通信工程師論文通信技術(shù)之?dāng)?shù)字集群的未來發(fā)展

　　數(shù)字集群雖然有它的強(qiáng)大和優(yōu)勢(shì)之處，但也就是在它發(fā)揮出巨大能量的同時(shí)，也慢慢暴露出了一些問題。那么。數(shù)字集群技術(shù)到底該走向何方，此文針對(duì)這一問題展開的。

　　《長(zhǎng)沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》以鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)，開拓進(jìn)取，為通信技術(shù)教育、高等職業(yè)教育服務(wù)，為建設(shè)小康社會(huì)服務(wù);本刊從行業(yè)特色、科學(xué)特色、地域特色三方面體現(xiàn)本學(xué)報(bào)的辦刊特色;本著立足本院、對(duì)外開放的辦刊原則，本刊熱情歡迎校內(nèi)外各方人士惠賜稿件。

　　國際上專業(yè)移動(dòng)通信設(shè)備的發(fā)展情況大體是:20世紀(jì)50～60年代主要應(yīng)用對(duì)講機(jī),70～80年代應(yīng)用無線撥號(hào)系統(tǒng),80～90年代應(yīng)用模擬集群系統(tǒng),進(jìn)入90年代后期開始發(fā)展數(shù)字集群系統(tǒng)。

　　我國民用專業(yè)移動(dòng)通信的發(fā)展較晚,大致分為早期、“七四系列”、“八。系列”和“九。系列”四個(gè)階段。現(xiàn)階段我國專業(yè)移動(dòng)通信分4個(gè)層次的技術(shù)體制以滿足不同用戶群的需求:

　　(1)400MHz公眾對(duì)講機(jī),不要申請(qǐng)指配頻率、辦理電臺(tái)執(zhí)照、繳納頻率占用費(fèi),供普通老百姓任意選購近距離通話使用。已有很多公司在開發(fā)生產(chǎn),供應(yīng)市場(chǎng)。

　　(2)150MHz、400MHz專業(yè)調(diào)頻機(jī),需要申請(qǐng)指配頻率、辦理電臺(tái)執(zhí)照、繳納頻率占用費(fèi),供單位視距通話使用。已有很多公司開發(fā)生產(chǎn),大量供應(yīng)市場(chǎng)。

　　(3)900MHz無中心多信道選址通信系統(tǒng)(也稱為自集群系統(tǒng)),不需要申請(qǐng)指配頻率,但需要申請(qǐng)指配號(hào)碼、辦理執(zhí)照、繳納頻率占用費(fèi),供集團(tuán)用戶小型組網(wǎng)使用。只有少數(shù)公司開發(fā)生產(chǎn),開始在全國推廣應(yīng)用。

　　(4)350MHz、800MHz數(shù)字集群系統(tǒng),經(jīng)指配頻率供國家或地區(qū)或?qū)I(yè)部門大型組網(wǎng)使用。主要有TETRA、iDEN兩種技術(shù)體制,由國外公司供應(yīng)設(shè)備,已經(jīng)陸續(xù)建網(wǎng)使用;新近鑒定了GT800技術(shù)體制,由華為公司在GAM基礎(chǔ)上開發(fā)生產(chǎn),還鑒定了GoT&技術(shù)體制,由中興公司在CDMA1×基礎(chǔ)上開發(fā)生產(chǎn),已經(jīng)鐵通、衛(wèi)通組網(wǎng)試商用。

　　“9.11”事件的教訓(xùn)

　　雖然美國1979年在震驚全球的三里島事件后成立了專責(zé)的聯(lián)邦應(yīng)急管理署,經(jīng)過20年來的建設(shè)成長(zhǎng),在災(zāi)害防治與緊急應(yīng)變上,曾經(jīng)發(fā)揮過很大的作用。但是從“9.11”事件來看,美國的防災(zāi)體系仍然比較脆弱。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí),信息是決定性的關(guān)鍵,無論是災(zāi)情匯集、災(zāi)情研判、調(diào)度指揮,呼救求援,通信都是必不可少的,遺憾的是往往發(fā)生災(zāi)變時(shí)有線通信系統(tǒng)首先失靈。“9.11”事件有哪些教訓(xùn)呢?

　　(1)此次襲擊事件中,紐約市的固定通訊系統(tǒng)幾乎陷入癱瘓,美國電報(bào)電話公司也一度中斷了紐約的手機(jī)通信。“9.11”事件告誡我們:常規(guī)的有線通信和蜂窩移動(dòng)通信在災(zāi)難發(fā)生時(shí)都不足以保證信息的暢通,說明建立一個(gè)具有抗毀性的指揮調(diào)度通信網(wǎng)對(duì)于事前的防范、事后的搶救是多么的必要!

　　(2)此次襲擊事件中,恐怖分子幾乎同時(shí)攔截4架飛機(jī)分別向紐約、華盛頓襲擊,這是一個(gè)涉及廣大地區(qū)的事件,說明建立一個(gè)全國性的指揮調(diào)度通信網(wǎng)對(duì)于事前的防范、事后的搶救是多么的必要!

　　(3)此次襲擊事件中,第一架飛機(jī)撞擊世貿(mào)大廈之后,相隔18分鐘第二架飛機(jī)接著撞擊世貿(mào)大廈另一棟樓,美國起飛攔截的戰(zhàn)機(jī)相差8分鐘,說明建立一個(gè)快速反應(yīng)的指揮調(diào)度通信網(wǎng)對(duì)于事前的防范是多么的必要!

　　(4)此次襲擊事件中,世貿(mào)大廈被撞擊之后,過了約個(gè)把小時(shí)才倒塌,樓上很多人員起初都不知道危險(xiǎn)真相,沒有盡快想法撤離大廈,幫助他們減少傷亡,以致造成死亡五千多人士的慘劇,說明建立一個(gè)綜合協(xié)調(diào)的指揮調(diào)度通信網(wǎng)對(duì)于事后的搶救是多么的必要!

　　國際上有鑒于此,便在國際電信聯(lián)盟(間u)中提出了如何解決公共防護(hù)和救災(zāi)(PPDB,Public Protection andDis&stet Relief)通信的問題。

　　公共防護(hù)和救災(zāi)(PPDR)通信

　　PPDR技術(shù)要求

　　(2)統(tǒng)一技術(shù)體制

　　PPDB通信所面臨的最具挑戰(zhàn)性的問題是如何解決各種通信系統(tǒng)之間的不兼容性。目前,城市中的消防、公安、救護(hù)等各個(gè)政府部門都有不同的專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)處理各自部門所發(fā)生的火災(zāi)、交通事故、急救等日常事務(wù);但當(dāng)洪水、地震、恐怖襲擊等大規(guī)模緊急事件發(fā)生時(shí),需要各個(gè)部門聯(lián)合行動(dòng)。各個(gè)部門所使用的通信設(shè)備不同,導(dǎo)致設(shè)備間互通能力差。在緊急情況下,造成通信阻塞,為統(tǒng)一指揮調(diào)度帶來了極大不便,嚴(yán)重地影響了救援效率,可能造成巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此,未來必須有全球統(tǒng)一技術(shù)體制的PPDB系統(tǒng)。

　　(2)統(tǒng)一頻段

　　為了未來能夠更好地利用全球/區(qū)域性協(xié)調(diào)頻段實(shí)行PPBB通信,在應(yīng)急或救災(zāi)時(shí), 國內(nèi)與跨國界的安全應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)之間要求通信能夠互聯(lián)互通,世界無線電通信大會(huì)(WRC,World Badic-communication Conference)建議各個(gè)國家和地區(qū)為PPDR規(guī)劃統(tǒng)一頻段, 以便提高頻譜效率、保證設(shè)備間通信的穩(wěn)定性。

　　(3)比傳統(tǒng)應(yīng)急救災(zāi)系統(tǒng)更高的技術(shù)要求

　　* PPDR不是公眾業(yè)務(wù),要最大程度保障接通率;

　　* 根據(jù)需要來確定覆蓋范圍,最理想是全球無縫覆蓋;

　　* 具有端到端的鑒權(quán)、加密功能,保密性強(qiáng),傳輸可靠;

　　* 快速呼叫建立,可以一鍵通,實(shí)現(xiàn)廣播和組呼功能;

　　* 在網(wǎng)絡(luò)無覆蓋的地區(qū)采用直通模式(DMo,directmode operation);

　　* 按照業(yè)務(wù)等級(jí)與優(yōu)先權(quán),動(dòng)態(tài)分配信道、強(qiáng)占信道;

　　PPDR業(yè)務(wù)

　　PPDR業(yè)務(wù)分為語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所需速率不同,可分為低速率、中速率和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),表1說明具體應(yīng)用和實(shí)例。

　　未來數(shù)字集群的技術(shù)發(fā)展方向探討

　　群組業(yè)務(wù)

　　數(shù)字集群系統(tǒng)在未來PPDR專業(yè)移動(dòng)通信中,突出的作用是指揮調(diào)度。國內(nèi)公共安全領(lǐng)域集群應(yīng)用,同一通話組內(nèi)用戶數(shù)常常上千個(gè)。現(xiàn)有FBMA與TDMA技術(shù)的集群系統(tǒng),可以無限制地滿足大容量群組業(yè)務(wù)需求,在指揮調(diào)度方面,發(fā)揮了巨大作用。而“自干擾”性質(zhì)的CDMA技術(shù),由于碼資源的限制,在同一群組業(yè)務(wù)當(dāng)中,較難同時(shí)在一個(gè)通話組內(nèi)支持?jǐn)?shù)以千計(jì)的用戶;因此需要探索新的技術(shù)途徑。

　　快速呼叫

　　未來PPDR專業(yè)移動(dòng)通信中,突出的特點(diǎn)表現(xiàn)為“急”。在發(fā)生交通事故時(shí),如命令緊急剎車,設(shè)高速列車以500km/h行駛。當(dāng)剎車命令如3s起作用時(shí),列車已行駛了250m;如0.3秒剎車命令起作用時(shí),列車只行駛25m;顯然,在緊急情況下,0.3秒的快速呼叫建立時(shí)間對(duì)鐵路的安全性更有保證。這就要求數(shù)字集群系統(tǒng)必須要具有“快速呼叫”特征,即所謂的PTT(Push to Talk),就是“即按即講”。FDMA與TDMA技術(shù)都具備快速呼叫建立的能力,可以達(dá)到0.3秒建立呼叫的速度。

　　而面向個(gè)人通信的CDMA,由于技術(shù)側(cè)重在頻譜效率,即如何減少干擾,盡可能多地支持點(diǎn)到點(diǎn)通信,很難做到快速接入,即使以較快速度分配信道,由于同一組內(nèi)各組員相關(guān)信息要通過控制信道逐一下發(fā),各組員依次接入,即使個(gè)別用戶以較快速度接入,相當(dāng)多的用戶仍無法實(shí)現(xiàn)快速接入。如果組內(nèi)用戶數(shù)較多,可能出現(xiàn)會(huì)話已結(jié)束,有部分用戶還未接入信道;因此也需要

　　探索新的技術(shù)途徑。

　　高安全性

　　數(shù)字集群在基站與手機(jī)之間,信息完全依靠無線電波的傳輸,很容易被人們從空中攔截,在通話狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)都會(huì)泄密,即使關(guān)閉電臺(tái),利用現(xiàn)代高科技,仍可遙控打開,繼續(xù)竊聽,從中截取、破壞、調(diào)換、假冒和盜用通信信息。因此,未來PPDR移動(dòng)通信要求具有高安全性,包括雙向鑒權(quán)、信息加密等,防止非法接入業(yè)務(wù)和控制。特別是在防止恐怖襲擊的情況下,高安全性更應(yīng)列為確保的核心需求。國內(nèi)現(xiàn)有的TDMA與CDMA數(shù)字集群系統(tǒng),多為國外設(shè)備,核心技術(shù)由國外公司壟斷,關(guān)鍵芯片由他們提供,其芯片可能留有后門,潛伏了隱患,安全性也就捏在人家的手心里。而且這些國外設(shè)備不支持國內(nèi)應(yīng)用部門的信息加密,部分甚至沒有鑒權(quán)或只有單向鑒權(quán),安全性沒有保證。因此,需要國內(nèi)自主創(chuàng)新的集群新系統(tǒng),使核心技術(shù)和芯片掌握在中國人手中,這就大大增加了安全性。

　　高抗毀性

　　專業(yè)移動(dòng)通信在使用過程可能遇到惡意破壞的人為因素或雨雪災(zāi)害的自然因素等影響,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常工作,因此,未來PPDT系統(tǒng)要求可靠、準(zhǔn)確地提供業(yè)務(wù),具有高的抗毀性和可用性。通常情況下,系統(tǒng)以集群方式工作;在遭遇危害的極端情況下,系統(tǒng)以故障弱化方式或直通方式工作,保證系統(tǒng)能滿足基本的集群業(yè)務(wù)需求。

　　高環(huán)境適應(yīng)性

　　專業(yè)移動(dòng)通信由于它是用于全球的表層和空間,會(huì)遇到各種惡劣的氣候、地形和環(huán)境;因此,要求通信裝備必須能抗拒酷暑、嚴(yán)寒、狂風(fēng)、暴雨等惡劣氣候條件;必須適應(yīng)山岳、叢林、沙漠、河海、高空等三維空間的不同地形環(huán)境條件;既可車載船裝,又能背負(fù)手持,要經(jīng)得起各種移動(dòng)體的安裝機(jī)械條件;在嘈雜的噪聲環(huán)境,要具有背景噪聲濾除功能,使通話對(duì)方聽不見噪聲干擾,話音清晰;在高速行駛時(shí),通信不能中斷,質(zhì)量不能下降,可支持500km/h的高速運(yùn)行。

　　脫網(wǎng)直通

　　無線用戶在系統(tǒng)覆蓋區(qū)外或盲區(qū)工作,例如在隧道中;在沒有設(shè)置基站的地區(qū)工作,例如在山區(qū);在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障時(shí),在系統(tǒng)過載以致難于快速接入時(shí),要求移動(dòng)臺(tái)之間仍可進(jìn)行通信;在以上幾種情況下,脫網(wǎng)直通這種無中心網(wǎng)絡(luò)方式是非常有用的。

　　直通方式還要求雙監(jiān)視操作、轉(zhuǎn)發(fā)操作、網(wǎng)關(guān)操作:

　　雙監(jiān)視操作指在直通模式下,同時(shí)監(jiān)視從基站發(fā)來的信號(hào);2個(gè)移動(dòng)臺(tái)只要其中1個(gè)移動(dòng)臺(tái)處于集群系統(tǒng)的覆蓋范圍之內(nèi),即可利用其雙監(jiān)視功能來了解有無其它移動(dòng)臺(tái)在呼它。

　　由于直通方式下的覆蓋區(qū)要小于有基站通信的情況;因此,要求提供轉(zhuǎn)發(fā)操作,從而實(shí)現(xiàn)直通方式移動(dòng)臺(tái)經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)和另一直通方式移動(dòng)臺(tái)之間的通信,以便擴(kuò)大通信距離。

　　通常脫網(wǎng)工作的移動(dòng)臺(tái)不能與未脫網(wǎng)的移動(dòng)臺(tái)保持通信聯(lián)絡(luò);因此,要求網(wǎng)關(guān)操作提供直通方式接口和集群方式接口,從而實(shí)現(xiàn)直通方式移動(dòng)臺(tái)和集群方式移動(dòng)臺(tái)之間的通信。

　　無中心網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向是Ad hoc方式,即自組織方式,因此,要探索Ad hoc技術(shù)與集群技術(shù)的結(jié)合。

　　寬帶業(yè)務(wù)

　　未來PPDg業(yè)務(wù),要求及時(shí)地反映事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況,僅有窄帶的話音指揮調(diào)度,已不能滿足應(yīng)用,新一代數(shù)字集群應(yīng)能提供集語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)。因此,要求不僅提供窄帶業(yè)務(wù),還要提供寬帶業(yè)務(wù),并且滿足可變帶寬需求。

　　國內(nèi)現(xiàn)有集群系統(tǒng)只能提供低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但當(dāng)今公眾移動(dòng)通信,數(shù)據(jù)應(yīng)用已很普遍,GPRs、CDMA可以支持中等數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),3G可支持584kbps至2Mbps數(shù)據(jù)速率,WLAN甚至可高達(dá)54Mbps。

　　建議

　　(1)現(xiàn)代都市是幾百萬以至上千萬人口聚居生活工作的密集地區(qū),公共安全已經(jīng)成為市政的一項(xiàng)首要任務(wù)。特別是要籌辦奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)等大型活動(dòng),如何作好準(zhǔn)備,高效利用現(xiàn)有資源,提高政府對(duì)緊急事件快速反應(yīng)的能力,確保社會(huì)的穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,事關(guān)重大。為此,未來PPDR專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)要求具有群組業(yè)務(wù)、快速呼叫、高安全性、高抗毀性、高環(huán)境適應(yīng)性、脫網(wǎng)直通并支持寬帶業(yè)務(wù)等關(guān)鍵性能。從技術(shù)角度分析,當(dāng)前的TETRA、iDEN、QT800和QoTa等4種技術(shù)體制,雖各有千秋,各有其適用范圍,但各存這樣那樣的不足,都不能全面滿足上述主要要求;特別是多種技術(shù)體制造成的互連互通問題,很難組成綜合協(xié)調(diào)的全國指揮調(diào)度通信網(wǎng);因此,必須研究開發(fā)統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一技術(shù)體制的新一代數(shù)字集群系統(tǒng)。

　　從當(dāng)代3G的WCDMA、cdma2000和TD SCDMA三種主流技術(shù)體制來分析,不是各有千秋,而是差異顯著。中國提出的3G國際標(biāo)準(zhǔn)——TD-SODMA是TDD和ODMA、TDMA技術(shù)的完美結(jié)合,符合移動(dòng)因特網(wǎng)發(fā)展方向,不但能夠高速移動(dòng)、高速數(shù)據(jù)和大范圍覆蓋,適于獨(dú)立組網(wǎng),而且具有技術(shù)領(lǐng)先、頻譜效率高、能實(shí)現(xiàn)全球漫游、適于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化、適合非對(duì)稱因特網(wǎng)業(yè)、建網(wǎng)和終端的性價(jià)比高、適于2G網(wǎng)絡(luò)過渡等突出優(yōu)勢(shì)。特別是采用軟件無線電技術(shù),更容易實(shí)現(xiàn)多制式基站和多模終端,系統(tǒng)更易于升級(jí)換代;采用TDD與TDMA更易支持PTT業(yè)務(wù)和實(shí)現(xiàn)新一代數(shù)字集群。因此,建議以中國提出的3G國際標(biāo)準(zhǔn)——TD-SCDMA為基礎(chǔ)研究開發(fā)新一代數(shù)字集群系統(tǒng),并提交ITU作為國際PPDR技術(shù)體制方案。

　　(2)現(xiàn)代都市公眾服務(wù)也已經(jīng)成為市政的另一項(xiàng)首要任務(wù),及時(shí)為公眾進(jìn)行服務(wù),確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,同樣事關(guān)重大。以“120”急救電話為例,建立了急救指揮系統(tǒng)后,可提高呼救地址準(zhǔn)確性和電話接通率,呼救受理時(shí)間由15分鐘縮短至10分鐘,有效搶救率可提高到95%。一個(gè)城市除了120之外,還有110、119、122、999和1 2545等等,市民不能一一知曉,因此,應(yīng)有統(tǒng)一協(xié)調(diào)的緊急救助公眾服務(wù)系統(tǒng),才能方便市民及時(shí)得到相應(yīng)的服務(wù)。

　　由于涉及政府的相關(guān)部門多,需要對(duì)都市現(xiàn)有的各家報(bào)警子系統(tǒng)及其接警處警的流程進(jìn)行深入調(diào)研,這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要對(duì)當(dāng)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、有線無線通信系統(tǒng)及各種輔助系統(tǒng)的水平、功能、技術(shù)體制進(jìn)行分析比較優(yōu)選;因此,緊急救助服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)方案的制訂非常重要,需要進(jìn)行大量的調(diào)查研究,制訂多個(gè)方案,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及效能等方面進(jìn)行評(píng)估,才可能形成一個(gè)先進(jìn)合理的方案;建議必須建立一個(gè)與新一代數(shù)字集群系統(tǒng)結(jié)合的社會(huì)聯(lián)動(dòng)的現(xiàn)代化緊急救助服務(wù)系統(tǒng), 以適應(yīng)建設(shè)國際化大都市的需要。