集群无线通信系统为特殊移动无线电(SMR)系统或专用移动无线电(PRM)系统中的一种,主要是为户外作业的专业公司及业务部门的移动用户提供生产调度和指挥控制等通信业务。由于系统具有易于使用、建立通话快速及保密性好等优点,在铁路运输、船舶通信、港口导航、航空业务、气象预报、森林、矿区作业、公安、电力、石油、灾难救助等众多专用指挥调度通信领域得到广泛的应用。同时,许多国家的政府还为集群通信系统运营者开放执照申请,将其作为公共接入移动无线电系统,除运营者本身使用外还提供公众服务。

一、集群通信系统及其应用

        集群通信系统诞生于70年代末到80年代初。其工作方式类似电话交换系统,通过中央交换站根据需要自动为用户指定信道。
集群通信的基本原理是:由中央控制器集中控制和管理系统中的每个信道,并以动态方式迅速把空闲信道分配给发起呼叫的用户,通话完成后又将该信道收回给等待的用户使用,因此,极大地提高了频道使用率。
集群通信系统的网络为星型结构,便于调度中心对各移动台的指令传输;同时,网络覆盖采用大区或中区制。集群通信系统主要由调度台、交换控制中心、基地台、移动台组成。
在网络系统建设时,一般先建基本系统单区网,然后将多个基本系统相互连接成局域网。基本系统可为单基地台或多基地台,基本结构可分为单交换中心的单基地台网络结构和单交换中心的多基地台网络结构。
在控制方面,集群系统分为集中控制方式及分散控制方式。前者的系统中控制信号传输是由一个专用的频道传输,速度较快,同时,具有集中控制的系统控制器,功能齐全,适用于大、中容量多基地台网络;后者则是在每个频道中既传输控制信号又传语音信号,只有在频道空闲时才传控制信号,节省了一个专用信道,但接续速度慢,不需要集中控制器,因此,设备简单且成本低,适用于中、小容量的单区网。
集群通信系统通常包括诸如群组呼叫、紧急呼叫、发起或接收与公网之间的呼叫等多种呼叫功能;同时,可以为用户提供可靠的通信信道、快速建立通话、优先等级划分、动态重组能力等功能,尤其是在执行紧急任务时,这些功能更显重要。市(县)政府机关可根据不同部门的需要共同使用一套集群通信系统,为如政务、公用设施管理、环境卫生、警务、消防等建立通话系统,而每个部门可以依其任务的需要,建立起符合自身任务要求的特定通话组群,而且集群通信系统具有弹性的扩充能力,因此能够随着业务需求的增加,扩充系统容量及调整系统组态,并且能够持续以软件方式升级。

二、集群通信系统的标准化状况

        1、国际标准
为避免各种不同系统的相互干扰、提高通信质量、追求更高的系统容量和频谱利用率,1998年3月,国际电信联盟(ITU)根据世界各国提交的集群通信系统标准共制订了APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek等七个数字集群通信系统的国际标准。
其中,TETRA原为TransEuropeanTrunkedRadio(即泛欧集群无线电系统),现已改为TerrestrialTrunkedRadio(陆地集群无线电系统),是欧洲电信标准组织(ETSI)制定的数字集群通信系统标准。
这7个标准中:APCO25、Tetrapol、EDACS等三个为采用频分复用(FDMA)技术的标准;TETRA、DIMRS、IDRA等三个为采用时分复用(TDMA)技术的标准;而Geotek为采用跳频多址(FHMA)技术的标准。
另外,按应用场合划分,DIMRS、IDRA和FHMA三个标准主要是供公网的应用;APCO25、Tetrapol、EDACS及TETRA等,则可以同时符合公网和专网的应用。
2、我国的集群通信系统标准
为推动集群通信系统在我国的建设和应用,2000年12月28日,信息产业部正式批准发布了《数字集群移动通信系统体制》的行业推荐标准。
标准主要参照国际标准TETRA(体制A)和Motorola公司提出的美国国家标准iDEN(体制B),确定了两种集群通信体制。体制A面向专用调度和共用集群通信网,体制B主要适用于共用集群通信网。同时标准规定了集群通信系统的工作频段为806MHz~821MHz/851MHz~866MHz,双工频率间隔为45MHz。

三、集群通信系统的发展历程和方向

        早期的专用移动通信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;以后,通过不断发展,形成了多频道、单基地台系统,可以利用多频道提供话音及非话音业务,且功能日益增多;在引入多频道共享技术之后,于1985年发展成为第一代模拟集群通信系统,即多频道共享的单基地台或多基地台通信系统,并于1987年投入商用。多频道集群通信系统的控制器由几个信道形成一群自动搜索可用信道给用户使用,因此,多频道集群通信系统平均每频道可提供的用户数较多且效率也较高。
随着数字技术的发展,集群通信系统已经开始向第二代的数字技术发展,其频谱利用率比模拟系统大为提高,且具有更大的容量。
为了更进一步提高频率使用率,集群通信系统出现了将多个集群系统结合在一起统一管理,共用频道和信道、共享覆盖区域、通信业务、共担费用,朝着公众使用的方向发展。现代的集群通信系统除了具有通话功能之外,还有命令传输、遥测、遥控等功能。
目前市场上较为成功的数字集群通信系统主要有欧洲的TETRA和美国的APCO25两个标准,TETRA的相关厂商在结合无线应用协议(WAP)、网际网络协议(IP)的各个方向,表现出积极的态度,相当具有发展潜力;而APCO25的空中接口有两大特色,一是具有很强的纠错能力,以增强了通信范围,二是持续性的传送识别码及同步加密资料。
从新发展的集群通信系统标准如TETRA及APOC25可以看出,数字集群通信系统发展的一个方向是在传统移动通信的调度功能之外,还提供了类似公用移动电话系统的双工通话和短信服务(SMS),可在多基地台覆盖范围漫游,甚至具有越区切换等功能;除此之外,高速数据通信能力的强化、与IP网络的整合等,也是集群通信系统非常重要的发展方向。