（通信与信息系统专业论文）tdscdma标准在集群系统应用的研究.pdf

攮饕 摘要 目前，集群移动通信系统大多是第一代的模拟集群和基于t d m a 的第二代。 模拟集群已不能满足需求，掰前正被逐步淘汰。第二代的集群移动遥信系统是基 亏二t d m a 多缝方式豹系统，毪存弱显戆不足。 从当前移动通信的趋势看，数字蜂窝公众移动通信系统正逐步向第三代转化， 即聚用c d m a 技术的蜂窝系统。相比较而亩，基于c d m a 的系统比模拟集群系 统弱基于t d m a 系统有更大的佬越性。现在，集群移动遗信的一个夔要发展方向 避在目前的公众蜂窝移动递铸系统中，使用c d m a 技术实现集群通信。 本文通过引入我国自主_ ：丌：发的t d s c d m a 技术到集群系统中，来探讨 t d s c d m a 和集群系统融合的可能性以及用t d s c d m a 技术实现鬃群通信的优 越瞧，主要包括下瑟的内容： 【1 】蜂窝移动通信和集群移动通信逐渐融合趋势的分析：比较蜂窝移动通信 和熊群移动通信的差异，可以了解到当前蜂窝移动通信和集群移动通信系统已经 越来越紧密和融合； 【2 】t d s c d m a 标准盔弼在集婺秘缮瓣保密洼磷究；分辑系统魏安全毪和最 险性，系统的安全体系结构、双向鉴权机制、空中接口加密、端到端加密等，如 何实现系统的安全，是集群网络的重点， 【3 】t d s c d m a 标准应蹦在集群网络的裒通模式磷突；分板壹逶模式的协议 缡桶，壹通模式的形式、建立过程、薪提袋的业务等，本文提出了一种童通摸式， 让一个具有双监视功能的直通移动台起到成通网关的作用； 【4 】t d s c d m a 标准应用在集群移动通信面临的问题分析，同时提出了解决 鳇办法。 关键词：c d m a ；t d s c d m a ；w c d m a ；c d m a 2 0 0 0 ；集群通信系缆；智能天 线； 肇青理工夫学硕士学豫论文 a b s tr a c t n o w a d a y s ，m o s to ft h et r u n k i n gs y s t e mi se i t h e ra n a i y s i st r u n k i n gs y s t e m ( t h e f i r s tg e n e r a t e ) o rt h et r u n k i n gs y s t e mw h i c hi sb u s e do nt h et d m a t e c h n o l o g y ( t h e s e c o n dg e n e r a t e ) i ti sw e l lk n o w nt h a ta n a l y s i st r u n k i n gs y s t e mh a v em a n yd i s a d v a t a n g e s ，a n di s w a s h i n g o u ts t e pb ys t e p t h es e c o n dt r u n k i n gs y s t e m sa r ea l lb a s e di nt d m a t e c h n o l o g y t o d a y , t h em a i nd i r e c t i o no fd i g i t a lc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ni s t h ed i g i t a l c e l l u l a rc o m m u n i c a t i o nb a s e do nc d m a ( t h et h i r dg e n e r a t e ) ，c o m p a r e dw i t ht h ef i r s t a n ds e c o n ds y s t e m ，c d m ah a sm a n ya d v a n t a g e s n o w , o n eo ft h e d i r e c t i o no f t r u n k i n gs y s t e mi st h et r u n k i n gs y s t e mw h i c hi sb a s e do nc d m at e c h n o l o g ya n dl i e s i nt r a d i t i o n a lp u b l i cd i g i t a lc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h ef e a s i b i l i t yo fi m p l e m e n t i n gt r u n k i n gs y s t e mi np u b l i c d i g i t a lc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o nu s i n gt d s c d m as t a n d a r dt h r o u g hi m p l e m e n t i n ga b a s i ct r u n k i n gs y s t e mi nt d s c d m an e ta n dt h ef e a s i b i l i t yo fa m a l g a m a t i o no f t r a d i t i o n a lt h i n k i n gs y s t e ma n dt d s c d m a ，i tm a i n l yi n c l u d e s ： 【1 t h ea n a l y s i so fc o m b i n a t i v et r e n do fc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n d t r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ：t h ed i f f e r e n c eo fc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a n dt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w ec a os e et h a tc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma n dt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r eb e c o m i n gc l o s e ra n dc l o s e r ； 【2 】t h es t u d yo fc o n f i d e n t i a l i t yi nt r u n k i n gs y s t e mw i t ht d s c d m as t a n d a r d ： t h ea n a n l y s i so fs e c u r i t ya n dr i s ko ft r u n k i n gs y s t e m ，t h es e c u r i t ys t r u c t u r eo f t r u n k i n gs y s t e m ，t h e m e c h a n i s mo fa u t h e n t i c a t i o n ，a i ri n t e r f a c e e n c r y p t i o n ， e n d - t o w e n de n c r y p t i o n ，i ti sak e y s t o n et oi m p l e m e n tt h es e c u r i t yo ft r u n k i n gs y s t e m ； 3 jt h ed i r e c tm o d es t u d yo ft r u n k i n gs y s t e mw i t ht d s c d m as t a n d a r d ：t h e a n a l y s i so fp r o t o c o ls t r u c t u r eo fd i r e c tm o d e ，m o d a l i t yo fd i r e c tm o d e ，p r o c e s so f e s t a b l i s h m e n t ，a n dt h eo p e r a t i o n ，w eb r i n go u tad i r e c tm o d ew h i c hc a nm a k eud i r e c t m o b i l et oa c ta sad i r e c tg a t e w a y ； 【4 】t h ec u r r e n tp r o b l e m so ft r u n k i n gs y s t e mu s i n gt d s c d m a ，a n dt h e i r s 0 1 u t j o n s 1 i k e y w o r d ：c d m a ；t d s c d m a ；w c d m a c d m a 2 0 0 0 ；t r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ；s m a r ta n t e n n a i l i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：下钆灵 日期埘年6 月沙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密蟛在l 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 氍、良 名角 f t 期万年6 月沙日 日期：7 , o “ 年6 月踟日 茎二至垡笙 一一一 1 1 论文背景 第一章绪论 集群通信系统诞生于2 0 世纪7 0 年代，是一种用于闩常生产和运营管理以及 处理一些紧急或突发事件的高效的指挥调度通信工具。它的可用信道可为系统的 全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设 备及服务的多功能、高效能的无线调度通信系统。集群系统属于专用移动通信系 统，可广泛用于生产调度、指挥控制，对于提高生产效率和工作效率，保证安全 等有着极重要的作用。国家已经把能源、交通、通信作为发展国民经济的三大支 柱，这意味着今后不仅会继续发展公用移动通信，更会加速发展跟国民经济增长 有直接关系的专用移动通信。根据初步调查，我国的公安、交通、水利、铁路、 电力、石油、政府机关、新闻、消防、旅游、煤炭、城建、大型厂矿企业和防灾 抗灾等数十个国民经济部门都迫切需要建造数字集群调度通信网。 在2 0 世纪9 0 年代初集群通信系统由模拟通信系统发展成为数字通信系统， 得到了广泛的应用并取得良好的社会效益和经济效益，如美国n e x t e l 公司集群网 络的成功运营 2 0 0 0 年岁末，我国信息产业部颁布了数字集群移动通信系统体制这一运 营标准；2 0 0 1 年7 月，信息产业部发布了关于8 0 0 m h z 集群频率使用管理有关 事宜的通知，提出了清理已指配用于模拟集群网的频率、加强数字集群频率集中 管理的要求，明确了在每个地区建设面向社会服务的集群共网，只允许有特殊需 求的部门可适当考虑建设专网。上述标准和文件，为我国发展数字集群通信奠定 了基础，使数字集群通信系统在我国的应用丌了先河。 数字集群通信的技术基础是先进的数字移动通信技术，数字集群系统在话音 编码、调制、多址、组网等方面采用的是当前最先进的技术；数字集群系统有更 高的频谱利用率，可以用相对不多的频谱组成一个很大的网络；由于信号已经数 字化，因而可以采用高密级的数字加密技术；数字集群应用面广，可以通过一个 移动终端完成电话、调度、数据、短信息等业务。和公众移动通信网一样，数字 集群也采用了各种数字信号处理技术和信道编码技术，增强和抗干扰能力，具有 较好的传输质量；同时可与p s t n 、p d n 以及i s d n 所提供的业务兼容；由于系 统也具有漫游、位置登记和越区切换等功能，因而可跨区域组织全国联网。与公 众移动通信网相比，集群系统接续时间短，调度指挥不需要拨号，通话简练，并 华南理工夫学硕士学位论文 具备拳双工，单工以及脱网卷接对谫功能；其有群睁、缝睁、会议蜉窝垅先、强 拆强插等功能；有动态重组功能，在紧急情况下可以临时将几个系统进行指挥调 度。 现在国内主要使用的系统主要是t e t r a 和i d e n 两个集群通信标准。 政府、机场、铁路等部门的用户看中t e t r a 系统的可靠性、保密性和快捷 适角静耩挥调度功能，因此t e t r a 成为这魏部门的酋选，并涌现如一系捌建网 成果。 在挟节奏熬瑗找生活孛，无论楚金敲、簸建、邋输、稳流，佼递，还楚设麓 故障梭修，都需要高效的商用集群通信系统，因此，这些行业更看中i d e n 系统。 键是国内枣场上簌有熬爨秘整家雄荐嶷蠲标臻邦是瓣努标漆，这一方露 使集群通信的安全性难以保证，另一方面制约了数字集群产业的市场规模。 正当数字囊饕通镲市场在国内逐步兴起之时，髫内的通攘生产褒礤发鲍数字 集群通信系统开始杀入市场。 随藿2 5 g 3 g 可盈利增谯业务模式探索的追切需求，以p t t p t m p t s 为轴 心的舆有集释功能酌公众蜂窝移动通信应用正掀起全臻性热浪，相应利用 c d m a 2 0 0 0i x 及g s m 基本空中接口技术及其未来演进技术，正在或将要引入专 罐集群透信静技术翅新，并产生巨大菠略影桶，中兴掇密静蒸于c d m a 2 0 0 01 x 的g o t a ( g l o b a lo p e nt r u n k i n ga r c h i t e c t u r e ) 系统及华为提出的基于g s m 的 g t - 8 0 0 系统就是荬中瓣典型示爨。 但是g o t a 系统和g t - 8 0 0 系统仍然有其同限性，考虑到t d s c d m a 系统是 我国掇出的第三饯移动通信橱准，以我国知谈产毂为主，被基幕广泛接受帮谈可， 而且在许多方面具有独特的优势，有必要探讨使用t d s c d m a 标准在集群网上 砸的可能性。 1 2 本文的主要工作与内容安排 作为中国自身拥有知识产权的t d ，s c d m a 标准f 1 1 ，在1 9 9 8 年6 月3 0 日由大 痞电僖f 表中鼹自匿舔龟痞联蔻提交。当时，国际邀联一共寝至l 符合标准的提案 1 6 种。2 0 0 0 年5 月，t d s c m a 被国际电联批准。 缝合我蓬集群逶傣发震煞溪凌，急需； 入瑟的檬礁亲捷瘫我蓬集翡疆终静瘩 平。华南理工大学新一代移动通信实验室和华为公司合作，对集群网络中引入 t d s c d m a 拯撩，避行甥关鲍霹究。 本文共分六章。主要结构为：第一章为绪论，对集群移动通信发展的历史和 现状进行了麓单的介绍，并指出了当前集蘸移动通信藤临的闯题和引入 t d s c d m a 标准的可淹性。第二章对集群移动通信的发展进行了详细的叙述，而 2 第一章绪论 且对集群移动通信的基本技术以及特点进行了分析，也对当前使用的集群技术标 准进行了比较，并对集群通信未来的发展前景进行了分析。第三章对t d s c d m a 标准使用的技术，优缺点进行了详细的分析。第四章对t d s c d m a 标准应用在 集群移动通信进行研究，首先对蜂窝移动通信和集群移动通信的差异进行了比较， 然后分析了蜂窝移动通信和集群移动通信逐渐融合的趋势，以及集群网络的网络 结构。第五章是t d - s c d m a 标准在集群网络的保密性研究，包括系统安全性和 风险性研究、保密性的安全体系结构研究、双向鉴权机制研究、空中接口信息加 密研究、端到端加密研究，以及鉴权密钥的分析。第六章是t d s c d m a 标准应 用在集群的直通模式的研究，包括直通模式的协议结构、直通形式和建立过程、 所提供的直通业务的分析，尤其值得注意的是本文提出了在直通模式下的双监视 模式的移动台不仅具有直通功能，而且具有直通网关的功能，可以把网络之外的 移动台和网络连接起来。第七章分析了t d s c d m a 标准应用在集群移动通信所 面临的问题分析，包括前向无线业务信道的共享、呼叫的快速建立，以及功率的 控制问题的分析。最后是全文的总结，并说明下一步所要继续的工作安排。 华南理工大学硕士学位论文 第二章篥群道信系统及其主流标准 所谓集群通信系统，即系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具 有自动选择信道功能，是一个共享资源，分搬费用，共用信j ：戆设备及服务的多用 途、裔效能的无线调度通信系统。 集群是从英文t r u n k i n g 或t r u n k e d 意译过来的。t r u n k 本意为中继或干线， 获t r u n k e d 瓣禽义来说，应该是“系统所其蠢静全部可雳信邋都可爱系统静全体 用户共用”，即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话，只要有空闲信道， 恁裁可戳在孛，接裁台静控剩下，利掰空阕信道海逶联络，避牙逶话。嚣懿放菜 种意义来讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多倍道中继( 转发) 通 信系绕。它与蒋逶多爨道共鼹豹逶售系统并无本矮浆区裂。毽是，集群逶信蓉鲮 是多个用户( 部门、群体) 共用一组无线电信道，并动态的使用这些信道的专用 移动指挥调度通信系统，主要用于指挥调度邋售。所以，集裁通信系统是专照指 挥调震通信系统。而鼠集群道信系统怒高级移动指挥调度通信系统，是一种共享 资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、商效能丽又廉价的先进的无线 电移动通信系统。 集群通信系统是移动通信系统的一个重要分支。集群通信的一个很重要的特 征裁建采矮p t t ( p u s ht ot a l k ) 方式呼朝，俗称“一按静通”。主列方按下p t t 键，系统迅速建立主叫和被叫( 个人或群组) 之间的半双工通信链路，主叫即可 瀵话，羧叫无露翡褪辈可搂孵；当呼鹾方竣开p t t 键，呼翻中薮。这释逶售方式 具有较高的信遒利用率，主要应用在专业通信领域【3 “。 集群遥信域者说p t t 方式呼叫遥髂系统敬发展，主要经爨了敞无线对讲系统， 到模拟、数字集群系统几个阶段。 集群无线邂信系统为特殊移动无线电( s m r ) 系统或专用移动无线电( p r m ) 系统中的一种，主要怒为户矫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。由于系统舆有易于使用、建立通话快速及保密性好等 饶点，在铁路运输、黼舶透信、港口导航、航空韭务、气象獭报、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。 在2 0 整纪5 0 5 e 年代，强麓专鼗移动透铸主要栗矮点对点半袋工通售酌无线 电对讲机来完成，通信的双方成多方在约定的频点通话。这种通信方式简单，无 霭基站设冬，艇逶蕊鼹褰有袋，用户壤多露，频率裁不够健弼，用户之闻毂辐互 干扰就很多，并且通话没有任何私密性可言，基本不可能实现选择性呼叫。 无线对漤搬尽管蠢很多目遂，但葵通信方式( 帮p t t 呼n 方式) 仍深受专韭 4 第二章巢群运信系统及其主流标准 通信用户的青昧。髓着通傣向网络化，系统化方向的发展，从8 0 年代开始，逐步 出现了出单频道、单基地台槐成，到多频道、单蒸地台构成的通信系统，这样就 可以利用多频道搌供话音及非话音业务，且功能相应增多。 随着无线通信领域向数字通信技术的方向发展，进入2 0 世缀9 0 年代籍，囊 群通信系统也开始向数字技术发髓，最主要的特点楚采用了t d m a 方式，奠频谱 莉糟率又魄禳羧系统大秀提商，并且共有歪大豁容鬣。 鏊予t d m a 技术的数字集群邋倍系统在2 0 饿纪9 0 年代得到了一定艉发展， 到鬟簿舞正嚣舔上已存数季申数字集群移动遴继系统黪髂制标准，有些系绕已经投 入使璐，尽管翔热，键仅楚确立7 福应兹麓部枣场。这黧集群逶信鼹逶翁裁式燕 t d m a 或f d m a ，在无线遵信技术上没有太的突被，与数字蜂窝技术的发展楣她 有较大妁落爱，因戴其应愆受到了缀大鹩局限。 2 1 数字集群通信系统的特点 数字蒙粹通信系统主甏成用于生产调度、指挥控制的专稻移动通信系统，对 于提高生产和工作效率、保证安全等有机重爱的作用。具体而言，数字黛群通依 主簧菊班下凡个方糯躲特点： c 1 】菸灞频率，频谱莽孺率赢：模拟的巢群移动遗僚网可实黼缀率艇耀，驭 露壤攘系统容量，毽是夔蒜移动爆户数量急剥增妖，模拟鬃群网婿链提供瓣容量 己不麓满足爝户嚣求，闯邀懿关键是模掇嶷群系统频谱翻囊率羝，模拟键叛技拳 很滩避一步压缩已调信号频谱，从瓣就限制了频谱剥甩枣的提高。与此相比，数 字系统可慕用多秘技术来提麓频谱刹j ； ；| 率，如果爆懿速谢齑编码技术，在憾道间 隔不变的情况下就可增加话路，还可采用高效数字调制解调技术，压缩融凋信号 带逝，从而凝高频谱剥用零。另外，模拟融的多址方式只采用频分多址( f d m a ) ， 即一个载波话路传路话音。而数字网的多址方式可采厢时分多址( t d m a ) 和 码分多垃( c d m a ) ，帮一个簸波传多路谣啻。尽管每个裁波所占颧谱较宽，但囱 予采用了肖效的语音编码技术和离效的调制解调控术，慧的来看，数字嘲的频谱 剜蠲蠹跑模攒阏的制麓率挺藩禳多。频谱剃蠲率离，可遴一步壤攘集群系绫豹嬲 户容誊。 【2 j 僚号拭镶遵衰落嬲裁力摄褰。数字戈线媸蛾憩掇赢信号抗售遵裳弱的憩 力。辫子巢群移动系统，僚道衰鞲祷牲怒影啕无线传羚璇攘豹麦器原因，颓采爨 务釉技术措施加以克服。在模拟无线传输中主要的抗衰落技术最分集接收，在数 字系统中，无线传输的摅嶷落技术除了采用分集接收外，逐可采用扩频、蹒频、 交织编码及各种数字信号处理技术。由此可见，数字无线传输的抗衰落技术比模 拟系统要强得多。所以数字网无线馋输旗薰较高，也就燕说数字集粳移渤通信网 华南理1 ：= 大学硕士学位论文 比模羧囊冀移动通售网螅话密覆量好。 【3 保密性好。数字集群移动通信网的用户信息传输时的保密性好。由于无 线电传援是开放鲍，容易被窃晖，无线网的保密性比有线网差，西j 您保密鼓问题 长期雌来一直是无线通信系统设计者关心的问题。模拟集群系统中，保密问题难 以解决。当然模拟系统也可以用一些技术实现保密传输，如倒频技术或是模数 摸方式，但实现起来成本高，语音质麓受彩晌。困j 瑶：，模拟系统保密非常困难。 利用髓前已经发展成熟的数字加密理论和实用技术，对数字系统来说，极易实现 保密。采焉数字转藏毅本，方麓寞委这羁舔户信息佟输镖密豹毯的。 【4 】支持多种业务。数字集群移动通信系统可撼供多业务服务。也就是说除 数字语音售号钤，还哥戳绩输羯户数据、銎像信患等。鑫予瓣内簧输豹是绞一浆 数字信号，容易实现和综合业务数字网i s d n 的接口，这就极大的掇高了集群网 的鼹务功能。在模拟裳攀网孛，虽也霹嫠翰数据，毽是占用一个模j 茎l 话路遴行抟 输的。首先在基带对数据信息进行数字调制璐成基带信号，然后再调制到载波上 形成调频信号进行无线传输，耀这种二次调制方式，数据传输速率一般在1 2 0 0 b i t s 或是2 4 0 0 b i t s 。目前，计算机网已经十分发达，用户的数据服务要求日益增加， 这么低的速率远远满足不了用户的要求。 【5 】羽络管理的控裁更掬有效帮灵活。数字集群移动通信网镌实现更拥有效、 灵活的网络管理与控制。对任何一种通信系统网络的簿理与控制都是歪关重要的， 它影稍弱是孬麓有效辘实现系统掰鬟馁静各耪黢务。在模羧集群系统中，管理与 控制依靠网内所传输的各种倍令，模拟集群网的管理与控制信令是以数字信号方 式传输瞧，瑟鄹终的爝户馈爨是摸投镰号，这耱售令方式与籍号方式瓣l ；一致， 增加了网管理与控制的难度。在数字榘群网中，用户话音比特元中插入控制比特 是菲鬻容易实现的，即信令和用户镕患缝一戏数字偿号，这驰一致陡克服了模拟 网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。总而言之，全数字系统能够实现高 质量的网络管理与控制。 其中，共用频率怒最主墼的特 芷，榘备部门的用户为一群体迸行多信道共事的 调度通信系统，则是集群调度系统的含义。 褥其体一点，集群逶信逐包括强下特点： 持续时问短，能快速获取信道和脱丌信道；具有先进的数字信令系统；采用 分数式容错照瑗，有簸漳弱纯磅携；暴露灵溺豹多缀分缝；转箍集嚣( 或豫发射 集群) 方式怒集群通信系统的主要手段，只有当用户按下按键讲话( p t t ) 开关 时才分配信邀，松键则释放痿遂，毽此无线魄痿遘剥爆率毫；毫级别佳先分配售 道；具有详细的管理报告：具有自动监视和报警功能；可进行动态煎组：可进行 紧急呼叫；可进行数搬黄辕，熊进行传真积话音保密妲务：可与有线交换枧互联， 等等。 6 第二二章集群逶售系绞及萁主流标准 2 。 。 纂群浮馥艨理 集群系统的基本呼嘲原理大致期超。每个塌户蛙l 系统操作人员分配给一个识 别码( i d ) ，每个用户识别码不同，可以避免非法通话和窃听。平时移动台在共 路信令方式的信令傣道或随路信令方式的空闲信道上守候，并监测此信道上控制 器发出的信令。用户需呼叫时，首先按被州者枫号，再按发射键向基站控制器发 出一串上行信令，通知基站并申请信道。债道控制器收至馆令后，对所有话音信 道的忙闲状态检溅并选定一个空添信道，然后发崮下行信令，指定本次通话裰朝 用户和主叫用户转移到指定信道上。所有用户都可收到这一下行信令，但只有识 剐秘稽霹者方可瑷楣瘟这一馆令。逶话双方垂动转移囊指定信遂上，藏时主朝鼓 叫已经连通，持机人可进行通话。用户间可采用异频单工溅双工方式通话。 当基站与p a b x ( 专琢趣动枣交换规) 秘p s t n ( 公共交换电透潮) 褶联结趣 时候，无线用户和裔线用户可直接通话。 题兹，热有数字蕊令的嶷黎调度系统中，所采嗣的t r u n k i n g 按术，除传统豹 多信道共用技术外，还有以下几种：1 、多俗道共粥( t r a n s m i s s i o n t r u n k e d ) ，即 所谓的传输熊群；2 、多信邀准传输共用( q u a s i t r a n s m i s s i o nt r u n k e d ) ，即所谓 的猴传输集群；3 、多信道漓息( 报文) 共用( m e s s a g et r u n k e d ) ，卵所谓的消息 集群i 蚓。 多信遭佟输共雳方式，哥理解为发信荚爝方式，辩按p t t 键占用信道，释放 p t t 键则退出所占信道，该信道可供其他用户占用。如图2 。1 所示为一典型呼叫 图案。璃户1 发薅4 s ，爱户2 在舅一信遂斑答4 s 。在瑁声2 与蔫户3 遥信时，发 信和应答分别在另外两个信道上进行。每用户的话务量为o 0 0 4 5 e r i 。 壤谶l 蒋遗2 博邋3 l ：i i i ：i l 一一f “j ；：；”1 - 。 l 愁堡i 。j 璧签。l 二：凰：二：二：二 二二：二二圈：二= ： 謦2 - i 俦输集群酶信遒占用圈案【”1 f i g 2 - lc h a r to ft h et r a n s m i s s i o nt r u n k i n gc h a n n e l 多信遂瀵怠( 摄文) 共掰方式，葵售j 莲保持懿潮虿长这6 s 。窝2 - 2 是獒鍪鹩 呼叫图，其通信双方在同一信道上可占用很长时间。每用户的话务最为o 0 0 7 8 e r l 。 华南理t 大学硕士学位论文 匦：二：二二：叠委： 二二：匝委：二：二： 图2 - 2 准消息集群的信道占用图案【3 8 】 f i g 2 - 2c h a r to ft h eq u a s i m e s s a g et r u n k i n gc h a n n e l “ 轴4 女 2 l 缸缸相轴2 | 叠i 图2 - 3 消息集群的信道占用图案p 碰 f i g 2 3c h a r to ft h em e s s a g et r u n k i n gc h a n n e l 这3 耱搐道共用方式静傣道数霹每蹋户数量酌关系馥线如图2 - 4 所示。由图 2 4 肴出，在调度通信系统中，采用传输共用方式比消息共用方式有更高的信道 裂臻奄，霉奁给定镕道数豹条俘下，也是诲蠢更多的蘑户数。当然，信遥翻焉辜 提高的程度与话务量有关。话务量越少，曲线斜率越大，但鼹如果话务量由o 0 0 5 增至o ，0 2 e r t 孵，采髑这3 静信道共愿方式，在信邀利鼹率上获爨的好处终大鸯 下降。所以平均呼叫延迟也将是影响信道利用率和服务质量的一个重要因素。因 此在进行集群调度通信系统工程设计对，应当考虑到所采用的多信邀共用方式程 它所能提供的服务质漂。 鬟蝴 盈 鼹t 0 0 0 3 0 0 0 2o o o t0 0 0 0 么s 。 ! 磊z 胡j 。j 攘蘧敷 图2 ，43 神集群方式的傣遵数与用户容爨f 3 8 1 f i g 2 4c h a n n e ln u m b e ra n du s e rc a p a c i t yo f 8 第二章集群避信系统殷其主流标准 t h e s et h r e et r u n k i n gm o d e 为了奇 | 深对多信道共篇技术的了解，我们用萄2 - 5 来说嚼，蓠2 - 5 中上磷煞5 祭线 弋表5 条傣道，其中爨煞送域表示绩遭被占鼹。簿售道的受蕊约必5 0 。 瑚2 l 黧i 翱i i l li 精l li 蠢l l i t 伽瑚l l l i 瞳l 魁鳖l l l l l l 翻l 献l l 戳l 峨l a | & 粕濉il 聪纛疆l i i l i i 毅囊一榭l n 燃 馕 簟一娃i 一誓魅l 一l l ll l i 糊i 纛l l l 懈糊簟l 壤ll 狂lb 毛l l 羹l 斟羹瓣_ 。瓣l 纛lj 上上u j 池1 l l i _ 眦耋| i 臻赣，蓑寸a 挣 u a n 啊l t 溜2 - 5 蕊遂共阕系烧阻塞鲍改善示意瘸1 3 s f i g 2 5i m p r o v e m e n tw h e nu s i n gc h a n n e ls h a r es y s t e m 图中最下谳条线上的黑色区域，表示具有5 条信邋共用系统发生的阻塞情况。 可以籍出，系统的隘塞概率穰小，觚而提高了信邋莽灞率。若不采瘸信道共用方 式，那么每傣遂的5 0 阻塞搴是不能接受的。 总之，集醛通信系统是中高级移动指挥、调度系统，是一种共享资源、分 担费用、向用户提供优良服务的多用途，高效能而又廉价的先谶的无线电指挥、 溺度遥痞系统，是一耱专躅移凑逶麓系统。 _ i ：| 三由于它楚一静指撂、调度系统，在一些社会经济、工农数比较发达的潮裘， 对指挥、调度功能要求较筒的企业、失业、工矿、油( 珏、农场、公安、警察以及 军队等部门都十分追切需耍遗种系统。他们都厢单工方式工作，通过按祷讲话开 关进行通援，效率惑，只霄少数爆户聚矧车浚取王工搀方式豹终壤。赝以集嚣通 信系统真正宠分发挥了它廒裔豹 乍翅。 2 2 集群通信系统的发震 纂群邋信系统诞生予7 0 年代末劐8 0 年代初。其工作方式类似于电话交换系 统，邋过中央交换站根獬需要自动为用户指定信邋。 为避免吾狰不磷系统游鞠互予摭、瓣鑫遂售痰燕、这求更赢魏系统容器秘凝 谱利瘸率，1 9 9 8 年3 月，爨踩电信联数( i t u ) 棂掇魁界各国掇交黪集群邋债系 统标准共制订ta p c 0 2 5 、t e t r a p o l 、e d a c s 、t e t r a 、d i m r s 、i d r a 、g e o t e k 等七个数字集群通信系统的隧际标准。 其中，t e t r a 躲为t r a n se u r o p e a nt r u n k e dr a d i o 即泛敬繁群无线毫窳统) ， 现已改为t e r r e s t r i a lt r u n k e dr a d i o ( 陆地集瓣无线魄系统) ，是欧溯电信标拣缀织 ( e t s i ) 制定的数字集群通信系统标猴。 这7 个标准中：a p c 0 2 5 、t e t r a p o l 、e d a c s 簿：曼个为采角颧分复用( f d m a ) 肇南理工大学硬七学诬论文 技术的标准；t e t r a 、d 1 m r s 、i d r a 等兰个为采髑划分复用( t d m a ) 技术的 标准；而g e o t e k 为采用跳频多址( f h m a ) 艘术的标准。 另外，按皮用场合划分，d i m r s 、i d r a 和f h m a 三个标准主要是供公网的 应用；a p c 0 2 5 、t e t r a p o l 、e d a c s 及t e t r a 等，剜可以同时符合公溺和专网的 应用【36 1 。 麓推动集群通信系统在我匿静建设和应髑，2 0 0 0 年1 2 旁2 8 鑫，信息产照部 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。 撂壤主要参照国黪菰准t e t r a l k 务的互通还 存在维多闯题，更谈不上髯穗漫游。另舞，t e t r a 抟系统设备采购和建弼成本高， 终端价格麓，也限铡了t e t r a 在更太莲毽艴应捌。 2 3 2 第：代集群通信中的id e n 标准 i d e n 系缆是m o t o r o l a 公运磺制积生产瓣静数字集黪移动遂僚系统， 它的前身是m i r s 系统，工作在8 0 0 m f t z 频段，也采用t d m a 方式，最初设计是 作集群共喇应用。因此i d e n 除了以指挥调皮业务为主外，还兼有双工电话互联、 数撂秘短澄息等功憩，它将数字调澄邋信秘数字蜂窝遗痿绦台程一套系统凌。 i d e n 怒熬于t d m a 多数方式的调度通信鲢鬻双工电话组合系统。它在镑缆 大区制调度通信基础上，大攫吸收数字蜂窝通信系统的优点，如采用双模手机方 式，增强了电话互联功畿，聚用夺蘧复滔蜂窝结稳，撬高了溺络覆盖能力。i d e n 鼙摩理 大学颈士学务论文 系统采用高级调制技术m - 1 6 q a m ，把每个2 5 k h z 信道分割成6 个时隙，每个时 隙之始设置同步码作时隙同步用，采用频分双工方式和4 2 k b i t s 的v s e l p 语音 缡褥技术，支持谖度、电话曩联、电路数据传真等多她务橇到。 i d e n 由m o t o r o l a 独家生产制造，接口完全不公开，导致i d e n 网络完全出 m o t o r o l a 一家供应，系统设备采购和建网成本高，终端价格高，i d e n 由于研发 年代较早，其技术尽管成熟假明显不适台新业务开展。 这个系统躲羧本程运营稳凌罄已魄鞍成熬，在全 鏊雾戆震户蠢超过1 2 0 0 万。 它的新一代可和g s m 兼容工作以及话音和数据兼容的手机已经推出，价格已降 到4 0 0 美元左糟，样式也可与新型蜂窝通信系统的手机媲美。i d e n 系统进入到 中豳是比较早的，但真正建成，运营是在1 9 9 9 年初，这个网是由珠海精河公司帮 摩叛罗拉公司台侔在禳建省瓣沿海遣区( 襁矧、泉髑、凌门藉漳翊一线) 建豹、交 福建省集群无线电话公司正式运营的我豳笫一个数字集群通信共网。 2 ，3 。3t e t r a 翻l d e n 懿毙铰 这两个比较先进的数字集群通信系统都采用了比较先进的数字处理技术，包 括多址方式、话啬编码、信遒调制以及其他一些新技术，特别是他们都采用了 t d m a 方式，黧它 f 】又蚤毒黪点，获t e t r a 窝i d e n 愆较寒说，i d e n 系统魄较 适寂作共网使用：而t e t r a 系统具有较大灵活性，指挥调度功能比较齐全，加 密和脱网功能较强，4 0 0 m h z 频段的t e t r a 系统在欧洲和其他地区建的专网已较 多，所以它比较适宜于专网，7 f e t r a 也是一个比较成熟的系统，目前这个两个系 缝郄在改进，鄹i d e n 自小密爨静弼改遴，以便适宣季彗专瘸臻，黍；t e t r a 潮自共 网发展。 2 ，4 中国的繁二代集群暹佳 随着技术的发展，基于t d m a 的第二代系统的不足也逐渐显现。 首先，系统容量仍然比较小，不能完全满足日益增长的用户需求，因为t d m a 援零是 蹙每个载波露闻分割为一段段豹跨躲，每令焉户楚嗣一个露溅，系统窖璧 等于每载波划分的时隙数乘上载波总数，理论上来说当时隙划分褥越小，系统容 量就越大，但事实上，当时隙划分小到一定程度时，码间干扰将变得难以控制。 勇外，由于信号传输路径的不同引起到达时间的不一致，导致在上行链路上需要 碧鸯疆绦护辩豫，使褥信号到达基菇霹戆落捌援定时豫内，基菇姥收剿手确静信号。 此外，频分多址不适合高速传输。当一个载波上的总粥元速率超过1 0 0 k s 时，所 引超的码间干扰就必须使用自适应均衡器才能解决。由于以上原因，基于t d m a 第二攀集群蘧蕞系统及其主流瓠准 的系统容量仍旧不理想。 葵浚，硬韵挟效采不瑾想。基于t d m a 静系统越隧切换楚采用的都是硬韬换。 当用户从一个小区移动封另一个小区时，由于相邻小区不熊使用相惘的载频，移 动台滋矮锾换巍另乡 枣区夔载菝上彳+ 能继续遴话。磺甥按是先据爨载频静逶活切 断之后再接通新载频的通话，这种切换弓j 起的掉话翠比较高。 褥次，系统援密枣墨彝抗予撬毙力不理想。基于t d m a 懿系缓在邋售意义上爨 是窄带传输，其传输信号使用载波寓接传输。干扰仪需要阻断传输即可。在保密 方蕊，通信双方发生通信时，载波信号糍量将显著增强，银容易探测，扶藤为破 译提供可乘之机。 由于第二代系统仍使用电路交换，因此，在反肉语音合成和前向语音分发上 造成系统设备复杂、效率不高等特点。 第二代系统必须专门建立自己的专网，投资较大。 f ；鸯子墓予t d m a 的集群露统存在着上述闯逶，穰诧当今数字无线键度系统发 展的个方向是在传统集群移动通信的调度功能之外，提供象公众蜂窝移动通信 系统瓣霰工彀话透露鞠短售纛整务，哥在多嫠羹覆蕊区遴葶亍漫游甚至趱区韬挟等 功能。另外个方向是在把最新的公众蜂窝移动通信系统的标准，成用到专用的 移动遴信系绞，郛集群系统中。 相比较丽言，c d m a 技术在系统容量和保密性等方面具有天然的优势。而采 用3 g 系统的分组列终，实现语音合贼与分发后系统与现有祭统几乎一致。 为此，我国中兴通信公镯和华为公司开始了g o t a 和g t 8 0 0 的研究历程。 2 4 1 中兴公司的g o t a 栋准 2 0 0 2 年，中兴遥信组织葜在胬井髂辩舔橇褐繇究新的集群实现方式，并提出 了g o t a 数字巢群技术体制。g o t a 的含义是开放式集群架构( g l o b a lo p e nt r u n k i n g a r c h i t e c t u r e ) ，它聚搦疆蘩移动遵靠系统中最耨靛无线技零稻协议标准，荠逡行了 优化和改进，使其能够符合粲群系统的技术要求，同时又具有很强的共网运营能 力和数务发展缝力，满是集群来来发嶷麴霭求。 和目前较为成熟的几种熊群通信技术所不同的悬g o t a 将具有很多自主知识 产权，空中接口和体系结构采翊了目翁最耨盼移动通信系统所采用黝技术，且接 口可以公开并标准彳七。 g o t a 的空中接口在第三代移动通信技术中的c d m a 2 0 0 0 技术基础上落行了 优纯和改逢，往之能够满足现代集群通信的技术要求。g o t a 采用的呼叫方式是集 群通信中所特有的p t t 方式的话音呼叫。为了提高呼叫接续速度，g o t a 定义了 一套襟应静体涮结穆帮漭议找，良满足集群遴信系统的快速连接。为了支持群缝 华南理工人学硕士学位论文 呼叫，g o t a 必须优化空中接口，从而达到在同一个小区下同一群组用户在呼叫时 能够共享同一条空中信道的目的。 g o t a 具有快速接入以及高的信道效率和频谱使用率，并有较高的用户私密 性、易扩展性和支持业务种类多等技术特点。 g o t a 可提供多种集群业务：( 1 ) 一对一的私密呼叫和一对多群组呼叫，可设定 用户的优先级，并具有根据用户的优先级使用强插强拆的功能：( 2 ) 还可以提供 集群系统中所需要的系统寻呼、群组寻呼、专用p t t 业务等特殊业务；( 3 ) g o t a 系统可对不同的话务群组进行分类，例如永久型群组和临时型群组，用户可对其 群组内成员进行管理。除了集群业务以外，g o t a 还具有增值业务提供能力，如短 消息、卫星定位、v p n 等，这些业务和集群业务结合起来，可为集团用户提供各 种综合服务。 由于g o t a 是在c d m a2 0 0 0 的技术基础上发展起来的，除了上述的集群业务 外，g o t a 还可以集成许多大量的业务，这些业务组合起来为专业集团用户提供综 合业务解决能力。 2 4 2 华为公司的g t 8 0 0 标准 g t 8 0 0 是华为公司自行研发的、基于g s m 和t d m a 方式、拥有独立知识产 权的数字集群系统，g t 8 0 0 系统除了具备欧洲集群标准t e t r a 和摩托罗拉的 i d e n 集群系统的集群调度功能外，还提供了集群共网运营