谈我国四种数字集群通信系统体制郑祖辉.docx
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谈我国四种数字集群通信系统体制郑祖辉
谈我国四种数字集群通信系统体制
[作者]:
郑祖辉[来源]：
?
专业无线通信?
[时间]：
2021-5-2715:
15:
37
到目前为止，经原信息产业部批准，可以在我国市场上推出的数字集群通信系统有4个，即：
〔1〕2000年12月28日由原信产部发布的“数字集群移动通信系统体制〞所推荐的行业标准TETRA和iDEN。
〔2〕2004年11月2日由信息产业部科技司发布的基于GSM和CDMA技术的GoTa和GT800两种数字集群通信系统的?
通信标准技术参考性文件?
。
由此，在我国数字集群通信舞台上已经活泼着4种体制的系统和网络，这4种体制正角逐着我国的数字集群通信市场。
应该说，它们各有优缺点、各有特点、各有市场定位、各有用处，因此受到了各自喜爱它们用户的青睐。
原信产部特别是无线电管理局对频谱高效使用是十分重视的，因为我国分配给集群通信使用的800MHz频段只有2´15MHz带宽，按照无线电管理机构规定，当时的集群通信频段的信道间隔为25kHz，那么共有600对信道，后来数字集群通信系统也使用这个频段，也按25kHz为信道间隔。
但是对于我国这样一个地域广阔、人口众多的大国来说，600对集群通信信道显然是不够用的。
为此，为了更好地满足有关各部门使用集群通信的需求，无线电管理局又专门开辟了350MHz频段〔共560个信道〕供公、检、法等8个部门使用。
原信产部一直倡导和支持建设集群通信共网〔Commonnetwork或Sharednetwork〕，在无线电管理局连续发布的几个文件中也始终贯串着提高频谱效率这个意图，直到2007年发布的173号文件中还特别强调“建立数字集群通信共网为主、专网为辅的原那么〞。
在这4种体制中，TETRA、iDEN和GT800都是采用TDMA的，而GoTa系统是CDMA的。
而在工作频段占用方面，4个系统都使用800MHz频段，而TETRA还独有350MHz频段。
本文试图对我国的4个系统的概况特别是近年来的一些开展作一个简要的归纳，以供参考。
但为了进一步说明我国数字集群通信的进展，有必要先对国际电联〔ITU〕对数字集群通信系统推荐的体制先做些介绍，因此分为两个局部来阐述。
一、国际电联〔ITU〕推荐的数字集群通信系统的体制
1998年3月ITU专门发布了一份题目为“用于调度业务的频谱高效的数字陆上移动通信系统〔SpectrumEfficientDigitalLandMobileSystemfordispatchtraffic〕〞〔ITU-R37／8〕的文件。
这个文件指出：
由于陆上移动通信的快速开展和基于数据业务的需要，提出要开展采用数字调制的以获得更高效的频谱技术的数字集群通信系统。
在这个文件中提到了“调度业务〞和“高效频谱〞是数字集群通信系统的两个关键点，文中也提到了英文“Trunking〞这个词汇，也就是我们已经译成为“集群〞。
文件中ITU重新强调了数字集群通信的含义。
关于频谱高效使用，众所周知从技术制度来说TDMA是高于FDMA，而CDMA又高于TDMA。
但也不仅是这样，从使用角度出发，还要考虑技术的实现成熟性，和系统与设备的性能价格比。
例如在下面简要提到的ITU推荐的7种数字集群通信体制中就有APCO-25和TETRAPOL两种是FDMA的。
下面是经ITU审核后推荐的7种数字集群通信体制和系统。
1.TETRA：
TETRA〔TErrestrialTrunkedRadio：
陆上集群无线电〕标准是由ETSI〔欧洲电信标准协会〕制定的，它的技术指标和性能能满足广阔的处理应急业务、工业和商业部门的专用用户的使用要求。
2.APCO-25：
APCO-25标准是APCO〔美国的国际公共平安官员协会〕、NASTD〔国家电信管理者协会〕以及联邦政府用户等共同合作的一个工程，这个标准是针对公共平安领域和政府工作的广阔用户的需要而制定的。
3.IDRA：
IDRA系统标准是由ARIB〔日本工商联合会〕制定的，这个标准所确定的技术指标完全能满足应急业务、商业和工业等范畴的广阔专业用户的需求。
4.DIMRS：
DIMRS〔DigitalIntegratedMobileRadioSystem：
数字综合移动无线电系统〕是用于北美地区提供综合调度业务和提高频谱效率的一种方式和措施。
MOTOROLA公司的iDEN系统和它的前身MIRS系统就符合DIMRS体制。
5.TETRAPOL：
TETRAPOL系统的技术指标是由TETRAPOL论坛和TETRAPOL用户俱乐部提出的，它主要为公共平安部门的用户效劳，也能用做其他大型专用网络。
6.EDACS：
EDACS〔EnhancedDigitalAccessCommunicationsSystem：
增强性数字接入通信系统〕系统的一些标准是由TIA〔电信工业联合会〕制定的，它提供的基于EDACS技术指标主要是为目前在全球现存大量的EDACS系统和设备的互通和兼容而制定的。
它的技术指标能满足公共平安、工业、公用事业和商业用户的需要。
EDAC是一个能工作在VHF/UHF，800MHz和900MHz频段，频率间隔为25kHz或12.5kHz的双向集群无线电系统。
7.FHMA：
FHMA〔FrequencyHoppingMultipleAccess：
跳频多址〕系统是由以色列的一个系统评估和认证部门制定的，研发FHMA的主要动机是提高频谱效率，它提高的频谱效率到达了很明显的水平。
FHMA系统主要是瞄准PAMR市场，但它也想进军商业用户。
可见，ITU推的几种数字集群通信系统中大多数采用TDMA方式〔也有少数采用FDMA的〕，而我国的GoTa系统那么是采用CDMA技术制度的。
从话音编码方式来看，1990年前后，在CELP编码的根底上，又推出了新的编码技术，如目前在数字集群通信系统中iDEN采用的是矢量和鼓励线性预测编码〔VSELP〕，而TETRA采用的是代数码本鼓励线性预测编码〔ACELP〕。
当然，还有其他一些新的编码技术，如IMBE等。
这些新的编码技术归根到底是要到达速率低、频带利用率高和话音质量好的目的。
而目前已经有更新的、速率更低〔≤2.4kb/s〕的话音编码技术推出了。
数字移动通信系统对射频调制有一些要求，这些要求是：
〔1〕占用的频带要小；〔2〕误码率特性要好；〔3〕频谱特性要好，带外辐射小等。
因此，后来陆续推出了MSK、GMSK、TFM、GTFM、QDPSK、p/4DQPSK和16QAM等新的适合移动通信使用的数字调制技术。
目前iDEN使用16QAM，TETRA和FHMA均使用p/4DQPSK，这几种都各有其特点。
下表是4种数字集群通信体制技术指标和性能的比拟，供参考。
参 数
TETRA
DIMRS〔即iDEN〕
TETRAPOL
APCO-25
频段（〔MHz〕
350频段
380～390/390～400
410～420/420～430
450～460/460～470
806～821/851～866
806～821/851～866
1500频段
80/160频段
380～470
470～510
806～821/851～866
870～888/915～933
130～200〔VHF150〕
360～512〔UHF400〕
800～941〔UHF800〕
双工间隔〔MHz〕
400频段为5～10
800/900频段为
10～45
取决于系统设计
45
80/160MHz频段根据需要
400MHz频段为10
900MHz频段为45
VHF150可变或没有UHF400频段为3和5
UHF800频段139和
频段45
RF载波间隔〔kHz〕
25
25
12.5～10
基地台最
大ERP〔W〕
峰值
25
未规定
25
500
平均值
25
250
500
移动台发射功率〔W〕
车载台
10/10
10/10～110/110
手持台
2/2
1/1～5/5
小区半径〔km〕
范围
5～40〔由设计定〕
8～28
7.6～35
手持台〔郊区〕
5
8
移动台〔市郊〕
40
28
35
地域覆盖技术
蜂窝信道重复使用
准同步〔同播〕
时间共享传输
分集接收机
蜂窝信道重复使用
分集接收机
蜂窝信道重复使用
同播
分集接收机
时间共享传输
蜂窝信道重复使用
同播
大数判决接收机
接入方式
TDMA
TDMA
FDMA
FDMA
业务信道/载波
初始
4
6
1
1
设计容量
8
6,4,3,8,12,等
1
1
传输速率〔kb/s〕
36
64
8
调制方式
p/4-DQPSK
M16QAMM=4
GMSK
QPSK-c族（包括
C4FM和CQPSK）
业务信
道结构
比特率〔kb/s〕
4.56
6
过失保护
2
编码算法
ACELP
VSELP〔6:
1〕
RPCELP
IMBE
电路数据
保护的〔kb/s〕
未保护的〔kb/s〕
无
分组数据
面向连接
无连接
面向连接、无连接
支持IP和其他网络协议
有
IP〔网际协议〕
迟延扩展均衡能力〔ms〕
A级：
无均衡
B级：
55.5ms
Q级：
111.1ms
A级：
39.8ms
B级：
65.5ms
都不用均衡器
Q级：
不适用
无均衡，不需要
A级：
50ms
Q级：
50ms
信道编码
具有交织加过失检测的卷积编码
具有交织加过失检测和比特优先的多速格形编码
具有交织加过失检测的卷积编码
网络ID用BCH码
数据用格形码
话音用格雷和汉明码
嵌入信号用R/S码
平安加密
平安等级
空中接口加密和鉴权可以出口
加上端对端加密的用户为最高级别的加密
可以实现
有
1、2、3和4类
多算法
有
有
有
多密钥
有
有
有
加密控制
有
有
有
空中重换密钥
可以
可以
可以
切换
有
有
有
有
系统内漫游能力
有
有
有
有
在同一地区内多个运营商〔系统〕设计能力
有
有
有
有
通模式
移动台对移动台
双监视
中继器
集群模式网关
可以实现
移动台对移动台
双监视
网关
移动台对移动台
信道扫描
中继器
集群模式网关
中继器模式
有
有
有
下面再把以色列的FHMA〔跳频多址〕作一个简要的介绍。
FHMA系统是由以色列的一个研究机构研发的，以色列在跳频通信的研发方面一直走在世界前列。
20世纪
70年代他们就推出了供军方使用的具有跳频功能的高频和甚高频无线电台，以后他们又在无线寻呼设备上加上跳频技术，以提高系统的容量。
FHMA系统也是采用了跳频技术，而跳频在这里不是用于抗干扰，而是提高容量，所以技术思路比拟新颖，有其独到之处，它是TDMA和FDMA的混合制式。
FHMA系统于90年代中期在美国和韩国都建过网，工作在900MHz。
当时其合作伙伴是美国的GEOTEK公司和韩国的双龙公司，它们曾联合向我国有关使用部门推广，进行过较强的宣传，但不久相继退出合作，且在美国和韩国的两个900MHz的FHMA网都关闭不再运营。
FHMA的主要技术指标：
〔1〕频段：
900MHz，当时表示可改成800MHz；
〔2〕编码方式：
AMBE；
〔3〕净编码速率：
2.4，4.4，5.55kb/s；
〔4〕调制方式：
p/4-DQPSK；
〔5〕标称调制带宽：
25kHz；
〔6〕信道比特速率：
36.9kb/s；
〔7〕适用场合：
以共网为主。
由于FHMA已不属于我国所选的标准范围之内，故此不再表达。
二、我国的四个数字集群通信系统体制简介
在制定我国“数字集群移动通信系统体制〞推荐性行业标准前，当时我国的数字集群通信标准组经过了分析和比照，对ITU推荐的7种体制中的TETRA、iDEN和FHMA等3种体制比拟有兴趣，尤其对TETRA系统可以说是情有独钟，后经过仔细的分析和研究，最后确定TETRA和iDEN两种体制作为我国数字集群通信系统体制行业推荐性的标准。
由于当时我国自主研发的数字集群通信系统还没有推出，当然也不可能在标准中有我们自己国产的系统标准。
到2003年下半年，我国自主研发的数字集群通信系统——中兴公司的GoTa系统和华为公司的GT800系统才开始亮相，接着这两个公司都向信息产业部申报，不久，这两个系统也成为我国自己的数字集群通信标准。
〔一〕TETRA系统
由欧洲电信标准协会〔ETSI〕推荐的TETRA〔原来是TransEuropeanTrunkedRadio，全欧集群无线电，现在已改称为TErrestrialTrunkedRadio陆上集群无线电〕标准。
它采用TDMA制度，工作频段原定为400MHz频段〔380～400MHz和410～430MHz〕。
800MHz频段的TETRA系统是按照我国确定的数字集群通信频段要求，于2001年开始进入我国市场的。
2003年12月350MHz频段的TETRA系统也开始在我国进行组网试验。
继800MHz频段的TETRA系统在2000年年底被列入我国数字集群通信的标准后，350/4DQPSK数字调制技术。
已成立的TETRAπMHz频段的TETRA系统标准也于2004年6月由我国公安部正式公布。
TETRA系统是一个空中接口信令开放的系统，它采用较先进的ACELP话音编码方式和MoU联合体已普及欧洲、亚洲、美洲，共有100多个成员，其中有十几家公司已能提供整套产品，并在欧、美、亚等洲的一些国家建了网。
〔1〕TETRA系统的最初设计是针对欧洲公共平安的需求所开发的数字集群通信专网，所以它的应用特点是面向各个部门自己使用的专用指挥、调度通信网，而且目前欧盟国家建立的TETRA系统也主要应用于公共平安和警用系统。
TETRA的应用场合也可从其确定的频段中看出来，即在380～400MHz和410～430MHz的两段频率中，有一段是专门用于公共平安的。
TETRA的使用范围扩大到世界各国，为了占领全球市场，ETSI将其改为TErrestrialTrunkedRAdio，成为“陆上集群无线电〞。
它和GSM一样，从“欧洲特别移动组〔Groupof SpecialMobile〕〞变成了“全球移动系统〔GlogalSystemofMobile〕〞，事实上它的所有功能和性能都没有变化。
〔2〕TETRA系统在调度功能上是比拟完善的，它原本设计就是作专网用的，尤其是用于军队、武警、公、检、法等单位。
它有一些功能是iDEN所不具备的，如脱网直通和端对端加密等。
但必须说明，原来在欧洲的Dolphin公司在采用TETRA系统作运营网时把脱网直通功能取消了。
他们认为，作为运营商来说，用户都脱网直通了，运营商就收不到入网费和通话费了〔当然专网肯定是需要的〕。
脱网直通这个功能和对讲机直通工作原理是相同的，现在对讲机工作频段一般为150MHz和450MHz，输出功率为1W，而通信距离才5至6km；而TETRA系统的脱网直通是在800MHz频段，输出功率为0.6W，所以有的生产TETRA系统的公司讲TETRA的脱网直通工作距离仅为1至2km。
另外，脱网直通必须要配置假设干个直通频率，这在欧洲已经在400MHz频段中落实，而在我国是使用800MHz频段，同样也需要配置。
因此脱网直通工作是有条件的，作为公网使用的GSM和共网使用的iDEN系统一般都没有脱网直通功能，其原因和Dolphin公司的共网不采用脱网直通的原因是一样的。
其实，脱网直通这个功能并不难实现。
另一点是TETRA系统的端对端加密功能也是完全按照GSM做的，即鉴权功能加上空中加密〔ETSI制定的标准〕。
在它的上并没有留出可供加密通话的平台和接口，因此要具有真正的加密通话〔有自己的密钥和密码〕功能，实现起来可能比拟困难，但是通数据和计算机连接时，在计算机端口上是可以加上密码和密钥的，所以目前数据倒是能很快能真正的加密。
〔3〕TETRA除了专网外，还正在努力向集群通信共网方向开展，如Dolphin公司曾在欧州建的就是共网，工作频段仍为400MHz；我国北京正通公司于2003年开始建的TETRA系统就是共网。
当然，TETRA系统要从原来定位于做专网改良为作共网，还要进行一些改造和提高。
由于TETRA系统各生产厂商的内部接口都没有统一，因此，当时Dolphin公司只能一个国家采用一个公司的系统，互连互通和漫游就不容易实现了。
这里要多说一句，即很长时间有人一在宣传TETRA的标准是完全公开的〔这种说法已经将近10年了〕，其实ETSI只规定TETRA系统的空中接口是统一的，是公开的，而内部其他接口ETSI并不作统一。
所以这也正是TETRA的一个问题，因为各生产商的TETRA不能实现互联互通，TETRA系统总是缺少了些什么。
虽然TETRAMoU正在欧洲进行几个生产商产品的互连互通试验，但看来要完全实现还得要时间。
其实，TETRA的互联互通从技术上来讲是完全可以解决的，但是由于国家、公司间的政治利益和经济利益，使得各公司谁也不提统一要求。
这项工作的工作量很大，假设没有一定的时间、一批热心的人员和相当的资金是完成不了的，当然前提是各个生产商也要同意和支持。
如果做成，它将对TETRA系统的开展会带来很大的好处。
但也绝非如最近又有人说，TETRA系统的互联互通是最需要解决的关键问题，这又是言过其实了。
事实上TETRA的互联互通如不能很快不解决，也绝对不会影响TETRA的开展，这些人又在“杞人忧天〞了。
〔4〕从中国的情况来看，早在2001年和2002年原MARCONI〔后为OTE，现改为SELEX〕、MOTOROLA和原NOKIA〔现为EADS〕等3家公司的TETRA系统分别在四川成都、湖北武汉和湖北荆州相继建过试验网，尽管都还存在一些问题，但总的来说都已获得信息产业部无线电管理局的测试通过和批准入网，并获准进入我国市场。
在这以后，TETRA在我国的网络建设就逐步开始了。
这几年尽管TETRA系统在我国的建设并不算多，但已经开始获得使用部门的认可，甚至青睐。
目前，我国在公安、武警、平安、铁路、港口、机场、水利、轻轨地铁和电站等行业和部门都先后建了一些大小不等的TETRA网络，至2021年2月底的统计，全国已建有45个TETRA网、900个基站、50个交换机和6.5万个用户终端。
其中北京正通公司的政务共网已是目前亚洲最大的TETRA网，它现在已建有3个交换机，将近300个基站，5.5万用户，估计至奥运会前后，用户可能增到8万，甚至更多。
2007年，上海电信的TETRA政务共网也已建成134个基站并开始运营。
还有一些城市、部门和单位也正在筹建中。
据估计，一、两年以后，TETRA用户终端可能增加到15万至16万。
看起来似乎数量并不多，尤其是和蜂窝网比，那简直是零头的零头。
这是因为TETRA是作指挥调度专网用，而TETRA系统作专网用，网络数量可能很多，但每个网的基站数量和用户数量一般不会太多、太大。
所以到目前为止全世界的TETRA用户终端数量仅一百万多一些，它是iDEN终端数量的二十分之一，或更少。
因此要提高数量就的开展共网，但是TETRA的终端价格又一时降不下来，影响用户购置。
如果建政务共网，大量的用户终端政府可以出钱购置，而要建运营共网，较高价格的终端，运营商又如何去推销呢？
这不能不说是一个矛盾。
可以说，我国将是使用TETRA系统的大国。
因此，可以相信TETRA未来会有一个较大的开展。
〔5〕TETRA正在努力提高数据性能，ETSI曾经提出过TAPS〔TETRAAdvancedPacketService〕和TEDS〔TETRAEnhancedDataService〕两种传输宽带数据的设想。
经过几年的实践，最终选用了TEDS，它是在50～150kHz的带宽内传输约100～300kb/s左右的数据。
TETRA标准的第2版本〔Release2〕，是使TETRA的性能有一个提高。
第2版本的主要目标是两个方面：
一是使附加特性标准化，以建立和改良TETRA在Internet上的许多优点，如分组数据传输、提高话音质量和扩大覆盖区域〔120～200km〕等；二是提供与其他一些网络的互通能力，包括GSM、GPRS、EDGE和UMTS等。
第2版本已确定增加的功能，如双模、真正的加密和使用SIM卡，以及满足亚洲人协议的小型化等。
实际上，由于TETRA系统的内部接口没有统一，各生产商都在改良和提高自己的系统功能，例如，有一些公司的系统已经实现全IP网络，有的在数据传输上也已实现了4时隙捆绑在一起的分组数据功能等。
由于市场的剧烈竞争，TETRA系统功能和技术指标的增加和提高都将是各生产商的主要解决的问题。
〔6〕由于TETRA系统的空中接口标准是公开的，和GSM一样，所以对用户是极为有利的，因为用户可以挑选自己喜欢的价廉物美的，因此在各个制造商中存在着竞争的机制。
实际上，由于竞争，TETRA的垄断也曾发生过。
例如，国内某个TETRA网络在选择TETRA时，曾发生过除建网公司的完全符合网络的要求指标外，其他公司生产的TETRA那么根本符合或者大局部都不符合，不过后来很快就改正了。
按理说TETRA系统的空中接口是完全统一的，但有辩白说ETSI规定是400MHzTETRA系统的空中接口是统一的，现在的800MHz频段的TETRA系统并没有规定统一，可见竞争之剧烈。
由于TETRA系统的内部接口标准ETSI并未统一，这可能对生产商和运营商是不利的，也即国内生产商想和生产TETRA系统的厂家合作生产就得选择，也可能会有一些周折。
前不久，TETRAMoU的一位官员在谈及和中国的厂商进行合作生产时证实，必须确立一个具体的生产TETRA的厂家和一个中国厂家之间的合作伙伴关系，因为各个生产TETRA的厂家都各自拥有自己的知识产权，如和我国信息产业部签订的转让TETRA知识产权协议中，MOTOROLA有3个，NOKIA有2个，而THOMSON〔现为THALES〕有1个。
所以它就像MPT-1327信令的模拟集群通信系统一样，虽然是欧洲的公开标准，但生产MPT-1327信令的集群通信系统厂家之间的竞争从未停止过。
因此TETRA系统的生产商和运营商虽然成立了MoU，但MoU内部的各个厂家之间在联合的根底上也还存在着竞争和利害关系，而TETRAMoU又无权代表各个厂家来处理商务决定，每个厂家都具有独立进行知识产权的商务谈判的能力。
〔7〕当前TETRA的品种开始增多。
各生产商相继推出了一款到几款新型，但总的来说款式还不多。
TETRA的价格相对较高，有的生产商虽已降到600～800美元一台，但还嫌贵。
这实际和产量有关，所以随着TETRA网络的增多，的价格应该会降下来一些，当然品种也会增多一些。
除了TETRA系统和的开发与生产已引起许多公司重视外，对TETRA的应用开发也已引起了众多开发商的重视。
据了解，目前国外有几十甚至上百家公司在做这些工作，如连接应用、和IP的结合、数据库访问、图像传输、与计算机的连接以及中间件〔MiddleWare〕等，但我国国内这样的公司还不很
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