数字集群专网技术比较

郭锡荣

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引 言

专用移动通信系统具有典型特征，不仅能实现移动电话双工通信，而且能实现系统内呼叫，包括全呼、单呼及群组呼叫。此外，专用移动通信系统能执行一些一般电话不能实现的功能，包括紧急呼叫、等级呼叫及动态重组等调度功能。遥晕、遥弊及环境侦听等特殊功能也在专用移动通信网络发展中出现，这些特殊功能主要应用于海关、公安、机场及国家安全部分，执行抢险救灾等任务。数字集群系统属于专用移动通信系统范畴，有其独特的市场定位。与传统公众移动通信系统面向全社会不同，其主要应用于事业单位、政府部门等执行指挥调度任务。

1 我国数字集群专网发展及应用特点

我国最早于20世纪80年代引入专用移动通信系统，主要引入单位是政府部门等。之后随着专用移动通信系统的发展，模拟集群系统衍生出现并成为其发展的主要类型。经过10年发展，20世纪90年代出现了新型数字集群技术，能保证大容量的基础上实现跨区漫游。之后，我国出现典型代表技术，包括P25、PDT、iDen和TETRA等，这些新的窄带数字集群系统技术具有典型优越性，包括便捷的调度功能、优越的系统性能等，在市场发展和实际应用中颇受好评。近年来，云计算、大数据等新技术发展进一步催生企业生产系统进步，行业发展对通信质量要求提高，传统的窄带集群方式难以为继。

鉴于窄带数字集群无法满足多媒体的指挥调度需求，宽带化集群通信技术成为目前重要亟待突破的技术。北京、深圳等市相继进行1.4 GHz、TD-LTE技术的研发和试验。在国家要求和通信需求的推动下，华为等具有影响力和较高水平的企业开始自主研发TD-LTE数字集群技术，经过研发出现了一系列具有自主知识产权的技术，产品也基于此相继提出。在其规模化发展和互联互通的背景下，如何统一标准成为目前亟待解决的问题之一。

为统一相应标准，2012年11月我国开始开展这方面工作，2013年成立了TD-LTE宽带集群推进组，来不断推动宽带集群技术发展。在此背景下，宽带集群（B-TrunC）产业联盟于2014年5月成立，该联盟成立不仅是希望推动我国宽带集群产业化发展，也希望提升我国宽带集群技术的国际化发展水平。该联盟针对当前国内外宽带集群技术、频率使用情况等进行了调查、测试认证等。我国在不断完善B-TrunC技术（基于LTE技术的宽带集群技术）的基础，将其空中接口标准作为ITU-R推荐的公共保护与救灾（PPDR）宽带集群空中接口标准。同时，1.8 GHz无线接入系统频段、1.4 GHz宽带数字集群专网系统的频段也在工信部努力下成功发布，有效保证了B-TrunC标准的发展[1]。

2016年8月，我国专用移动通信系统进入里程碑发展阶段，通过宽带集群（B-TrunC）产业联盟和众多企业的努力，其通过了产品和设备的互联互通认证评审。ITU-R第五研究组（SG5）第十二次全会于2016年11月正式召开，宽带集群（B-TrunC）空中接口标准成为ITU-R推荐的集群空中接口标准，成为该标准中唯一的LTE宽带集群标准。

2 数字集群专网技术的应用范围及市场需求

2.1 能源行业

电力、石油等能源行业和领域对系统的安全性要求及稳定性要求较高的，尤其是石油管路的巡检、电力设施的检查等，往往需要借助宽带数字集群通信系统实现。一般工作人员利用基于该技术的手持终端对工作设备和现场情况进行调查、检修，再将采集到的图文等信息以实时信息的方式传回管控中心。尤其是面临电力设施损坏、石油管道泄漏等故障情况，工作人员可以通过手持终端将这些故障信息的实时视频信息传回指挥环境中心，用于巡检和调度，以此降低险情并最大限度地减少损失。

2.2 交通物流行业

宽带数字集群通信系统已经开始应用于港口、物流、机场等交通物流行业，该技术的实时性、稳定性有效保障了机场的通信需求，也有效保证了物流行业的调度需求。宽带数字集群通信系统在物流行业中的引入，有效实现了其定位业务和调度业务的融合。另外，在物流行业调度、定位管理业务中引入了可视化调度平台，在无线集群技术的基础上进行可视化调度。在该技术发展中，无线集群调度技术开始被应用于地铁通信，在地铁行车、安全维护等方面发挥的作用逐渐凸显。

2.3 城市应急联动

城市应急联动在城市发展中的作用逐渐凸显，应急联动需要对政府不同部门进行科学协调和调度，保证紧急救助服务等服务工作高效开展。实际上，城市应急联动的基础和关键是通信系统，而宽带数字集群通信系统是关键技术之一，其引入可有效保障各项应急联动工作有效开展。比如，通过该技术能对应急联动中涉及的人和物进行统一调配，保证各项工作正常开展。宽带数字集群通信系统在城市联动中的作用，不仅仅是简单的指挥调度，还包括视频监控、远程办公等。

3 国内外数字集群专网技术对比

目前，国际上使用较多的是TETRA、P25等数字集群制式，我国主要使用PDT、TETRA、B-TrunC等数字集群制式。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陆上集群无线电）标准是由ETSI（欧洲通信标准协会）制定的，该标准的制定还充分征求了制造商、政府部门等众多部门的意见。这一标准是我国较早引入并应用于公安的无线通信保障标准[2]。

PDT（Police Digital Trunking，警用数字集群）标准是我国公安部科技信息化局牵头组织制定的一个全新的数字集群标准，制定目的是解决公安无线专网对通信的实际需求。2008年这一标准得以建立，被应用于解决警用无线通信数字加密问题。现在该标准已成为国家标准，被称为专业数字集群（Professional Digital Trunking）。

B-TrunC（Broadband Trunking Communication，宽带集群通信）是由B-TrunC产业联盟提出的新标准，在TD-LTE基础上实现了集群语音通信和LTE数字传输的融合。其于2012年11月经中国通信标准化协会审议后正式引入启动使用，2016年11月正式成为ITU-R（国际电信联盟无线局）推荐的PPDR（公共保护与救灾）宽带集群空中接口标准。其是中国宽带集群通信标准首次被ITU的PPDR建议书所采纳[3]。

此处主要比较我国专网使用较多的TETRA、PDT、B-TrunC标准，其应用情况和特点具体如表1所示。

4 基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群专网技术研究

4.1 基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群专网系统及其接口

基于集群技术衍生了TD-LTE宽带数字集群通信技术，该技术发展中引入了OFDM、MMMO等技术，这些新型无线通信技术的应用有效提高了系统的信道容量，同时提高了频谱利用率，与传统的无线通信技术相比其安全性和网络可靠性也有所提高，这些新的性能和优良特性有效满足了当前对频谱特性、业务、容量等方面德要求。如图1所示，提出的TD-LTE系统由以下几部分构成，包括无线接入子系统、终端、集群控制子系统、核心网络。

图1 TD-LTE宽带数字集群通信系统接口

表1 TETRA、PDT、B-TrunC标准的技术特点及应用现状

4.2 基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群专网技术特性

（1）快速呼叫建立：通过集群寻呼控制信道（TPCCH）传送呼叫接入响应，使寻呼消息发送的频率得到提升，缩短寻呼等待的时间，实现快速呼叫建立。

（2）调度呼叫控制：TD-LTE宽带数字集群通信系统在时间、频率和空间3个维度上采用了基于信道化的分组调度技术，并且对用户设置优先级别，保证不同用户间资源分配差异。

（3）干扰抑制：TD-LTE宽带数字集群通信系统通过采用先进的编码技术和数据加扰传输等手段，降低了同频组网所产生的小区间干扰，与此同时系统频谱利用率得到了提升[4]。

（4）故障弱化：网络侧控制TD-LTE宽带数字集群通信系统基站的运行，当基站监测到网络侧不能正常工作时，系统自动转入故障弱化工作方式。

基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群专网技术性能指标具体如表2所示。

表2 基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群专网技术性能指标

5 数字集群专网技术融合发展趋势

经过多年发展，TD-LTE宽带数字集群系统逐渐成熟并开始应用，未来集群系统及通信系统建设必将优先考虑这一要素。另外，TETRA等窄带数字集群系统因低成本等优势而仍在使用，因此未来需要推进TD-LTE和TETRA等窄带数字集群通信系统融合发展。

5.1 业务融合

虽然窄带数字集群系统与TD-LTE技术相比具有一定的理论缺陷，但是窄带数字集群系统建网成本低、发展周期长、技术成熟等，因此目前在城市应急指挥通信等行业仍然采用这一技术。TD-LTE技术实际上对窄带数字集群系统进行了优化，尤其是传输能力极强，在多媒体指挥调度方面具有良好的应用前景。

5.2 网络融合

在当前窄带向宽带发展的过程中，需要有一个宽带+窄带混合网络的过渡网络，将宽带和窄带技术进行融合、相互补充发展。这是目前主要的集群网络方式，必将在很长一段时间内继续沿用这一技术。

5.3 基础设施融合

在TD-LTE宽带数字集群系统的发展及应用过程中，重新建设基础设施会造成严重的资源浪费现象，为减少资源浪费，可以考虑沿用包括机房、传输线路、铁塔等在内的基础设施。充分利用传统通信设施的基础上，在短时间内以低成本实现TD-LTE系统建设。

6 结 论

窄带通信技术发展中存在的一些问题，在未来发展中亟待优化与改革，宽带通信技术必将成为未来集群通信系统的发展方向。