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]：2008-5-2715:15:37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跃着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，则共有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、专网为辅的原则”。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发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，因此分为两个部分来阐述。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发展和基于数据业务的需要，提出要发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。2.APCO-25：APCO-25标准是APCO（美国的国际公共安全官员协会）、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项目，这个标准是针对公共安全领域和政府工作的广大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大专业用户的需求。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，它主要为公共安全部门的用户服务，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安全、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，它提高的频谱效率达到了很明显的水平。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系统则是采用CDMA技术制度的。从话音编码方式来看，1990年前后，在CELP编码的基础上，又推出了新的编码技术，如目前在数字集群通信系统中iDEN采用的是矢量和激励线性预测编码（VSELP），而TETRA采用的是代数码本激励线性预测编码（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达到速率低、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较，供参考。参数TETRADIMRS（即iDEN）TETRAPOLAPCO-25频段(（MHz）350频段380～390/390～400410～420/420～430450～460/460～470806～821/851～866806～821/851～8661500频段80/160频段380～470470～510806～821/851～866870～888/915～933130～200（VHF150）360～512（UHF400）800～941（UHF800）双工间隔（MHz）400频段为5～10800/900频段为10～45取决于系统设计4580/160MHz频段根据需要400MHz频段为10900MHz频段为45VHF150可变或没有UHF400频段为3和5UHF800频段139和频段45RF载波间隔（kHz）252512.5～106.25评估C4FM为12.5CQPSK为6.25基地台最大ERP（W）峰值25未规定25500平均值25250500移动台发射功率（W）车载台10/2.510.4/0.510/1010/10～110/110手持台1/0.253.5/0.172/21/1～5/5小区半径（km）范围3.8～17.55～40（由设计定）8～287.6～35手持台（郊区）3.8587.6移动台（市郊）17.5402835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TDMATDMAFDMAFDMA业务信道/载波初始4611设计容量86,4,3,8,12,等11传输速率（kb/s）366489.6调制方式p/4-DQPSKM16QAMM=4GMSKQPSK-c族(包括C4FM和CQPSK)业务信道结构比特率（kb/s）4.564.264.4差错保护2.6333.17722.8编码算法ACELPVSELP（6:1）RPCELPIMBE电路数据保护的（kb/s）最高为19.27.24.86.1未保护的（kb/s）最高为28.8无7.29.6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：55.5msQ级：111.1msA级：39.8msB级：65.5ms都不用均衡器Q级：不适用无均衡，不需要A级：50msQ级：50ms信道编码具有交织加差错检测的卷积编码具有交织加差错检测和比特优先的多速格形编码具有交织加差错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码安全加密安全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，所以技术思路比较新颖，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，故此不再叙述。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对比，对ITU推荐的7种体制中的TETRA、iDEN和FHMA等3种体制比较有兴趣，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（