集群通信

集群通信（共8篇）

集群通信 篇1

0 引 言

在应急场合由于公共网络系统可能受到极大的破坏而无法正常工作,通常使用地面集群通信系统作为专用的应急指挥系统,这也是目前应急通信领域中一个成熟的现实方案。但是,如果在应急场合破坏范围比较大,超出了地面集群通信系统的信号覆盖范围,这时候不管是从应急救援角度还是从通信信号接收质量角度,地面集群通信受到了限制。为此,可以考虑将覆盖范围大,能实现全方位通信的卫星通信网与地面集群通信网结合组网,形成一个天地一体化的通信网络,满足特定需求。

1 卫星通信简述

卫星移动通信是以大气作为传输介质的,它与地面的任何通信方式都不同。特别是随着移动通信的迅速发展,卫星移动通信吸取了传统卫星通信和移动通信的长处,为个人通信的实现提供了重要的方式[1]。一般卫星通信系统由地球站、用户以及卫星组成通信网,如图1所示。

卫星通信系统具有很多特点[1],例如:

(1) 通信距离远,具有全球覆盖能力,能满足立体化的、全方位的多址通信需求,从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。

(2) 系统容量大,可提供多种通信业务,从而使通信业务向多样化和综合化方向发展,满足用户多方面的需求。

(3) 在使用静止轨道的同时也可以使用中、低轨道卫星,使业务性能更优良,但在星座设计和技术上更为复杂。

(4) 覆盖面积大、受地理条件限制小、通信频带宽。

(5) 信号传输质量高,通信线路稳定可靠。

卫星通信在我国经过40多年的发展,目前已经具有相当成熟的卫星通信解决方案,它成为个人通信的一种重要手段。

2 地面集群通信系统简述

集群通信是一种具有交换和控制功能的专用移动通信系统,它的特点是共用频率、共用设备、共享覆盖区、共享通信业务,共同负担费用[2]。集群系统的分类也是多样的。按控制方式分有集中控制和分散控制集群,按话音处理方式分有模拟集群系统和数字集群系统等其他分类方法[3,4]。

数字集群具有频谱利用率高,系统容量大、抗干扰能力强、话音质量好、数字加密容易可靠、保密性好等优点,这些优点决定了它是集群通信的发展方向[5,6]。其采用先进的数字技术、数字信令方式、语音数字编码技术、先进的调制解调技术、数字集群系统集多功能于一体,在技术上和系统容量上满足大型共网的建设要求,能提供指挥调度、电话互联、数据传输、短消息收发等多种业务。图2所示为地面集群通信系统,系统中的用户必须在集群通信系统的信号覆盖范围之内,实现调度室与用户或者用户与用户之间的通信。

3 集群通信系统与卫星通信系统互联一体

在众多的地面通信网中,集群通信网是其中最典型也是最常用的一个专/公用通信系统之一[7]。地面通信网和空中网优势互补可以组合形成一张天地一体化的通信网络,实现任何时间任何地点与任何人的个人通信。集群通信网和卫星通信网组网从通信角度来看,是属于选用传输网和集群体制,构造安全保障性能更高的应急通信体系。集群通信在应急救灾中具有重要的应用价值,将集群通信系统与卫星通信系统互联,形成具有广泛应用面的指挥救急通信系统[8,9]。图3所示为地面集群通信系统与卫星通信系统互联一体通信网,在该网络中,卫星充当了传输链路的中间环节,调度室与用户或者用户与用户之间的通信通过卫星转发来实现。该系统将卫星链路作为地面集群通信系统的传输链路,扩展了地面集群通信系统的信号覆盖范围,在应急通信中具有特定的意义。

卫星通信网与地面集群通信网的接口通常放在卫星地球站,站内安装彼此接口对接的装置。在卫星通信系统与集群通信系统互联中,由于他们共同使用支持No.7信令系统,给互联带来了很大的方便,通过No.7信令系统有关共路信号来完成交换连接和拆线任务,实现卫星通信网和集群通信网络连接。通常该接口模块具有电平转换、同步、告警检测和接入以及信道测试功能。

地球站与地面通信网接口是数字信号,此时地面通信网系统与卫星通信系统的时钟不同步,通常采用跳帧法和码速调整法等方法来克服这种时钟频差。跳帧法是指在地球站的发射端设有缓冲存储器和控制器,首先由地面通信线路送来的数字信号逐一存放在发射端缓冲器中,在卫星系统时钟的控制下读出,并送入卫星系统。码速调整法是指在信号中插入(或扣除)一定比例的不含信息的脉冲,调控脉冲比例来调节地面通信网系统和卫星通信系统时钟之间的频差[1]。

要让卫星通信在集群网发挥作用,在信息传输网中就使用卫星通信。卫星通信的特点是组网灵活、覆盖面大,建网时不影响地面建设、节约投资(相对于光纤)、容量大(相对于微波)。所以,组建共网时应该选用卫星通信构成传输网,因为卫星不受气候条件、地理环境和时间的限制。一般来说集群系统采用混合入网方式[10]。集群系统接入卫星通信系统如图4所示,通过双向中继线与卫星通信网接口,接入卫星通信网端局的选组级,完成与卫星通信网话音线路的连接。另外,集群系统通过No.7信令传输链路完成与卫星通信网的信令联络,所有呼出/呼入的控制、接续等信息,都由No.7信令在卫星通信和集群通信系统之间传递。集群通信系统控制器(TSC)将收到的No.7信令译码,通过控制交换矩阵和有/无线转接器来完成有/无线之间的连接。另外TSC通过在控制信道上发布MPT1327信令来控制移动台的操作,完成各种功能。

4 结 语

通信网络在日常生活中扮演着越来越重要的角色,人们对通信网络的功能要求也越来越高,本文利用卫星通信覆盖范围大的特点,结合集群通信系统的优点,将二者结合组网,实现大覆盖范围的应急通信系统,在抢险救灾、指挥调度等场合有着特殊的应用价值。

摘要：卫星通信以其独特的特点,在许多场合中具有重要的应用价值。在指挥调度、应急救灾等场合中一般使用地面集群通信,但是其信号覆盖范围有限,集群通信组网受频率资源限制比较大。将具有覆盖面积大、受地理条件限制小以及通信频带宽等特点的卫星通信系统与地面集群通信系统结合组网,形成天地一体化的通信网络。

关键词：应急通信,卫星通信,集群通信,网络

参考文献

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[2]郑祖辉,陆锦华,郑岚.数字集群移动通信系统[M].2版.北京:电子工业出版社,2005.

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[7]赵荣黎.集群移动通信系统[M].北京:电子工业出版社,1993.

[8]赵荣黎.专用移动通信的发展与技术演进[J].当代通信,2004,28(8):15-19.

[9]毋德新,黄兴旺.我国集群通信发展现状综述[J].移动通信,2004(6):58-60.

[10]李世鹤.第三代移动通信系统标准[M].北京:人民邮电出版社,2003.

集群通信 篇2

引言

经过公开招标，东方通信股份有限公司生产的eTRA数字集群系统设备成功中标我局项目。由于该套系统是我国自主研发的TETRA数字集群通信系统首次商用，出于各种目的，社会上对于该套系统使用情况的议论、猜测、甚至是恶意中伤经常在业内流传，和实际情况大相径庭。作为该套系统建设和使用的全程亲历者，有必要对该套系统的真实情况进行必要的说明。

一、项目建设背景

公安无线通信保障工作是服务于大局，服务于全局的基础性、支撑性工作，是确保公安机关在重大安保活动中警令畅通的重要基础。原有警用模拟无线通信的诸多问题，已成为一个“技术瓶颈”，很大程度地制约了我局各项公安业务的开展。为此，我局根据公安部GA-T444-2003《公安数字集群移动通信系统总体技术规范》，参考北京、上海、深圳等已建350M数字集群通信系统省市的经验，于2012年开建350MHz TETRA数字集群通信系统，作为全局指挥调度的主要的应用支撑技术平台，以提高各部门的工作效率、统一指挥调度能力、协调能力和快速反应能力。

二、项目基本情况

作为东北中心城市，辽宁省的省会，沈阳市行政区内重点部位众多，高速公路密集，社会治安形势复杂，下辖9区4县，地域面积为12941.82平方千米。按照沈阳市政府整合资源的要求，我们将公安、消防、交警、急救四张网络合在一起进行了规划。“四网合一”的通信系统规划相对复杂，各个应用部门都有自己的关注点和特殊应用要求。为此，我们提出了“沈阳市二环以内重点部位室内全覆盖、三环以内道路全覆盖、三环以外及高速公路和铁路沿线车载台全覆盖，县城城区全覆盖”的规划要求。经过公开招标和近3个月的建设与优化，目前该系统已经正式投入使用，全市消防、交警、急救通信已经全网转入该套系统。公安特警、巡警、指挥中心调度、警卫等警种已经开展应用。在刚刚过去的省市两会和全国两会安保工作中，使用单位对该套系统的通话质量等指标评价极高。现在每天在线的电台数量在两千台左右，呼叫次数已经突破50万次，通话时长累计达到2500小时以上，系统运行良好。我局已经决定将于今年5月全面停止模拟网的使用，届时各部门全面转入数字集群系统。

我局数字集群通信系统（含地铁二号线）包括2套互为容灾备份的交换中心，基站64套，手持台5281套，车载台854套，基地台591套,车辆和单兵定位系统1套，WAP警务信息查询系统1套，勤务管理辅助决策系统1套，定制开发的有线调度台和无线调度台各1套。

图一 沈阳市350兆数字集群通信网络整体系统图

三、项目应用亮点

1、网络结构“最”复杂

（1）公安、交警、消防、卫生等部门“多网合一”，不仅能满足日常执勤工作，而且在突发情况下，支持跨部门之间统一指挥，是沈阳市公安指挥中心指挥调度的重要联络工具，也是防暴反恐、处理突发事件以及维护正常治安程序的一种重要技术手段。

（2）地面系统、地铁系统一体化，移动基站采用3G/卫星/固定电话线等多种传输方式接入，并把移动基站作为固定基站的载波扩容，实现固定基站和移动基站一体化指挥。

（3）与原有模拟集群网络、公安内网、有线调度系统、公网等各类已有网络互联互通，一体化指挥调度。

（4）传输链路复杂,包括E1IP、3G、PSTN等多种传输方式共存，同时需与公安内网，地铁视频网络等原有网络传输对接。

2、系统运行“最”安全

系统采用了先进的可靠性设计理念，从硬件选型、硬件设计、软件设计、结构设计等各方面入手，有效保障系统设备稳定、可靠、持久的运行。

（1）2套交换中心互联形成异地容灾热备双中心的系统构架，同时各交换中心核心模块又按热备配置。

我局所有的终端用户和通话组的数据同时归属于两个交换中心，民警使用的终端在一个交换中心注册/去注册、组附着/去附着成功后，交换中心将同步这些信息到另一个交换中心。目前，我们指定市局机房的交换中心为主用系统，交警大楼交换中心为异地容灾系统，一旦主用交换中心发生故障，所有基站将立刻切换至异地容灾系统。经我局实际测试，整个切换时间不超过30秒，真正实现异地热备。

（2）交换中心热备

交换中心的服务器、路由器、交换机均采用双机热备，系统数据在主备设备上保持实时同步。在主用设备出现故障后，备用设备将立即切换为主用，接管整个交换中心的业务处理工作。经我局实际测试，主备设备间的切换对系统业务没有任何影响，真正实现主备设备无缝切换。

（3）基站核心模块冗余配置

基站完全采用模块化设计，核心模块（基站控制器、电源、传输接口）全部配置热备份，经我局实际测试，核心模块主备用切换对业务没有任何影响。

3、应用项目 “最”全面（1）勤务管理辅助决策系统

勤务管理辅助决策系统通过对汇总终端和系统的网络状况参数，进行智能分析，并结合电子地图，形象地呈现了网络状况，为网络管理优化和勤务管理决策提供必要的信息和建议。特别是在遇到重大勤务或安保任务之前，通过该系统，及时了解安保区域整个网络状况，同时根据输入的任务特性，智能地提供辅助分析，帮助民警提前部署。

（2）全网录音系统

全网录音系统是基于交换中心侧的系统级录音系统，能够全面完整地记录全网内的所有通话，单模块最高支持1000个通话组的录音，模块可以堆叠支持更大容量的录音需求。由于软件采用B/S架构，所以可以实现远程回放基于事件的场景，全面还原事件场景发生的全过程，对于重要事件的追溯可以真正做到有理可依，有据可查。经我局实际测试，通话记录完整，查询回放简单易用，回放话音清晰。

（3）GIS指挥调度系统

东方通信的GIS指挥调度系统软件将GIS地理信息技术和多媒体通信技术融入到调度系统中来，实现语音、数据、GIS的联动处理。全套软件采用B/S架构，客户端电脑通过IP网络与数字集群系统互联，在浏览器上就可以实时显示警员位置和相关信息，并可以直接向终端发起调度呼叫、短数据服务、终端框选、电子围栏等功能，避免了传统GIS调度使用一机多屏或多机多屏的繁琐操作。

（4）无线调度台

为实现远程对警员进行调度指挥，定制开发了无线调度台。无线调度台通过标准TETRA空中接口接入到TETRA数字集群系统，支持组呼、单呼、派接、短信、状态消息等常用TETRA数字集群调度业务，同时支持接收终端GPS消息、并与GIS系统集成，可在地图上直观、快捷地向无线终端发起调度呼叫功能。无线调度台的使用，不仅使现场指挥中心调度员获得与有线调度台相同的业务体验，同时具有快速部署、不受有线网络资源限制、保密性好的优势，值得肯定的是该无线调度台结构小巧，可以随身携带，极大方便了我局民警的现场指挥调度。（5）WAP警务信息查询系统

系统由终端、数字集群接入网、数字集群核心网、网络安全隔离层、公安信息网等五大部分组成，提供专网警务功能，诸如车辆信息、驾驶员信息、人员信息和逃犯信息等。

4、网管功能“最”实用

（1）所有系统设备的信息和运行状态在网管上图形化显示，操作者一目了然。

（2）系统软件升级、频率调整全部在网管客户端实现。

（3）信息统计全面，各种报表自动生成。

（4）预警信息、紧急告警信息、恢复信息以短消息方式通知至维护人员手机上。

（5）不仅能管理东方通信自研设备，还能管理基于SNMP代理的第三方设备，如服务器、路由器等。

5、新技术应用“最”多

（1）棋盘山基站采用小巧实用的室外基站，具备IP67防护能力，对环境条件要求低，不需要机房，安装方便,支持抱杆、挂墙安装。

（2）应急通信车装备一体化联网综合网关，提供在无TETRA网络覆盖的情况下，将现场移动基站或终端用户与指挥中心临时对接，实现任何时候、任何地方都能保持通信的畅通。（3）棋盘山基站单个信道机支持两个载波，单机柜支持8载波，高集成度不仅为用户节省了大量机房和配套实施的投资，还节约能源。

四、总结

机场数字无线集群通信系统设计 篇3

智慧机场是目前一个很热门的话题, 无论智慧机场如何定义, 均离不开机场范围内各种信息的采集及传递。而目前在航站楼及附属建筑物内, 信息的采集及传递主要是通过有线的方式进行, 如机场内部网络系统、有线通信系统、内部通信调度系统等, 但在机坪及更大范围内还没有一种很好的信息采集及发布渠道。如何搭建一个覆盖全区域、高速、无线的通信系统是目前机场实现信息化、数字化, 并建造智慧机场所面临的主要且非常迫切的问题。

在传统模式下, 机坪的通信主要是采用数字800M集群通信系统, 通过手持对讲机与机场管理部门进行通话联系, 而语音信号所占的带宽比较窄, 大约在300Hz~3400k Hz, 而机场数据信号的传递则需要比较宽的带宽, 数字800M系统已无法承载数据信号的传递。目前我国在无线通信技术上从2G过渡到3G, 局部地区已经采用了4G进行通信, 但在企业级专网上建设, 目前还是3G技术为主流。根据原国家信息产业部《信部无[2003]408号文》, 1785~1805MHz共20M带宽内可以为本地无线专用使用。因此选择工作在1785~1805MHz频段内的无线通信系统是解决机场无线接入最合理也最有效的方法。

2 设计思路

机场范围内采用1800M制式的无线通信系统, 其主要实现的功能包括用以替代传统的数字800M实现基本的集群通信调度功能, 同时搭建一个机场无线宽带的网络平台, 实现各种业务数据的采集和传递。数字机场的各项业务系统, 特别是面向机坪运行服务的系统, 可以通过该平台, 使其安全、可靠的运行。

考虑到网络通信的安全性, 系统必须是企业专网性质的, 与公共隔离, 防止内部信息的泄露, 同时也可以提高本系统的安全性。系统还需要与机场内部通信调度系统之间建立标准的通信接口, 以实现与内部通信系统的对讲通信及内外部语音通信的统一融合。

3 系统组成

3.1 网络拓扑结构

宽带无线通信系统的网络拓扑结构如图1所示, 包括核心层、无线接入层及终端应用层。

3.2 核心层

核心层为1800M无线集群通信系统的核心, 包括运行维护平台、集群调度通信系统、应用系统、接口以及基础网络系统。

3.2.1 系统运维平台

运行维护平台包括EMS服务器、Radius服务器、DHCP服务器等, 系统运行平台通过IP网络与系统内各个网络单元设备进行互通。其中EMS服务器完成对系统网络单元的管理与维护功能, Radius服务器提供加密、鉴权、认证等功能, DHCP服务器提供动态IP地址分配的功能。

3.2.2 集群通信调度系统

集群通信调度系统包括集群调度服务器、调度台、录音服务器等主要设备。

1) 集群调度服务器

实现对各种调度终端进行语音、指令以及可视化调度, 完成终端的集群调度功能, 实现群呼、组呼、强插、强拆等服务。

2) 多媒体调度台

多媒体调度台可以实现音、视频一体化调度, 极大提高了调度操作的易用性和便利性;可视化图形调度界面, 使调度用户的状态一目了然;一键式语音呼叫和视频调度, 为用户提供高效率的调度操作;多渠道配置资源, 提高了使用灵活性并丰富了调度手段。

3) 录音服务器

录音服务器不仅可以为多台设备同时提供高质量的录音服务, 还可将记录的录音文件进行集中管理;为用户提供可视化的管理平台, 如提供多种图形化报表信息, 可随时查询、下载、播放录音文件, 极大地满足了用户对录音管理的需求。

3.2.3 应用系统

包括其他业务应用服务器、数据库等, 该部分可以根据工程的实际进展以及业务的需要, 灵活增加或暂时缓建;暂时缓建也不影响系统最基本的支持语音调度的功能实现。

3.2.4 接口

通过语音网关与内部通信系统最多可同时实现支持8路连接, 这样航站楼内安装有内部通信系统终端的岗位也可以通过内通话机拨叫移动的对讲终端。

3.2.5 IP网络

IP网络包括企业业务网络、传输网络及相关路由交换设备, 可完成IP数据包的路由交换, 将不同类型数据业务路由至对应的应用服务器, 提供相应的服务。

3.3 接入层

无线接入层设备主要为基站设备, 提供无线终端的接入、空中资源分配、IP业务的透明承载、数据安全、Qo S保证等服务。将终端的业务通过无线空中接口接入到有线网络中, 承载集群调度语音、视频、上网等业务。

3.3.1 室外基站

机场区域主要包括三种类型的地形或地貌:一是面积较大的机坪区域;二是体量达几十万平方米、高度在四五十米的航站楼;三是机场周边配套的货运区及其他业务办公楼。其中航站楼由于体量巨大, 因此采用室内分布系统进行信号的覆盖, 其他区域可以根据空间三维测算, 安装室外基站进行覆盖。

室外基站包括基站单元及室外天线。室外天线高度结合建筑物的情况或单独立杆安装或建在建筑物屋面, 通过调节天线的倾角及发射功率调整其覆盖范围。天线的安装高度一般要求在25~30m之间, 如果覆盖区域较大, 则天线的安装高度也将增高。

3.3.2 室内分布系统

由于航站楼体积大, 其中的钢筋混凝土结构、玻璃幕墙、钢结构支撑网架对无线信号会造成极大的衰减, 因此, 室外基站的信号基本不能覆盖到航站楼内, 所以必须单独在航站楼内建设无线信号室内分布系统, 以达到楼内信号的全覆盖。目前, 国内机场航站楼内均由无线运行商进行楼内无线公网的室内覆盖, 如中国移动、中国联通、中国电信均在楼内设有室内无线覆盖系统, 航站楼管理部门可以通过商务租赁或其他商务谈判的方式, 采用与运营商合路的技术, 实现航站楼内的无线信号覆盖, 这样从建设成本、建设周期、建设难度上都有很大程度的降低。无线室内覆盖原理如图2所示。

3.4 应用层

应用层包括各种应用终端, 例如CPE、手持调度终端、摄像头、传感器等。终端应用层将数据、语音、视频等媒体流经由无线基站接入用户业务网络。

4 系统建设

4.1 频率申请

机场建设无线专网, 需先到本地无线电管理委员会进行申请, 申请批复后方可在本区域使用该无线频率。1800M国家批复的频率在1785~1805MHz, 系统的带宽是5M, 因此, 需要批复至少5M的带宽。对于大型机场, 其覆盖面积大、用户数量多, 应尽量申请3个频段15M的带宽, 同时考虑到中国移动DCS通信制式的下行频率是1805~1820MHz, 如果双方的射频器件存在带外泄露, 则易造成频率重叠, 相互影响通信, 因此, 1800M专网申请的频率范围最好是1785~1800MHz。

4.2 站址选择

站址的初步选择应结合机场需要覆盖的范围、覆盖区内建筑的高度以及基本的空间链路衰减进行规划, 规划好后需进行现场复核。现场复核是采用测试仪进行测量, 测量点包括所有覆盖区域, 对于使用终端比较密集的区域、无线覆盖阴影区、跨基站的切换区等地点则需要增多采样数据。结合测试结果以及安装基站的实际条件, 确定基站安装的位置、天线的安装高度及安装形式。机场范围内天线基本上可以考虑安装在机坪高杆灯、高大建筑物的屋顶、航站楼的屋面等处。由于机场的特殊环境, 基站的选择及天线安装必须以不影响空管通信、空防安全为前提。

4.3 IP规划

在对用户IP的分配管理中, 需要配置DHCP Server, 在DHCP Server为每个BS分配一个IP Pool, 用户接入时, 从中分配对应的IP地址。用户在接入期间将一直使用此IP地址, 即使用户切换到其他BS上去。

为便于管理, 每个BS对应一个子网, 用户从哪个BS初始接入, 就从此子网中为用户分配IP地址。

系统还具备DHCP Relay的功能, 以实现用户能通过标准的DHCP协议获取IP地址。

为提高系统的可靠性, 整个系统可配置多个DHCP Server, 满足备份功能。

5 系统功能

1800M数字无线集群通信系统可以提供基本语音、集群调度、多媒体集群、上网数传、定位业务、即时通信等多种业务功能, 满足机场地面营运管理对语音、数据、图像和定位等方面的综合需求, 提供可靠的语音对讲通话、航班信息及调度指令发布、车辆定位、无线图像及视频传输等多种功能, 从而提升机场在多业务运作模式下的保障能力和监管水平。

5.1 集群调度业务功能

系统具备完善的集群调度业务功能, 满足机场各部门对集群调度业务功能的需求。系统具有通信接续功能、调度管理功能、视频管理功能、语音管理功能、出局呼叫连接功能。其中的调度管理功能主要包括组呼、广播、多优先级呼叫、强插强拆、动态重组、呼叫限制、录音等功能。

5.2 视频业务功能

1800M数字无线集群通信系统提供与监控摄像头、视频编码器对接的通信终端设备, 以实现无线、移动视频监控的业务功能, 视频带宽可达到1Mbps以上, 并能够根据实际情况进行调整;支持视频会议、视频对话、视频监控以及多媒体调度等相关业务。

5.3 数据接入业务功能

5.3.1 固定上网

为未解决数据接入的区域提供上网服务, 最大下行数据速率应达到18.7Mbps。

5.3.2 移动上网

满足移动人员 (包括工作人员、巡检人员) 的移动上网需求。

5.3.3 数据采集控制

对行业相关的各种数据采集和自动控制设备提供双向的数据传输服务。

5.4 人员/车辆定位业务功能

在系统终端上配置GPS模块, 通过与GIS平台相结合, 可以实现对工作人员、现场车辆等实时定位管理的功能。系统通过无线宽带网络, 将位置信息传送到网络中去, 并且及时在调度台界面上进行显示;也可以将历史位置信息保存起来, 通过轨迹回放, 获得形象准确的位置信息。根据位置信息保存的时间, 即可清楚地知道在某个具体位置点的具体时间。

5.5 移动信息发布业务功能

系统利用业务应用平台, 同机场航班信息发布与管理系统互联, 实时发布航班信息给机场工作人员、机场周边物流及其他服务行业人员。

5.6 终端与调度系统集成

系统支持机场关键业务信息系统应用、终端和多种传感器相连, 能够进行数据采集和视频监控, 解决一线工作人员的数据采集问题。

5.7 管理功能

系统具备完善的设备管理功能, 能检测整个系统的工作状况, 能对设备出现的故障进行定位和告警, 方便系统维护人员的管理与维护工作。

摘要：智慧机场的一个主要基础平台就是通信的统一平台, 如何在机场范围内搭建一个无线宽带的通信网络是此文所论述的重点。此文通过对1800M数字无线集群通信的规划、设计, 为机场无线宽带通信提供一种解决思路和方法。

数字集群通信系统工程方案研究 篇4

1 主流集群通信体制方案的分析比较研究

集群通信系统与公众的蜂窝移动系统相比具有呼叫接续快、采用半双工通信方式和支持私密呼叫和群组呼叫等特点。

1.1 TETRA系统

TETRA是就是陆上集群无线电, TETRA标准是由欧洲电信标准协会 (ETSI) 制定的, 它的技术指标和性能能满足广大的处理应急业务、工业和商业部门的专用用户的使用要求。包括3种基本通信方式:话音加数据 (V+D) 通信, 优化分组数据 (PDO) , 直通通信 (DMO) [3]。

1.2 GT800系统

GT800是基于GPRS和GSM—R技术、拥有独立知识产权的数字集群系统。它结合蜂窝技术, 通过对TDMA和TD-SCDMA技术的优化与融合, 提供专业用户所需的高性能、大容量的集群业务和功能, 系统稳定, 可持续发展能力强。

GT800在核心设备部分, 增添了功能号码节点、组呼寄存器、排队机等, 从而为指挥调度应用提供更灵活的支持[4]。

1.3 GOTA系统

GOTA的含义是开放式集群架构。GOTA数字集群系统和业务解决方案是中兴通讯在多年发展基础上, 根据目前电信市场需求, 推出的商业化的新一代集群技术和产品。

GOTA技术在成熟CDMA技术的基础上进行了优化和改进, 围绕着无线信道共享和快速链接这两项关键技术提出解决方案, 使新增的集群业务不会对传统通信业务和网络资源带来不利影响[5]。

1.4 iDEN系统

iDEN系统是一种基于数字蜂窝网络的集群通信系统, 集移动电话、数据传输、集群调度和短信息传输于一体, 采用TDMA技术、VSELP矢量和激励的线性预测编码技术和抗干扰能力强的M-16QAM正交振幅调制技术, 双工通话结构以及频率复用方式, 使得系统低功率、大容量、广域覆盖[6]。

1.5 主流集群通信体制方案的分析比较

四种数字集群通信系统均可提供基本的集群业务, 补充业务及必要的全双工电话互连业务, 都具有完善集群功能[7]。四种数字集群通信系统的对比见表1。

2 TETRA集群通信系统工程的研究与设计

2.1 TETRA集群通信系统工程的研究与设计

TETRA的通信业务包括话音, 电路方式数据传输, 短数据信息及分组数据业务。TETRA标准还支持丰富的补充业务, 其中许多补充业务是TETRA特有的。

TETRA数字集群系统的硬件系统实现从语音的采样, 语音压缩编码, 信道编码, 中频调制, DA变换, 然后通过模拟数据线传送出去, 这是上行链路。下行链路要实现AD变换, 中频解调, 信道解码, 语音解码, 语音输出。该硬件平台既要可以实现上行链路的功能, 也要可以实现下行链路的功能。

2.2 TETRA集群通信系统工程方案应用范例

上海地铁二号线无线通信系统设计采用数字中区制800MHz频段集群系统组网, 系统采用TETRA标准。基本设计是:系统是MOTOROLA的DIMENLA, 8个EBTS, 18信道, 54个虚拟信道, 5台调度台, 55台车台, 250台手机, 22台固定台。

3 GOTA集群通信系统工程研究与设计

3.1 GOTA集群通信系统工程的研究与设计

终端、无线子系统BSS、调度子系统DSS就构成一个GOTA的基本网络结构, 为了能够支持电话互连业务、数据业务和短消息服务, GOTA除其基本结构外还接入了交换子系统、数据业务子系统和短消息服务中心。

3.2 GOTA集群通信系统工程方案应用范例

GOTA数字集群系统可广泛应用于抢险救灾、医疗急救、公共交通、矿山工地、酒店管理、公共调度、餐饮娱乐、会议展览、企业和小区管理、公安、交警以及家庭小团体等, 可大大提高生产率和工作效率, 且GOTA拥有完全的自主知识产权, 能够完全自主开发生产从系统到终端的全套产品, 因此GOTA系统应用于军队、公安、安全及政府部委等重要部门, 对国家安全更具重要意义。

4 结语

通过上述对主流集群通信体制方案的分析, 针对数字集群通信系统, 着重对比了TETRA系统、GT800系统、GOTA系统、iDEN系统, 并根据系统各自的优劣方面, 对TETRA集群通信系统工程方案和GOTA集群通信系统工程方案进行了设计, 并以TETRA系统和GOTA系统为例, 分别给出TETRA集群通信系统工程方案和GOTA集群通信系统工程方案的应用范例。

参考文献

[1]郑祖辉, 陆锦华, 郑岚.数字集群移动通信系统[M].电子工业出版社, 2005.

[2]谭学治.我国数字集群通信前景分析[J].通信产业报, 2009.

[3]莫静飞, 廖宇.集群通信应用及发展方向[J].通信机世界报, 2008.

[4]华为技术有限公司, 适合国内市场应用的数字集群解决方案[J].电信网技术, 2006.

[5]李侠宇.国内数字集群的发展和技术比较[J].移动通信, 2007.

[6]钱宁铁.TETRA和GSM-R系统特点和射频性能分析[J].中国无线电, 2004.

基于移动网络的语音集群通信系统 篇5

对于满足专有行业或企业的语音集群通信业务[2]，通常还需要考虑以下需求：1）群组通话是集群通信的主要业务模式，具有群组信道共享，避免通信互扰等服务要求；2）对于室外作业多采用移动网络，而非连接到有线网络共享的AP热点，网络质量受限。3)VPDN专网服务支持或其他网络安全要求；4）在语音业务基础上，提供文本通信、文件传输等定制功能；5）对语音、文本、共享文件等关键信息的私有存储或全业务存储。因此，在设计开发基于移动网络的语音集群通信系统时，应充分考虑行业应用特点，预留必要的业务应用接口。

1 基本传输框架

语音集群通信系统基于标准的客户端-服务器通信模型设计。客户端与服务器之间的数据传输采用TCP/UDP两种协议，分别适用不同的网络环境。当移动网络质量较好时，可以根据设置使音频数据通过TCP通道传输，保证通话语音的完整性和可靠性；当网络条件较差时，使用UDP通道传输可以避免TCP传输多次握手导致的网络拥塞，实现低延时传输，保证系统的可用性。语音通信过程中的控制信令和通信信令则是基于TCP协议可靠传输[3]。

1.1 构建安全通道

安全套接层（Secure Socket Layer,SSL）是Netscape公司研发的用于在IP网络上实现数据安全传输的专有协议，通过数据加密技术确保数据在网络传输过程中不会被截取及窃听。SSL及其后续发展的传输层安全（Transport Layer Security,TLS）提供了传输层的数据完整性保护，包括身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等[4]。OpenSSL是互联网上适用性最广泛的SSL密码库之一，提供了多种编程语言的库支持。本系统引入OpenSSL 1.0.2方法库，将TCP Socket替换为SSL Socket，对传输层协议进行链路安全保护[5]。

SSL Socket的建立流程是：

1）客户端请求建立SSL Socket连接，并向服务器发送SSL版本、加密参数等必要信息。服务器返回自身的SSL版本、加密参数、安全证书等必要信息。客户端向服务器提供认证证书。

2）客户端验证服务器证书后，生成pre-master secret，并用公钥加密后发送给服务器。服务器对证书进行认证，通过后用私钥解密pre-master secret，并生成master secret。

3）通信双方通过master secret生成会话密钥，完成SSL Socket的创建，之后的通信数据将通过会话密钥加密传输。在本系统中，会话密钥采用TLSv1 AES256-SHA加密。

由于UDP是面向无连接的传输协议，为保证数据传输安全，在发送函数sendto()之前加入encrypt()，这里可采用与TLSv1 AES256-SHA强度相当的加密算法进行数据加密。接收侧在recvfrom()之后加入decrypt()，进行数据解密。

1.2 数据传输格式

本系统的数据报文格式如图1所示。客户端与服务器之间遵循此格式发送交互信息，其中报文头Ptrfix包含1个字节的类型信息，区别信令数据或语音数据，提供长度信息进行组包校验。载荷部分Data为实际交互数据，采用TLSv1 AES256-SHA或其他算法加密。由于UDP协议仅用于发送语音数据，其数据传输格式为图1的Payload部分，最大长度为UDP分片的理论最大长度65507B[6]。

2 应用流程

2.1 用户接入

本系统的接入流程如图2所示，主要包括：

1）建立连接：客户端向服务器请求建立用于控制信令和TCP数据通信的SSL Socket长连接。

2）版本确认：客户端与服务器相互发送版本信息，包括软件版本、操作系统版本、其他备注信息等，双方根据版本判断系统访问的兼容性。

3）用户登录：客户端向服务器发送登录认证信息，包括登录账户、登录密码，或是用于登录认证的证书信息。

4）密钥交换：该步骤为可选项，由于SSL Socket完成了TCP连接的密钥交换，如系统支持UDP传输，则需要服务器发送UDP加密的密钥信息给客户端。

5）群组信息：服务器向请求登录的客户端发送群组的状态信息，包括群组ID、名称、描述、拓扑关系，以及群组中用户的在线状况和当前状态。

6）用户信息：服务器向其他客户端发送新登录用户的状态信息，通知该用户已上线。

7）心跳信息：客户端完成基本登录流程，通过发送周期性的心跳报文，维持长连接状态。根据实际网络状况可调整心跳报文的发送周期，如部署地域的网络状态较好，可采用3至5秒的发送间隔。

2.2 信息响应

作为集群通信系统，信息响应的基本单位是群组。每个群组的数据处理和信息状态相对于其他群组保持独立，即群组之间的数据和资源是隔离的，这里通过建立用户信息的HashMap结构hmUsers和群组信息的HashMap结构hmGroups进行数据调用和处理。调用用户或群组对象时，需通过ReadWriteLock进行资源锁定，保护线程安全[7]。考虑到多线程存在资源切换和锁定的开销，在设计上主要对不同类型或分组的任务建立线程，如图3所示。其中：

1）接收线程主要响应网卡资源，监听服务端口，接收由客户端发送的业务数据或信令信息，如果是心跳消息，则直接返回响应；否则，将通过hmUsers和hmGourps查找所属群组，并将数据推送到指定群组的消息缓冲区中。

2）处理线程主要响应和实现具体业务。每个群组对象在实例化过程中都会创建本群组的处理线程和数据缓冲区，通过提取缓冲区中的数据并解析，线程将信令或其他业务数据交给业务响应函数处理，语音数据交给数据响应函数处理，并将处理后的数据发送给指定客户端。在处理线程中，可分模块响应语音业务以外的请求，对预留接口进行功能实现。

3）存储线程主要响应数据I/O操作。本系统对独占性的I/O操作采用单线程序列化处理，即所有群组的语音数据通过统一的缓冲序列顺序解码、混音和写入文件，降低线程切换的开销。为提高I/O读写效率，语音数据不会立即写入文件，而是积累时长2秒（可根据实际情况配置）的数据包后批量写入。

3 语音处理

3.1 音频编解码器选型

目前，国内4G LTE网络建设日趋完善，基于移动网络的语音通信技术已摆脱GSM时期小于16kbps的窄带传输限制。在音频编解码技术选型上，更多考虑的是适应16kbps到64kbps区间的高品质音频编解码算法。

本系统主要对Opus、Speex、AMR-WB和G.722.1四种编解码方案进行比较。Opus是在Skype的SILK编解码器和Xiph.Org的CELT编解码器基础上发展的开源编解码方案，已形成RFC 6716标准，具有灵活的带宽适应性。Speex是基于CELP发展的音频编解码方案，但根据Speex官网提示，Opus的性能已在各方面优于Speex。AMR-WB(G.722.2）被广泛应用在WCDMA的话音业务上，其VBR特性可以较好的适应网络带宽变化。G.722.1提供了优于G.722的24kbps和32kbps音频编码压缩。

根据Opus-Codec给出的音频编码质量统计对比（图4），以及两份Google组织的主观评测报告[9,10]，在同等比特率条件下，Opus编码能够达到或超过AMR-WB、G.722.1的编码质量。且考虑到国内各地区移动网络的传输质量差异较大，支持6kbps到510kbps比特率和VBR技术的Opus编解码器可为不同网络环境提供更稳定的语音通话效果。

3.2 Opus编解码实例

Opus是基于C语言编写的音频编解码器，Windows平台可直接加载Opus源代码进行函数调用，Android平台还需要对源代码进行NDK编译，生成供Java语言调用的so库。

使用Opus进行语音编码的代码片段如下：

3.3 混音流程

多路语音的数据混音是语音集群通信的核心功能。通过混音算法和调平参数，同一群组内的多路通话语音将根据逐帧数据的时间戳进行合帧处理，形成一路语音数据，送入声卡缓冲区进行放音。不论语音数据是以8位、16位或浮点形式存储，在多路混音时仅做逻辑叠加运算将会导致数据越界，必须先通过调平参数进行数据调整，之后根据叠加系数按比例缩减，保证合帧后的语音数据不会越界[11,12]。

混音操作的代码片段如下：

4 实验与分析

本系统分别在10M专线、联通4G、移动4G、电信4G等网络条件下进行测试，测试结果如表1所示。

在不同网络环境下，语音数据传输的平均延时在可接受范围，UDP丢包率小于2.2%，网络抖动小于20ms。通过主观测试，语音通话连贯，无连续丢帧，可懂性良好。因此，语音集群通信系统在传输延迟、网络抖动等方面可以较好满足语音集群和实时通信要求。在编码处理方面，优于国际电联G.711语音编码的90kbps带宽占用。

5 结束语

本文主要根据移动网络环境下的语音集群通信需求，给出一套可行的系统解决方案，并对其中底层链路、应用构建、核心编码处理等关键环节进行详细阐述。在实际应用过程中，不同领域的业务单位可能对系统的数据存储、用户负载、网络安全有更高的业务需求，可以通过合理配置磁盘阵列、负载均衡、安全网关、代理服务器等硬件设备或软件服务来实现。

参考文献

[1]2015年中国移动语音社交应用行业研究报告[R].上海:i Re-search,2015:19-23

[2]王芳.数字集群通信系统的构成及功能[J].电信网技术,2005(2):9-12.

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[5]秦贞虎.基于Open SSL开发的聊天工具的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2013.

[6]李一鸣,任勇毛,李俊.基于UDP的传输协议性能比较与分析[J].计算机应用研究,2010,27(10):3906-3910.

[7]赵兴.基于Vo IP技术的无线语音通信系统设计[D].长沙:湖南大学,2011.

[8]opus-codec.Quality vs Bitrate[EB/OL].http://www.opus-codec.org/comparison/.

[9]opus-codec.Google listening tests[EB/OL].http://www.opus-codec.org/comparison/Google Test1.pdf.

[10]opus-codec.Google listening tests[EB/OL].http://www.opus-codec.org/comparison/Google Test2.pdf.

[11]张微.VOIP电话会议系统中混音模块关键技术的研究与实现[D].上海:华东师范大学,2007.

集群通信 篇6

无线电通信作为工地运输指挥的重要手段,一般情况下它能够满足生产管理人员之间,在各种情况下实时、快捷、准确的联系需求,但随着企业生产运量快速增加,生产范围的不断扩大,越来越多的部门和业务都需要通过无线通信技术手段来解决;我们从以上存在问题来看,常规无线对讲通信设备已无法满足生产运输和管理的需要,必须采用统一的、系统功能强大的、频率资源利用率高的集群通信系统。

目前,全球集群通信系统正在从在无线接口采用模拟调制方式进行通信的模拟集群,向采用数字调制方式的数字集群转换。与传统的模拟集群系统相比,数字集群系统可以提供更加丰富的业务种类、更好的通信质量、更严的保密特性、更便捷的连接性和更高的频谱效率。正因为数字集群通信的突出优越性,为露天矿产企业提供了广泛的应用领域。

1 数字集群通信的发展

数字集群移动通信系统是20世纪90年代初、中期发展起来的新一代的高级专业无线电指挥调度系统。在模拟集群移动通信基础上,数字集群移动通信综合采用了现代最先进的数字技术和通信技术,因而具有技术先进、频谱利用率高、数据传输速率高等特点,是集指挥调度、电话互联、数据传输和短消息通信等优点于一体的新一代集群通信技术。数字集群通信系统是专用的指挥调度系统,系统信道采用动态分配方式,工作方式多为单工和半双工模式,网络覆盖采用单机站、大区制的覆盖方式,业务集中为无线对无线的短时间通话,业务用户具有优先级和特殊功能,适用于集团用户和特殊用户群体,属于专网通信系统。数字集群通信在信令、多址方式、话音编码、调制解调和信道控制等关键技术环节上全面采用数字化处理,同时基于数字系统的特点结合同步技术、检错纠错技术以及分集技术等,使数字集群通信具有抗烦扰能力强、高质量远距离传输、高保密度、高可靠性和高度灵活的业务适应能力以及外设接口的连接能力等特殊性能,而且整个数字集群通信系统的容量更大,系统联网更方便。数字集群移动通信系统就是在这种背景下发展起来的。

2 集群通信系统在露天煤矿的应用

2.1 集群通信系统在露天煤矿的应用的必要性

露天矿的自然环境比较恶劣,沟壑纵横,地形复杂,昼夜温差大、风沙大、污染严重,矿区的电气设备的电磁干扰严重,移动设备震动剧烈,尤其在开采区域,地势落差约300m。因此,为了确保生产调度高效、安全地运行,增设一套覆盖范围广、操作简便灵活、人性化的数字通信系统成为了煤矿企业的当务之急。

2.2 露天矿对集群通信系统的要求

露天矿数字集群系统,需要解决既有常规无线设备存在的问题,还应该能满足以下基本要求:系统可进行全呼、组呼、个别呼叫,优先、限时、强插强拆以及动态重组、加密等。为了能对极为紧急的业务提供迅速的系统接入,系统应能具有高级别优先特性,可事先对通话的优先程度进行分类,供用户选取最适合的系统进行接通,系统总是自动将第一个可用信道分配给紧急通话,以缩短反应时间;系统应具备集中控制管理所有信道,将原先分配给不同用户的频率进行统一的动态分配,从而提高信道的利用率,使有限的频率得到更充分地使用,既共享频率资源,又互相分担费用,有效地降低用户建网的费用;系统还应能按实际的通话小组来组织,可以按用户的工作性质或相互关系将其划分为不同的部门或小组,各部门或小组彼此独立,互不干扰地完成各自通信业务,也可由用户请求对现有编组情况进行动态重组。

2.3 集群通信系统在露天煤矿的优势

数字集群技术在业务方面的主要特点是特有的调度功能、组呼功能和快速呼叫特性,如:呼叫接续快;群组内用户共享前向信道;采用半双工通信方式,PTT方式;支持私密呼叫和群组呼叫;呼叫和讲话时,需按住PTT键,被叫不需摘机等。

1.快速呼叫

未来PPDR专业移动通信中,突出的特点表现为“急”。这就要求数字集群系统必须要具有“快速呼叫”特征,即所谓的PTT(Push To Talk),就是“即按即讲”。FDMA与TDMA技术都具备快速呼叫建立的能力,可以达到0.3s建立呼叫的速度。

2.高安全性

数字集群在基站与手机之间,都考虑到安全的重要性,从空中接口加密,集成的端到端加密到密钥管理,均可支持最高级别的安全保护。

3. 高抗毁性

专业移动通信在使用过程可能遇到恶意破坏的人为因素或雨雪灾害的自然因素等影响,导致网络不能正常工作,因此,数字集群系统要求可靠、准确地提供业务,具有高的抗毁性和可用性。通常情况下,系统以集群方式工作;在遭遇危害的极端情况下,系统以故障弱化方式或直通方式工作,保证系统能满足基本的集群业务需求。

4.环境适应性

数字集群的通信系统设备能够抵御酷暑、严寒、风沙、雷电暴雨等恶劣气候条件;适应山岳、丛林、沙漠、河海、高空等三维空间的不同地形环境条件;既可车载船装,又能背负手持,经得起各种移动体的安装机械条件;在嘈杂的噪声环境,具有背景噪声滤除功能,使通话对方听不见噪声干扰,话音清晰;在高速行驶时,通信质量不下降。

数字集群通信系统支持单站集群操作。当企业中用户数量较少或只在一个相对集中的地点作业时,可以仅通过一个单基站并配备相应的手持台、车载台,可将不同的用户划分为若干组就可满足基本的调度需求,从而降低初期建设成本投入。随着用户数量或者作业地点的增加,只要增加另外的基站,并增加交换中心连接各基站,即可方便地实现系统扩容。

3 数字集群系统的组成(见图1)

3.1 基站

由若干基本无线收发信机、基站控制器、环境告警系统、射频分配系统。主要完成集群业务、数据业务和普通电话业务的接入功能。

1.收发信机

收发信机主要功能是通过射频空中接口与移动台通信。每个基站最多可支持8个收发信机,每个收发信机可采用2或3分集接收机和25kHz信道间隔的发信机每个发信机4个时隙,第一个收发信机再拼的第1个时隙为控制信道。

2.基站控制器

提供到tetra系统网络中心的E1远端链路接口,并通过以太网控制收发信机。

3.环境告警系统

提供外部警告输入端口用于监测基站环境条件,还提供外部警告输出端口用于远程控制。

4.射频分配系统

采用合路器将载波输出信号进行合路,以便将多个收发信机信号送到一个天线上去。同时采用多个收信机多路耦合器把多分级接受天接受到的信号分配到接收机单元。另外,还采用双工器把射频收发信号进行混合,减少天线数量。

3.2 通信终端

用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台,包括车载台、便携台的手持台。

3.3 调度台

调度台主要完成集群调度业务,是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备。调度台是用户组中具有特殊权限的终端,可以分为移动调度台和固定调度台。固定调度台同时与调度子系统和操作维护中心相连,可以发起和参与组呼、广播等调度业务,也能够实现对群组成员的管理功能。移动调度台可以发起组呼、广播呼叫等调度业务,在组呼的话语权控制上有较高的优先级,具备简单的群组用户管理功能。

3.4 电源系统

电源系统由整流模块、蓄电池、监控模块组成。整流模块除了给通信设备供电外,还为蓄电池提供浮充电流。当市电断电时,整流模块停止工作,有蓄电池给通信设备供电,维持通信设备的正常工作。监控模块采用集中监控的方式对交流配电、直流配电进行管理。

3.5 天馈线系统

由发射天线、接收天线和塔顶放大器组成。

4 结束语

集群通信 篇7

集群通信为城市化保驾护航

对于城市管理者来说, 他们在保障城市健康运转时需要将每一项命令及时地转达到每一个分支机构。比如在遇到重大路况问题时, 交通部门需要将这个消息及时让相关人员知道, 并下达相应应对措施;公安部门在必要时可以进行全市警察联动来制止犯罪行为以维护城市安全;而在遇到重大自然灾害时, 政府部门则需要全市各个部门的应急联动, 以最大限度地确保城市正常运行。

除了上述针对应急的响应, 在大型集会或运动会进行的时候, 特殊的环境和需求也需要特殊的通信保障。在这些过程中, 多信道、多用户、共用网络并具备调度功能等特点让公用通信网无法满足需求, 特别是在应急情况下, 如地震、台风、雨雪灾害等环境中, 公用通信网络的稳定性更是无法保证。

集群通信网络很好地满足了上述要求, 并得到迅速推广, 在政府部门、铁道、水利、电力、民航、出租、物流等行业和单位得到了大量的部署和应用, 有效保证了城市化进程。

在我国, 集群通信近年来更是得到重视, 有数据显示, 3年前, 我国就已经建成并运行的基于4种标准的集群通信系统共计58个网络、55个交换机、1500个基站、165000个用户终端。北京奥运会数字集群通信成功应用的影响以及各地“数字城市”建设的需求下, 目前我国数字集群通信网络正在蓬勃开展, 不久的未来, 集群通信将为我国城市建设发挥更大的作用。

从模拟到数字

集群通信早期是专用移动通信网, 早在20世纪80年代就有所应用, 当初主要是由点对点无线电对讲机来完成, 在80年代初发展成为单频道、单基地台的模拟系统, 但只能提供语音通信功能, 此后经过引入多频道共享技术之后, 在1985年诞生了第一代模拟集群通信系统, 即多频道共享的单基站或多基站系统, 每个频道可提供的用户数较多且效率也很高。

但是, 模拟集群通信只能提供语音通信, 对数据、图像等通信服务不能支持, 且在安全性、频谱利用率以及通信容量等方面不能适应用户的需求, 在城市化进程加速的形势下, 城市管理者希望集群通信能够更高效、准确、安全地提供语音、图像甚至视频等信息, 因此, 随着数字技术的成熟, 数字集群通信系统应运而生。

我国引入数字集群通信是在1993年～1994年之间, 首先是摩托罗拉的MIRS, 后改为iDEN, 随后TETRA进入中国, 2003年前后, 在集群通信市场的巨大潜力和为了摆脱国外厂商对国内集群通行市场垄断的情况下, 中兴通讯和华为分别推出了基于CDMA的GoTa和基于GSM的GT800, 目前这四大技术代表了我国市场的主流。

共网与专网并行

频率资源是集群通信网运行之本, 我国集群通信频率开始分配为8 0 6～8 2 1M H z和851～866MHz, 共有600个信道, 由于使用集群通信的部门越来越多、范围越来越大, 在频率紧张的情况下, 我国又分配了350MHz专门供公、检、法、海关、军队和武警等8个部门使用。

但是需求是无止境的, 特别是在经济发达的地区, 城市化的步伐让每个城市中需要建立集群通信专网的部门和单位日益增加, 频率还是不够分配。于是, 集群通信出现了一种新形势的网络形态, 即集群通信共网, 与传统移动通信公网所不同的是, 集群通信共网是指挥调度系统, 是集群通信专网的共用形式。

除了通过频率共用来解决频率紧缺问题之外, 相对集群通信专网, 共网形式在城市建设中更显得符合城市管理者的需求, 甚至可以提升到国家利益层面。

经济全球化促进了先进统一的通信手段的发展, 对移动通信的容量、服务质量及覆盖范围提出了高要求。因此, 欧洲经济一体化推动了GSM的发展, 在集群通信方面推动了TETRA的发展, 全球经贸合作的全球化推动了IMT-2000第三代移动通信系统标准的制定。在集群通信领域, 一个城市的不同行业如交通、旅游、公安等专网各自发展的同时, 随着业务的发展, 必然需要统一的数字集群系统, 以便实现跨行业、跨地区的联动。再如, 城市的应急联通体系需要公安、医疗、交通、气象等部门的联合行动。因此数字集群共网是时代发展的方向。

数字集群共网是数字集群发展而形成的, 但是数字集群专网也不能放弃, 有些特殊的部门如安全、警务等集群通信专网还将长时间存在, 这些专网信息的保密对城市化的安全运转至关重要。国家无线电频谱管理研究所高级顾问何廷润就表示:“数字集群共网虽然可以促进网络的规模化、市场化运作, 但是担负应急、安全、救灾等的集群通信网络是政府公共服务的重要组成部分, 是为保障国家和人民财产安全而存在的, 不能以盈利为目标, 必须让这个专网更专。”工信部无线电管理局谢飞波也表示:“我国通信业应更加关注专业无线应用需求, 不能简单地认为共网可以替代专网, 汶川地震等救灾经验表明, 要改变共网包容专网的思维, 让专网独立存在, 对于专网里的关键业务, 一定要让其更‘专’。”因此, 为了我们的城市更加美好, 数字集群通信必将共网和专网并行。

link北京无线政务网

数字集群通信系统在地铁中的应用 篇8

关键词：漏泄同轴电缆,TETRA,光纤直放站,越区切换,DXT,DMO

作为地铁通行系统的重要组成元素, 无线通信技术因其的特殊优势得到了广泛的应用与重视。数字集群通信为用户提供了资源共享的可能性同时又为用户带来了更多高效、自动化的服务, 方便用户进行室内操作指挥工作、为系统调度工作的有效进行提供可能性, 这一技术在地铁交通建设中也发挥着积极的作用。笔者在本文, 以沈阳地铁二号线作为案例, 分析了数字群通信系统在其中的应用状况。

一、工程概况

沈阳地铁二号线总长度数值是27.16公里, 共有车站22座, 全部为地下车站。该条线路进行调控的管理中心有一个, 停车场 (上深沟) 1处。在地铁行车过程中, 无线通信技术能够为其安全运行提供最基本的通话、呼叫、数据传送等业务的服务, 同时对这个运行网络体系进行管理。沈阳地铁二号线无线系统覆盖范围为全部地下车站、隧道区间, 以及停车场区域。地下车站的设备区、站厅、出入口采用室内天线进行场强覆盖, 地下车站的站台及隧道区间采用漏泄同轴电缆 (简称漏缆) 进行场强覆盖。停车场采用室外定向天线进行场强覆盖。

二、系统应用

沈阳地铁二号线专用无线系统使用的是800 M频段陆地集群无线电 (TETRA) 数字集群装备作为主要的通信系统, 在一号线专用无线系统基础上进行的系统扩容, 在十三号街车辆段控制中心建立联系, 实现各路设备的无线交换, 而这些设备与基站之间是通过星型模式完成连接的。控制中心同时设置集群网络设备及网络管理设备, 以完成系统参数和用户参数的设置管理及系统设备故障告警、事件存档记录的功能。数字集群通信系统其实是对数字时分多址 (TDMA) 技术的应用。通过对数字集群系统应用, 可以实现同一技术平台上指挥调度、数据传输和电话沟通等工作的同步进行。该调度系统包括5个调度子系统:行车调度、防灾调度、环控调度、维修调度和车辆段调度。系统采用欧洲宇航防务集团的TETRA设备。本工程无线通信系统在沿线的22个地下车站设置22套集群基站, 停车场设置一套集群基站。全线共设置23套集群基站, 完成对全线车站、隧道区间及停车场的无线场强覆盖。因医学院站至师范大学站区间较长, 为了保证信号覆盖强度, 在师范大学站设置光近端机, 将光远端机设置在医师区间, 利用光纤将信号拉远, 以完成此区间的场强覆盖。

沈阳地铁采用的是在隧道中间将两根漏缆连接的模式, 使用这种设计规划的原因主要是:在越区切换前后信号均较强, 越区切换平稳;缺点:切换点不可控。经测试, 在隧道区间较短的情况下, 会出现移动台在下一站车站进行越区切换的现象, 上一站信号经直通漏缆传输至下一站车站后才降低至切换门限电平以下, 最终采用降低基站发射功率、调高切换门限电平值的方式将切换点调整至隧道中部。还有一点需要注意, 在使用隧道间漏缆直接连通的方式时, 依次排列的A、B、C三站中, 除B站与A、C两站信号不能相同外, A、C两站信号也不能相同。否则, 当A、C两站信号相同时, 如果基站发射信号较大, 容易在B站造成越站或同频干扰。

三、降级运行

为了保证在特殊紧急情况下, 基站与交换机通信中断时仍能保证有限的指挥调度通信, 欧洲宇航防务集团的TETRA基站还能提供故障弱化功能, 即独立地为本基站内的用户提供基本的通信服务。交换机DXT和基站都会监测彼此的通信状况, 一旦通信中断, 且通信中断持续了一段时间后 (时间长度可设定) , 基站会自动进入单站模式, 并将单站模式的信息广播给基站下的所有移动台。收到本站进入故障弱化模式的广播信息后, 基站下的移动台会自动搜寻按广域集群工作且信号强度足够相邻小区进行登记。如果无线终端找不到按广域集群工作且信号强度足够的小区, 则它应停留在原基站上。

在单站故障弱化状态下, 支持移动台临时登记, 移动台的转组、组呼、紧急呼叫、迟后进入、优先级扫描和通话方识别等功能。

四、结语

综上所述, 地铁无线通信系统网络的良好运行, 必须要借助于数字集群通信系统。数字集群通信系统为地铁固定用户与移动用户之间、移动用户与移动用户之间提供可靠的通信手段, 对于行车安全、提高运营组织效率和管理水平、改善服务质量、应对突发事件提供了重要保证。

参考文献

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[1]王永明.简述数字集群通信系统在地铁通信中的应用[J].铁路通信信号工程技术, 2013, 05:67-68+93.