集群专用移动通信的现状与对策研究

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    ２１世纪的专用移动通信如何发展，是通信业生产、运营、应用部门十分关注的问题。它所涉及的技术和市场也是值得深入探讨和研究的重大课题。专用移动通信的发展，是离不开移动通信技术发展这个大环境的。因此，有必要了解代表陆地移动通信技术主流的蜂窝公众移动通信的发展，审视以集群调度通信为代表的专用移动通信应用的现状，从而探讨集群专用移动通信的发展趋势。

蜂窝公众移动通信技术发展的总趋势
    第一代蜂窝移动通信的主要技术特征是：采用模拟（ＦＭ）调制技术、ＦＤＭＡ多址接入方式、以频率重用为基础的小区（蜂窝）结构、面向模拟话音业务的窄带传输系统。它的技术贡献在于为蜂窝小区结构的概念和网络的管理与控制，实现了移动终端在网络中的越区切换和漫游。
    第二代的蜂窝移动通信的主要技术特征是：采用数字技术包括数字话音、数字调制／解调、信道编码与数字信号处理、数字控制信道和数字数据信道、保密与认证等，在采用数字技术下，使ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ多址技术的采用成为可能。由于采用了ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ技术，第二代蜂窝移动通信系统的频谱资源利用率大为提高，使系统容量成倍增长，系统带宽为３００ＫＨｚ－１．２５ＭＨｚ，数据速率小于等于５６ｋｂｉｔ／ｓ。采用数字技术还带来了其它的好处：提供多种通信服务（话音业务和非话业务）；用户信息保密；数字信号的传输性能优良，提供高质量的通信服务；便于网络管理与控制，以及与公众固定通信网（ＰＳＴＮ，ＰＤＮ，ＩＳＤＮ）的互连；采用ＶＬＳＩ技术，有利于减少功耗、小型化、降低造价。但是第二代数字蜂窝移动通信的系统容量远不能满足全人类通信的需求，其系统的设计基本上还是面向话音而不是面向数据的，尚且不能提供宽带、高速率的多媒体服务。
    因此，人们希望下一代的移动通信应当是全球化、个人化、综合化和网络化的系统。从目前提出的第三代移动通信的方案和标准来看，它的带宽将达到１０ＭＨｚ，数据传输速率小于等于２Ｍｂｉｔ／ｓ。网络方面引入基于ＩＰ网络的无线接入技术（移动ＩＰ），仍然是一个地面移动通信系统。值得注意的是，ＣＤＭＡ多址接入方式将成为第三代的主流接入技术。
    当前，第一代的模拟蜂窝移动通信逐渐被第二代的数字蜂窝移动通信所取代，已建成的第二代的数字网正向第三代过渡。第三代的数字移动通信系统将在不久的将来投入运营。目前已经开始讨论第四代移动通信。纵观移动通信的发展，其势头异常迅猛，我国也将在２００５年以前基本完成向数字网的过渡。

集群专用移动通信及其技术进步
    专用移动通信是指供各部门和单位内部使用的移动通信系统，主要提供调度通信服务，故也称无线调度通信。调度通信系统的特征为：网络拓扑为星状结构，便于实现调度中心对各个移动终端的指令传输；网络功能应当包括动态重组、优先级、组呼、选呼等；网络覆盖为大区制或中区制；通信方式是以单工通信为主。
    早期的专用移动通信是由对讲机构成，８０年代发展成为大区制覆盖的单频道单基站系统，随后发展成为多频道单基站系统。在引入多频道共享技术之后，于１９８５年发展成为第一代（模拟）集群调度系统，即多频道共享（集群）的单基站或多基站调度通信系统，并于１９８７年商业化。随着引入数字化技术，产生了第二代的数字集群通信系统。
    集群系统是一种共用无线频道的专用调度移动通信系统，它采用了现代通信中的多信道共用和动态分配信道技术。第一代模拟集群系统的贡献在于：频率、设备、服务的资源共享，费用分担和系统的集中维护与管理。在单工通信方式下，利用多频道共享技术实现了“消息集群”和“传输集群”，提高了频道利用率。
    数字化对集群系统带来的好处正如蜂窝系统数字化一样。采用ＴＤＭＡ多址方式的第二代数字集群系统，其频谱利用率比模拟系统大为提高，因而，数字集群系统具有更大的系统容量。目前，欲进入我国市场的具有调度功能的数字移动通信系统，有欧洲的ＴＥＴＲＡ系统、ＭＯＴＯＲＯＬＡ的ｉＤＥＮ系统、欧洲的ＧＳＭ－Ｒ系统、以色列的ＦＨＭＡ系统，它们都是基于ＴＤＭＡ多址方式系统。
    ＴＥＴＲＡ是一个多功能移动无线电标准，具有集群通信、非集群通信、直接通信工作模式等特点。提供的服务包括：话音、电路方式的数据、短数据报文及分组数据，当移动台超出移动网的覆盖区时，提供移动台与移动台间的直接通信。在集群通信方式下，采用４时隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式，其信息速率为１９．２ｋｂｉｔ／ｓ，传输速率为３６ｋｂｉｔ／ｓ。
    ＦＨＭＡ 是一个采用跳频和低速率数字语声处理技术的大容量集群系统。它具有灵活性、低成本和高频谱效率的特点，其容量是模拟系统的２５～３０倍。它可支持综合话音和数据业务，包括专用话音网、调度、移动电话、分组数据及车辆位置。采用３时隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式。传输速率为３９．６ｋｂｉｔ／ｓ。
    ｉＤＥＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ）是一个调度通信／蜂窝电话的组合系统。提供的服务有：调度通信、双工电话通信、分组交换数据、电路数据、数字短信息等。调度通信中，可提供直接无线通信方式（同频单工对讲），调度通信具有蜂窝电话功能，采用６时隙／２５ＫＨｚ的ＴＤＭＡ多址方式．电路交换数据的信息速率为４．８／９．６ｋｂｉｔ／ｓ，可为传真及个人电脑提供ＲＳ２３２接口。分组数据的速率为９．６ｋｂｉｔ／ｓ，采用标准传输协议ＴＣＰ。
    ＧＳＭ－Ｒ系统是欧洲铁路专用移动通信系统，它是在８时隙／２００ＫＨｚ ＴＤＭＡ多址方式ＧＳＭ蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统。它所增加的功能有：优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、以满足铁路专用调度通信的要求。为了完成调度通信的功能，ＧＳＭ－Ｒ系统与ＧＳＭ不同的是在其结构中增加了组呼寄存器（ＧＣＲ）。
    由上可见，目前具有调度功能的专用数字移动通信系统都是基于ＴＤＭＡ的多址方式，尚未见到基于ＣＤＭＡ方式的系统。第三代数字集群通信如何发展，是否采用基于ＣＤＭＡ的系统也未得到到讨论。但是，第三代蜂窝系统采用ＣＤＭＡ技术是毫无疑问的。从ｉＤＥＮ和ＧＳＭ－Ｒ可以看出，数字无线调度通信系统发展的一个方向是在传统集群移动通信的调度功能之外，还提供了象公众蜂窝移动通信系统的双工电话通信和短信息业务，可在多基站覆盖区进行漫游甚至越区切换等功能。另一个方向是在传统意义下的公众蜂窝移动通信系统中，增加了象专用移动通信系统的调度通信功能。
    由于技术的发展，目前可以利用一个共用硬件平台和不同的移动性管理，将专用网和公众网融合。换句话说，将不再显著区分集群专用调度通信和公众蜂窝通信系统，而将集群调度功能融合其中。是否区分专用系统还是公用系统，将取决于用户的应用环境和使用要求。需要指出的是，技术仅是决定系统成功的要素，而市场则是决定网络发展的要素。

我国集群专用移动通信的现状与发展
    我国于１９８９年开始引进模拟集群系统，１９９０年投入使用，１９９３年已得到了较快的发展。但是，从１９９５年以后发展滞缓，到１９９９年全国模拟集群系统信道总数不超过１万，用户总数大约只有２０万。在计划经济严格的部门管理下， 模拟集群专用移动通信得到了一定的发展。但是，其发展空间取决于集群专用移动通信的用户数，一方面，价格居高不下，用户数量很小，投资不能回报，造成市场狭小，形成恶性循环；另一方面，部门所有制限制了发挥“集群”的“一大二公”的特点，未能充分体现资源、设备、服务的共享和集中维护管理。在我国，即使以运营公司的形式提供所谓集群通信服务，也只是为用户部门提供无线信道建立移动终端之间的通信。在系统中，用户部门的调度中心仍然是处于一个移动终端的地位，实际上，这样的应用方式对宝贵的频率资源是极大的浪费，未能真正体现频率和设备的资源共享。
    因此，开拓集群系统在调度指挥移动通信方面的应用范围，充分发挥“集群”的优势和特点，扩大用户数量和培育市场，是我国集群移动通信所面临的问题。我国专用移动通信的需求可概括为三种类型：面状大区域覆盖的大容量、多用户部门系统即面向城市公用服务的专用调度移动通信和专用数据移动通信，适合建立公众接入的集群移动通信网来提供服务；链状覆盖的中小容量、多用户部门系统即面向公路、水运、铁路、交通运输服务的专用调度移动通信和面向数据分发和采集的专用移动通信，适合建立专用集群移动通信网来提供服务；面状大区域覆盖和链状覆盖相结合的全国联网的大中容量、增强安全的多用户部门系统，可称作增强型集群移动通信网，它是面向公安、铁路等需要高可靠、高保密、高安全信息传输的部门，提供专用调度移动通信和专用数据移动通信服务。
    发展我国集群专用移动通信应当考虑的技术问题有：（１）目前应停止新建模拟集群系统，并研究已有模拟集群系统向数字系统的过渡；（２）需从根本上解决传统集群系统在移动性方面的先天不足。模拟集群系统虽然可采用多层次、多控制中心的多区系统来构成大区域覆盖，或全国的链状覆盖通信网，但是其系统结构和系统管理，特别是移动性管理将是十分复杂和庞大的，这个问题即使是第二代的数字集群系统也未能完全予以解决；（３）第二代数字集群通信系统向下一代（第三代）的发展和过渡问题。
    以上技术和应用的问题将影响投资者和经营者对建立第二代数字集群系统信心和决心。比较上述几种具有调度功能的数字移动通信系统的体制，我们认为，ＧＳＭ－Ｒ体制具有潜在优势。因为在技术方面，它可随着ＧＳＭ的进步比较容易地过渡到第三代；在市场方面，目前ＧＳＭ－Ｒ的价格与ＧＳＭ持平，虽然ＧＭＳ－Ｒ中Ｒ的原意是ｆｏｒ Ｒａｉｌｗａｙ（铁路专用），市场较为狭窄，但笔者建议将Ｒ的含义扩大，变为包括铁路（Ｒａｉｌｗａｙ）、水路（Ｒｉｖｅｒ）和公路（Ｒｏａｄ），从而扩大市场空间。总之，技术的可持续进步和市场的可扩展性，是推动通信网络不断发展的强大动力。