不同制式指挥调度语音对讲终端互通的研究

桑逾方，施 玮

（中国电信股份有限公司上海分公司应急通信局，上海 200437）

技术研究

不同制式指挥调度语音对讲终端互通的研究

桑逾方，施 玮

（中国电信股份有限公司上海分公司应急通信局，上海 200437）

常规的指挥调度或应急通信对讲通信应用，一般在同一制式或系统网络下的一个群组终端才能进行通信联络。现在越来越多地在一些大型活动或抗击各类灾害通信保障的实际应用中，为跨部门的通信。通过应急指挥车设立现场指挥调度和通信系统，但少量配置的终端，个性化的集群系统，基站的孤站使用使现场指挥网覆盖范围极为有限，同时各行各业各级系统部门所拥有指挥调度终端类型制式五花八门，使现场指挥车无法实现统一、高效、便捷的指挥通信联络。本文通过对各集群对讲系统设施的研究，形成多制式终端混合语音网关，进而实现数字集群McWill终端与数字集群TETRA终端及与普通对讲机的互通。以此谋求实现各种制式集群系统的终端互通的应用手段，提高不同场景下语音指挥调度和现场通信联系的保障能力。

应急通信；指挥调度；语音对讲；终端互通

1 引言

当今社会，随着日益增多的大型活动、突发的紧急事件、灾害事故及社会公共安全事故等，使得各级政府部门、各大企事业单位、部门以及各类团体以各种方式制定预案，建立临时、应急的通信体系以确保现场信息传送、指挥调度建立、现场通信保障，以及临时通信能力的建立。为确保各类重大活动或紧急突发事件或灾害事件现场处置的有效性，指挥机构、协调部门不可或缺的需要具有应急指挥调度与协调通信手段，从简单的对讲机到区域覆盖的集群系统终端应用，是最快速地反应日常或紧急情况下各部门间沟通协调、上下级指令与信息传递的主要通信手段的选择。

2 应急通信终端的必要性和现有特性

国家为加强突发自然灾害的抢险救灾以及公共安全事件的应对能力，提高社会应急的响应速度和决策指挥能力，保障公众生命与财产安全，维护正常的社会秩序，建立了突发公共安全事件应急指挥调度体系。而在突发事件中，所采用的方式主要通过现场指挥所或指挥车来设立现场指挥中心，而实现指挥调度必不可少地必须使用相应的通信手段。

集群通信是实现现场指挥调度通信最有效的手段之一，也是指挥调度最重要的通信方式之一。要实现现场的对讲通信，需要现场各相关单位和部门在灾害或事件处置中能与指挥中心能保持直接的通信，不受公众网络的各类异常状况的影响（如受灾公网通信中断或高话务量拥塞等），这就需要各级指挥员和现场人员都持有可互通的指挥调度通信终端，以确保及时的沟通和指令传递。

国内外常规的指挥调度或应急通信对讲通信通信，一般是以同一制式或系统网络下的一个集群群组终端才能进行通信联络。为一些大型活动，往往会为了跨部门的通信，必须临时购置某系统网络中的通信对讲终端及扩展设站布网，来满足现场指挥调度、应急通信使用。

在应急保障的实际应用中，以上海为例，上海在2006年之前，主要依赖于事发地现场的普通对讲机或iDEN集群系统进行现场联系和指挥通信；2006年之后，覆盖上海本地的800M集群政务公网TETRA系统成为了政府和企业现场联系和指挥调度的重要手段，发挥了重要的作用；2010年世博会期间，上海世博会组委会通信保障组与运营商一起用应急指挥车在现场建立现场指挥调度中心，来进行应急通信保障。这也成为当前重要的现场指挥调度和通信联络手段。

在我们现实应用中，上海地区有良好的800M TETRA数字集群网，但在应急通信保障现场，需要应用应急指挥车的McWill系统作为现场指挥调度中心，但目前仅配置了少量的终端，无法满足较多人员的联动使用。同时，由于应急指挥车McWill集群单基站使用，覆盖范围仅1至2公里，无法实现与较远区域的工作人员联系，而TETRA终端又无法与McWill系统对讲，只能采用在应急指挥车上配置双终端的方式解决，相关指挥人员也必须手持双终端来实现有效的通信指挥。

另外，在突发事件或重大活动应急联动中，各级政府、各行各业系统部门所拥有的指挥系统在设计规划时各自为政，对讲机或指挥调度终端类型制式五花八门，互不相通，这就给各系统部门参与协同配合实现统一、高效的指挥通信体系带来困境。

为此，我们必须谋求实现各种制式集群终端间的互通，以提高不同场景下语音指挥调度和现场通信联系的保障能力。在上海要实现McWill终端与政务共网TETRA终端的互通，使应急指挥车语音指挥调度能力从有限数量的终端扩展到可与TETRA终端进行全网通信；基站则从孤站可扩展到“全上海网络覆盖”。并争取探索实现多种制式集群的终端能互通，为各类应急通信的指挥调度提供扩展的应用手段。

3 数字集群系统与终端通信的分析研究

随着集群通信的发展，在中国应急通信中已广泛地采用了各类数字集群通信手段，作为现场指挥、调度及联络应用。较广泛的被使用的数字集群系统家族有：TETRA，iDEN，McWiLL，GoTa等。在一些场合，也不排除使用简单的无线对讲机作为临时联络工具。

3.1 摩托罗拉TETRA数字集群系统[1]

数字集群TETRA系统，具有组网灵活、升级方便、网络规模可以有一个到多个节点逐步发展的特性，特别适用于由电信运营商建设、为广大政府和企业用户服务。在系统构成上，系统管理和调度台，为多个用户无线调度平台提供保障，有完善的安全性管理功能。数字集群系统有不同的生产厂家及各种制式，这里以摩托罗拉TETRA数字集群系统为例。

网络组成：由交换平台与无线基站构成系统，可通过基站的增加，形成良好的网络覆盖。如图1所示。同时通过系统支持虚拟专网功能，可实现用户、调度、数据等VPN功能。

图1 系统网络组成图

系统功能与业务

系统功能：虚拟专网（VPN）系统支持网管和数据通信虚拟专网功能、单站集群、直通模式（DMO）、鉴权。调度通信的VPN。调度通信是集群无线通信的主要形式，这些通信以指定部门的调度中心为核心，包含了按部门划分的车载台、固定台、和便携台用户。每个用户台被编程，用户机在进入网络时，系统对其实施鉴权，继而实现群内对讲通信（图2）。

图2 调度通信

系统业务：基本业务有调度话音业务和电话互联业务，另有承载业务、补充业务和增值业务。

3.2 iDEN集群系统

iDEN（Integrated digital enhanced network）是美国标准，代表厂商是摩托罗拉，主要适用于共用集群通信网。iDEN是基于数字蜂窝网络的集群通信系统，它提供集群呼叫方式，以及传统的蜂窝语音和数据业务。主要由基站子系统、电话互联呼叫处理子系统、调度呼叫处理子系统、分组数据处理子系统，以及操作维护中心（OMC）组成。iDEN数字集群系统的接口包括空中接口、Mobis接口、A接口、MAP接口、ID接口。空中接口为基站与移动台间的接口，它按照物理层、MAC层、逻辑链路层分别进行了定义。

3.3 McWILL集群系统[2]

McWiLL（Multi-carrier Wireless information Local Loop，多载波无线信息本地环路）是我国自主创新的同步码分多址SCDMA无线接入技术的宽带演进版——SCDMA V5的俗称。McWiLL是基于SCDMA技术体系基础上的CSOFDMA无线接入多址方式，进一步发展了智能天线增强技术。McWiLL系统是从系统容量、覆盖范围、组网方式等因素考虑，来实现宽窄带业务高效融合的移动宽带无线接入系统。

McWiLL宽带无线多媒体集群系统平台，具有集群语音调度、宽带数据接入功能，系统由基站系统（BTS）、塔放、天线、核心交换系统（SAC）、多媒体调度系统（MDS）、调度台、互联互通信令网关、终端设备（集群终端、音视频一体化终端）等部分构成，为全IP扁平结构,系统结构如图3。

McWiLL系统主要功能：

⊙ 视频回传：可将视频终端采集的动态视频数据，经压缩编码，通过无线网络发送到指挥中心；

⊙ 集群对讲：按下对讲键即可向对讲组发起对讲呼叫，即按即通；组内其他终端讲话，该终端可立即自动收听；

⊙ 语音调度：可接受调度台的语音调度，参与会议等语音调度功能。

由工作人员携带该单兵终端深入现场，将信号从各种现场（建筑物内、街道、广场、战场等）传到后方的指挥车或者通过无线网络直接传输到指挥中心。单兵可随时通过对讲机PTT按键接受和发起语音对讲，与调度中心进行联络。单兵传输信息时，可以主动呼叫调度中心，建立通话后将图像传回，也可以由调度中心调度台主动呼叫单兵终端，建立通话后，单兵终端将图像和语音等信息传回。

图3 McWiLL基站系统框图

3.4 GoTa

GoTa的含义是开放式集群架构（Global open Trunking architecture），由中兴通讯研制开发，是全球首个基于CDMA 3G技术的数字集群系统。2012年，在瑞士日内瓦的国际电信联盟（ITU）会议上，由中国提交的GoTa（全球开放式集群架构）数字集群标准被ITU国际标准采纳。

GoTa可提供多种集群业务:

⊙一对一的私密呼叫和一对多群组呼叫，可设定用户的优先级，并具有根据用户的优先级使用强插强拆的功能；

⊙可以提供集群系统中所需要的系统寻呼、群组寻呼、子群组寻呼、专用PTT业务等特殊业务；

⊙可对不同的话务群组进行分类，例如永久型群组和临时型群组，用户可对其群组内成员进行管理。

除了集群业务以外，GoTa还具有增值业务提供能力，如短消息、卫星定位、VPN等，这些业务和集群业务结合起来，可为集团用户提供各种综合服务。

3.5 无线对讲机

无线对讲机的英文名称是two way radio，它是一种双向移动通信工具，在不需要任何网络支持的情况下，就可以通话，没有话费产生，适用于相对固定、距离有限且频繁通话的场合。

无线对讲机是一种无线终端设备，其通过信令处理、信号调制及解调，以及发射和接收处理，形成无线通信能力。对讲机有频率使用限制，为保证绝大多数用户通话不受干扰及合理地利用频率资源，工信部无线电管理局对频率的使用进行了划分，规定不同的行业使用相应的频率范围。用户在购买对讲机的时候，要向当地的无线电管理局申请频点，作终端登记注册。

公众对讲机是指：发射功率不大于0.5W，工作于指定频率的无线对讲机，其无线电发射频率、功率等射频技术指标须符合下列要求：

（1）工作频率（.9000;409.单位：MHz）:

409.7500，409.7625，409.7750，409.7875，

409.8000，409.8125，409.8250，409.8375，

409.8500，409.8625，409.8750，409.8875，

4099125，409.9250，409.9375，409.9500，

409.9625，409.9750，409.9875。

（2）调制方式：F3E。

（3）有效发射功率（EIRP）：＜0.5W。

（4）发射频率容限：＜+5×10-6。

（5）发射机杂散辐射：＜50μW。

（6）接收机杂散辐射：＜20μW。

（7）信道间隔：12.50kHz。

4 指挥调度应用终端的通信分析研究

4.1 应急通信指挥车的指挥调度

应急通信指挥车是政府或大型企业在各类重大活动、或处置各类事件的现场指挥调度中心，是现场信息汇聚、与大本营指挥中心各类信息交互、上级指令传递的现场指挥信息枢纽。

应急指挥车具有多媒体会议系统、监控系统、数字集群系统、视音频信号处理系统、数据调度系统、中央控制系统和油机供电系统等应急通信装备，可以通过卫星、微波、光纤和3G数传等先进中继传输手段实现现场和指挥中心的语音、数据和视音频信号的互通。可以通过本车数字集群系统实现专网信号覆盖，为调度指挥提供信息通道。

4.2 McWill与TETRA系统与终端

4.2.1 McWill系统与终端

数字集群McWiLL系统工作于1 800MHz无线频段，在语音通信方面，McWiLL系统在终端和业务汇聚网关（SAG）之间定义了一套支持高效语音业务的私有协议，终端和基站之间定义了经过特殊压缩的话音业务包；基站对多个终端的语音业务包汇聚在一起，通过SabisP协议发送给SAG；SAG把这些SabisP语音业务包转换成标准的VoIP（SIP协议）数据包。采用全IP扁平网络架构，数据业务通过基站之间的二层隧道协议实现移动性管理；语音业务利用业务汇聚网关（SAG）实现移动性管理并与NGN软交换核心网对接。

在应急指挥车上的配置是，现有的指挥调度系统配置一个McWiLL无线基站系统，该基站侧业务承载使用TCP/IP协议，在应用层上可传输集群语音对讲、单兵视音频回传和无线数据接入。基站IP口与多媒体调度系统、业务接入控制系统、单兵图像解码器等终端设备通过车内交换机互联互通。McWiLL手台与应急车的通信方式为，手台通过车载基站无线接入，通过车上配置的一个小型无线集群网关IP侧以太网口连接到McWiLL的业务接入控制系统中，作为调度系统的终端注册到调度系统，车上指挥中心将模拟车载台连接至集群网关，以此实现与手台的相互通信。

4.2.2 摩托罗拉TETRA系统与终端通信

TETRA系统工作于800MHz无线频段，由交换平台与无线基站构成系统，可通过基站的增加，形成良好的网络覆盖。系统管理和调度台，为多个用户无线调度平台提供保障。

语音调度通信是TETRA系统无线通信的主要形式，这些通信以指定部门的调度中心为核心，包含了按部门划分的车载台、固定台、和便携台用户。每个用户台被编程，用户机在进入网络时，系统对其实施鉴权，继而实现群内对讲通信。调度话音业务有单呼（私密呼叫）、组呼、通播组呼叫、紧急呼叫。在TETRA系统的基站覆盖区域内可以实现手持终端间及手台与车载台间的对讲通信。

4.3 数字集群通信系统通信覆盖范围

McWiLL宽带无线多媒体集群通信系统通信单基站覆盖范围。对于工作于1.8GHz频段的McWiLL宽带无线多媒体集群基站而言，工作频段较高电磁波的绕射能力较弱，在非视距传输的城区环境下，信号衰减较大会造成语音质量恶化严重。在车载站选择10米高的天线桅杆情况下，对其在可进行视距传输的郊区环境和高楼阻挡大多只能非视距传输的城区环境进行了孤站覆盖范围的实测，结果如表1所示。

表1 实测McWiLL车载站覆盖范围

测试结论：郊区环境下最大通话距离为1.9公里；城区环境下最大通话距离为740米。

由此可见，McWiLL集群基站车在孤站的使用模式下，受到所处环境的限制较大，尤其在高楼林立、视距阻挡较严重的城区中，信号衰减严重，语音指挥调度通信范围非常有限。

2006年上海电信根据政务网的建设要求，以全市覆盖的规划进行基站布网建设，并逐年优化。故通信信号在全市范围（含市区和郊区）覆盖良好，部分场馆、楼宇还布有室内覆盖，故终端可以在上海行政区域任何地方进行通信。

5 构建不同制式对讲终端互通网关的研究

作为承担国家应急通信保障的专业队伍，上海应急通信局在执行各项应急通信保障任务中，使用集群电话或者对讲机进行现场联系、指挥、调度是主要的应急通信手段，视频采集是作为现场信息提供手段来考虑。在应急指挥车指挥调度系统覆盖范围研究中，语音通信保障范围需要给予高度关注。本节就是对扩展应急指挥车的语音通信能力进行分析研究。

5.1 解决摩托罗拉800M集群与McWill终端可互通的问题

两个集群系统是工作于不同的无线频段，系统实现机制各不相同，要实现终端的互通，已不可能在无线侧空中接口或交换侧接口来寻找可行性。故需将目标聚焦于车上语音终端如何在应用层上接入McWill系统。

车上小型无线集群网关是突破的关键。由于此无线集群网关连接到McWiLL的业务接入控制系统中，作为调度系统的终端注册到调度系统，完成接入鉴权、分组和管理。同时，BTS通过IP接口与McWiLL系统连接，完成McWiLL手台与无线集群网关上车载终端的对通。集群网关使模拟车台入网通信的原理是：把集群车台输出的模拟音频信号进行模数转换，并进行IP打包，使之可以在IP网络中传输并可被调度台识别，对其分配呼叫号码。同时，它把IP网络中的VoIP包提取语音信号，并进行数模转换，把模拟语音信号输出到集群车台。

现有的无线集群网关上的接口是否可以将其他系统的集群终端接入实现对讲呢？根据上述原理，经比较研究分析，现有TETRA 800M数字集群车台设备具备相应接口。在摩托罗拉车载台MTM800后面板的辅助接口中，有模拟音频信号的输入输出端口。根据应急指挥车的车载台与McWiLL无线集群网关的连接也是通过模拟音频信号的输入输出，则把摩托罗拉车载台MTM800的模拟音频接口与McWiLL无线集群网关的音频接口相连，具备接入条件。经尝试，800M数字集群车载台与应急指挥车的McWiLL集群网关对接，McWiLL集群网关通过IP侧注册到调度台，为数字集群800M车台分配一个组号码，通过在McWiLL系统中的配置，把McWiLL手台的组与TETRA 800M车台所在组组成一个通播组，在逻辑层面上它们就可以互相通信了，可实现TETRA 800M车台与McWill基站下的手台终端互通。

5.2 进一步实现800M手台与McWill系统终端的互通

McWill系统仅仅与800M车台互通还不能根本上解决两系统的融合问题。因为在实际应用中突前单兵往往是使用800M数字集群手台，而利用800M上海数字集群政务网信号质量好、覆盖整个上海范围的优点，就可跳出McWill系统2公里的限制，实现全市范围的应急指挥调度通信，故必须实现800M手台与McWill系统的互通。

TETRA 800M数字集群通信方式为：在同一广播组群内，可以直接呼叫通信。只要将车台和手台编在同一个广播组内，对讲通信自然形成。而车台已形成与McWill的互通对讲，则手台也就通过车台与应急车上的McWill终端形成同组呼叫。McWill手台呼叫时，就使该TETRA 800M数字集群组群的用户都能听到。

其呼叫流程为：若TETRA 800M手台呼叫，通过数字集群TETRA系统的大网，由应急指挥车上的800M车台接收信号并输出到McWiLL无线集群网关进行IP封装并通过基站发送给同一个通播组的McWiLL手台。若McWiLL手台说话，McWiLL基站收到语音信号后把VoIP包送到调度台，调度台根据组群信息分发给同一个通播组的无线集群网关。无线集群网关把IP包解出还原成语音信号，输入到TETRA 800M车载台。车载台把该信号通过数字集群TETRA 800M大网发往同一个组的其他TETRA 800M手台。由此一来，就打通了上海政务公网TETRA数字集群系统终端和应急指挥车McWill数字集群系统终端之间的通道。

5.3 400M模拟对讲机与McWill系统终端互通

模拟对讲机是使用多年的传统应急通信手段，各单位都有相应的配置应用。如果有条件纳入系统应用，则原先存量的设备，就可以得到充分的利用，在大型活动或应急情况下，可以不需要采购更多的专用集群终端而满足现场使用需求。

有了TETRA 800M数字集群终端与McWill系统终端的互通的经验，以同样的原理，也可实现普通400M模拟对讲机与McWill系统终端的互通。即400M模拟对讲机车载台与应急指挥车的McWiLL集群网关对接，McWiLL集群网关通过IP侧注册到调度台，为400M模拟对讲机车台分配一个组号码，通过在McWiLL系统中的配置，把McWiLL手台的组与400M车台组成一个通播组，然后，McWiLL手台就能和与400M车台在同一信道下的400M手台进行对讲通信。

5.4 基于应急需求，优化网关提升通话质量

语音集群系统与公众手机网的最大区别在于接续时间短，百毫秒级的接续时间让指挥员在第一时间下达命令。不同制式的集群系统在进行制式转换时必定会牺牲一定的时间，我们的目标就是压缩转换时间，不影响使用者的感知度。

在刚完成系统的搭建后，从McWiLL手台主呼到800M数字集群手台听到声音历时5秒。这就造成了McWiLL网内用户和TETRA 800M用户的通信时差，在某些场景下，比如港口集装箱的起吊等，区区5秒的延误可能造成重大安全事故。通过摸索修改各项可能影响时延的参数（例如：缓存、等待时间、错误判断时间等）。最后，通过反复比对测试，把时延成功的控制在1秒以内。

5.5 多制式终端灵活组合的复合网关建立

通过上述的应用研究、开发与测试，成功形成应用成果，建立了应急指挥车现场指挥调度的多制式终端灵活组合的复合网关，即由McWiLL无线集群网关+现场可覆盖的其他集群网络或对讲系统的车载台，这样就可直接服务于各种场景下的应急联动现场指挥调度和通信联络使用。

图4 多制式终端混合语音网关

多制式终端灵活组合的复合网关就此成功建立，其系统框图如图4所示。

6 效果分析

（1）通过成功建立多制式终端混合语音网关，实现了各种制式的集群或对讲终端可互通。此多制式终端混合语音网关可根据现网不同制式的集群或对讲系统，进行灵活调换车载终端，以此可方便地实现McWiLL应急指挥调度终端与其他系统制式集群或对讲终端在同一组群中的通信联络。解决了原指挥车只配置屈指可数的终端数量限制，可充分利用它网终端实现通信联络。

（2）通过各种制式的集群或对讲终端可互通，实现不需要额外投资，就可借助它网基站覆盖扩展指挥车通信覆盖范围。

（3）提升了现有设备利用率。现有各单位指挥调度对讲终端在应急联动中，经过简单的设置，都可以纳入指挥调度的通信联络中使用，其设备利用率的提高，使设备的使用价值提升。

（4）提升了应急指挥车综合现场指挥协调中心通信能力和对社会各界保障效率。大型活动或各类突发事件应急处置能力提升的要求下，能以最简捷的方式，高效实现现场指挥调度通信联络，达成各级部门的有效配合能力。

（5）这是应急通信的智慧能力及效能的有效提升，符合集约型智慧城市建设理念。

7 结束语

随着各类重大活动增多及地震等各类灾害事件的不断出现，应急联动已成为必须的保障机制。应急通信中的不同制式对讲终端在现场的无障碍互通，将是各类保障中始终期望具备的能力，在不同应用场景中还有其他的一些状况会出现，需要后续继续给以关注和研究开发。

[1] MOTOROLA TETRA数字集群Dimetra-IP系统设备说明书

[2] 数字集群通信系统iDEN系统设备说明书

[3] McWiLL无线宽带系统技术白皮书

[4] GoTa数字集群技术．百度百科

[5] 我国数字集群标准GoTa获ITU国际标准采纳，2012-12-28

[6] 对讲机．百度百科

[7] 无线集群网关GTS说明书

The Research of the Intercommunication Among Different Standard Voice Intercom Terminals Which Are Used for Commanding and Dispatching

Sang Yufang,Shi Wei
(Shanghai Emergency Communication Office (Shanghai Satellite Center) China Telecom, Shanghai 200437)

The intercom terminals communicating one another usually are in one group under the same standard or the same trunking system when we apply regular intercom communications for commanding and dispatching or emergency communications. Today, the on-the-spot commanding center is often established for a large event or serious disaster by the emergency communication commanding truck. They need trunking system to command and coordinate in the spot commanding center. However, the status of limited of interphones, personalized trunking system and the usage of solitary trunking base station mode make the limited coverage of local command network. Meanwhile the kinds of terminal standard in different departments is diverse, as a result of which the local command trunk can’t realize unified, efficient and convenient communication liaison. This study tried to realize intercommunication among the Mc-Will digital trunked terminals, TETRA digital trunked terminals and ordinary radio intercom terminals which can realize there are enough intercom terminals without standard and system limit to be applied into emergency communications commanding and dispatching on the spot.

Emergency communication; commanding and dispatching; voice talkback; terminal intercommunication

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.01.001

TN510

A

1672-7274（2014）1-0001-04

桑逾方，女，副局长，高级工程师。主要从事国际/国内卫星地球站及卫星通信运行与管理；专业从事电信领域应急通信运行、维护、技术开发与研究管理。

施玮，男，工程师，专业从事应急通信设施以及VSAT卫星地球站的运行、维护、现场通信保障等工作。