虑：

①主呼PTT终端的切换。RNC判决监测小区存在比当前小区信号更好的小区，并且本小区的信号强度小于某一特定门限值则主呼PTT终端切换。切换到新的小区后，如果此小区是同一组呼区域则建立好新的上行链接，同时和其它组呼用户共享下行链路，如没有组呼用户在这一小区，则建立新的上、下行链路(若后来有其它组呼成员到此小区可以建立下行共享信道)；

②被叫PTT终端的切换。当通信质量恶化后，UE将测量结果报告给RNC，然后再由RNC判决切换，为了确保切换的顺利即很小的时延和掉话，切换前应当将UE从半双工方式转换成全双工方式再开始切换，当切换成功后若此小区有组呼成员，则分配好上行行道和下行共享信道后，UE重新进行到半双工模式。

UE采用半双工方式节省信道资源，体现了集群通信的优点。但当在小区中拥有大量组呼用户时，小区无法分配如此多的控制信道，此时可考虑建立UE无控制信令通信连接，只收听本组集群的下行共享信道信息。如果先不考虑集群下行共享信道的话,此状态下的UE就与普通3G用户处于idle状态下的情况类似。普通3G用户如果在idle状态下从一个小区移动到另外一个小区时要发起小区重选过程。所以集群无信令连接用户的切换就类似于小区重选过程。

4.3 组呼中的优先通信

主叫终端发起呼叫建立连接后，开始正常的通信，当发起主叫终端释放信道后交由被叫用户发起呼叫，这里可能存在多个被叫终端同时向主叫终端发起呼叫的情况[3-5]。在呼叫中首先满足优先等级高的用户先建立连接，当优先等级都相同时，集群服务器可选择随机接入一个呼叫用户，建立通信。同时将其它呼叫用户列为排队等候用户并发送一个拒绝信令，然后传送到终端上，可通过语音提示或是在终端上设置警示灯闪烁来提示用户，从而避免用户长时间呼叫对通信用户造成干扰。当信道空闲时，集群服务器依先来先服务原则向排队在队首的用户发接通提示音，让其通话从而保证通信的有序进行。

5 结语

传统语音业务经过长期发展，已进入瓶颈阶段，各大运营商迫切需要新的语音增长亮点。基于公网的集群组呼调度业务正好满足了这要求。组呼通信是集群通信系统的主要特色通信业务，但基于G网和C网的PoC通信一直不尽人意，在 TD-SCDMA公网上迭加集群子系统，不仅节约集群建网成本而且可以完善服务改善性能。基于 TD-SCDMA公网的组呼通信业务不仅可以民用还可在军用中应用，必定为中国的数字集群通信发展做出出贡献。

[1] 王湘,钟章队.GSM—R中语音组呼业务的研究和分析[J]．中国铁路,2005(01):42-44．

[2] 姚铁锐,武波.基于CDMA技术的群组呼叫的设计与实现[J].计算机技术与发展,2006(02):65-66.

[3] 刘艳,付慧生.李雪峰.现代通信技术与VoIP[J].通信技术，2007,40(04):42-48.

[4] 靳慧年,李丹.GSM—RMSC间集群调度业务浅析[J].数据通信,2007(12):69-75.

[5] 孙天伟,郑建宏.基于TD-SCDMA的HSUPA关键技术[J].通信技术，2007,40(08):4-9.