主頁(yè)（http://www.130131.com）：數(shù)字集群自組網(wǎng)技術(shù)研究

　　在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下以及其它通信基礎(chǔ)設(shè)施可能遭受破壞的搶險(xiǎn)救災(zāi)等場(chǎng)合，都要求數(shù)字集群系統(tǒng)移動(dòng)基站能夠不依賴基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行快速和靈活配置組網(wǎng)，因此考慮在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入能夠滿足要求的機(jī)動(dòng)基站自組網(wǎng)技術(shù)。數(shù)字集群系統(tǒng)能夠提供安全、可靠以及高效率的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信，目前在軍事、軌道交通、公共安全、港口和民航等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

　　一、當(dāng)前數(shù)字集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其局限性

　　TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)最早是建立基本系統(tǒng)的單區(qū)網(wǎng)，當(dāng)覆蓋范圍達(dá)不到要求時(shí)，就將基本系統(tǒng)的單基站設(shè)計(jì)為多基站。而當(dāng)覆蓋范圍再擴(kuò)大，用戶增加，就發(fā)展成以基本系統(tǒng)為基本模塊，把基本模塊疊加成為多區(qū)的區(qū)域網(wǎng)。甚至成為多區(qū)、多層次網(wǎng)絡(luò)，這就構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)大區(qū)域，最后在全國(guó)或跨國(guó)聯(lián)網(wǎng)。

　　如圖所示為一個(gè)多層次、多控制中心的多區(qū)系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本單元是多基站和單控制中心，構(gòu)成基本區(qū)，并直接管理控制和處理區(qū)內(nèi)的用戶業(yè)務(wù)。區(qū)域管理中心與各基本區(qū)相連，負(fù)責(zé)基本區(qū)間的用戶業(yè)務(wù)，如過(guò)區(qū)用戶登記、過(guò)區(qū)用戶呼叫建立和對(duì)過(guò)區(qū)用戶的控制管理、對(duì)各基本區(qū)中心站的管理和監(jiān)控等。

　　上文所述為數(shù)字集群常駐網(wǎng)絡(luò)，并不能滿足機(jī)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)用需求。同時(shí)，多基站需要通過(guò)有線接入到一個(gè)固定的控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)跨基站用戶業(yè)務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，控制中心容易成為敵方的重要目標(biāo)而被破壞，這將造成各基站之間的連接中斷，系統(tǒng)崩潰，這對(duì)數(shù)字集群系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用構(gòu)成了很大限制。

　　針對(duì)這一問(wèn)題，數(shù)字集群系統(tǒng)加強(qiáng)了基站的功能，在基站中增加了MSC、VLR、GVLR等功能實(shí)體，使之成為機(jī)動(dòng)基站，單個(gè)基站在脫離集群系統(tǒng)時(shí)也能夠在本基站范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)集群功能。同時(shí)，幾個(gè)機(jī)動(dòng)基站也可以通過(guò)有線組網(wǎng)，選舉出一名基站組長(zhǎng)來(lái)負(fù)責(zé)該臨時(shí)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的控制管理。每一個(gè)機(jī)動(dòng)基站向組長(zhǎng)基站進(jìn)行注冊(cè)，組長(zhǎng)基站掌握所屬機(jī)動(dòng)基站的用戶歸屬前綴信息和組呼服務(wù)配置信息，充當(dāng)常駐網(wǎng)絡(luò)中控制中心。當(dāng)組長(zhǎng)基站因故障無(wú)法正常工作時(shí)，可以通過(guò)重新選舉組長(zhǎng)基站的方法增強(qiáng)系統(tǒng)的健壯性。

　　然而在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，BD 很可能處于快速機(jī)動(dòng)過(guò)程，各機(jī)動(dòng)基站通過(guò)有線方式共同連接至控制中心或一個(gè)組長(zhǎng)基站就不具備可操作性了。除了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境外，在一些特殊環(huán)境或緊急情況下，有一個(gè)共同控制中心的有線聯(lián)網(wǎng)集群系統(tǒng)也不能勝任。比如，發(fā)生地震、洪水等自然災(zāi)害后，通信基礎(chǔ)設(shè)施可能遭受破壞，但是仍要求在搶險(xiǎn)救災(zāi)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)各基站之間的通信。在以上場(chǎng)合中都要求各移動(dòng)基站能夠不依賴基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行快速和靈活配置組網(wǎng)，因此在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入能夠滿足要求的機(jī)動(dòng)基站自組網(wǎng)技術(shù)就勢(shì)在必行了。

　　對(duì)自組網(wǎng)技術(shù)的研究是因軍事應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的，它能夠適應(yīng)軍事應(yīng)用的需要，因此具備先天的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因其特有的無(wú)需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開(kāi)、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，自組網(wǎng)技術(shù)一直是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通信的首選技術(shù)。將數(shù)字集群系統(tǒng)與自組網(wǎng)技術(shù)融合能夠在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入自組網(wǎng)技術(shù)的一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

　　1)獨(dú)立組網(wǎng)

　　2)無(wú)中心：

　　自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用無(wú)中心結(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)地位平等，組成一個(gè)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，任意節(jié)點(diǎn)的故障也不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。與有中心的網(wǎng)絡(luò)相比，具備很強(qiáng)的抗毀性。

　　3)動(dòng)態(tài)拓?fù)洌?/p>

　　自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)終端能夠以任意可能的速度和移動(dòng)模式移動(dòng)，并且可以隨時(shí)關(guān)閉。

　　二、數(shù)字集群自組網(wǎng)技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)流程

　　近年來(lái)，自組網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字集群系統(tǒng)的融合國(guó)內(nèi)外均有研究人員涉及，大部分研究重點(diǎn)在于終端級(jí)別的自組網(wǎng)。在無(wú)法架設(shè)基站或者基站覆蓋不到的情況下，集群系統(tǒng)定義了移動(dòng)臺(tái)脫網(wǎng)直通操作模式，受移動(dòng)臺(tái)功率限制，通信距離有限。因此，研究基站覆蓋范圍之外的移動(dòng)臺(tái)形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)可以在一定程度上增強(qiáng)數(shù)字集群系統(tǒng)的脫網(wǎng)工作能力。然而還是受移動(dòng)臺(tái)功率的限制，移動(dòng)臺(tái)級(jí)別的自組織網(wǎng)絡(luò)仍然不能很好地解決通信距離受限問(wèn)題。基站的功率相對(duì)更大，如果能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)基站的自組網(wǎng)，可以大大增加集群系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)過(guò)程中的覆蓋范圍。

　　1)集群系統(tǒng)機(jī)動(dòng)基站自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

　　數(shù)字集群系統(tǒng)基站的覆蓋范圍為10km，要保證基站原有覆蓋范圍的前提下實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)，才能真正發(fā)揮集群系統(tǒng)基站自組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

　　數(shù)字集群系統(tǒng)工作頻率：

　　下行頻率 (基站到移動(dòng)臺(tái))：851MHz—866 MHz

　　上行頻率 (移動(dòng)臺(tái)到基站)：806MHz—821 MHz

　　基站高發(fā)低收，移動(dòng)臺(tái)低發(fā)高收，基站正常條件下只能接收覆蓋范圍下的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)，無(wú)法接收鄰近基站的無(wú)線信號(hào)，在現(xiàn)有條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)。

　　因此考慮在基站中增加一個(gè)接收臺(tái)來(lái)負(fù)責(zé)接收鄰近基站的無(wú)線信號(hào)，收發(fā)分離，通過(guò)接收臺(tái)與基站配合來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)。

　　如上圖所示，在機(jī)動(dòng)基站中增加了一個(gè)具備較高靈敏度的接收臺(tái)，在需要進(jìn)行基站自組網(wǎng)時(shí)，接收臺(tái)開(kāi)機(jī)，尋找周圍基站定期發(fā)射的同步脈沖，接收臺(tái)只要接收到一個(gè)載波的4個(gè)時(shí)隙的任一時(shí)隙的猝發(fā)脈沖，就具備跟該基站一致的信息，包括比特同步、時(shí)隙、幀和復(fù)幀等。同步之后接收臺(tái)就可以接收周圍基站在廣播網(wǎng)絡(luò)信道(BNCH)上發(fā)送的系統(tǒng)信息，以及所有鄰近基站發(fā)送的廣播系統(tǒng)信息，這些廣播消息中包含接收臺(tái)接入系統(tǒng)所需要的系統(tǒng)參數(shù)。

　　接收臺(tái)將所有這些小區(qū)廣播參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)，然后通過(guò)基站廣播交互幾個(gè)基站的接收臺(tái)所接收到的系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)這些系統(tǒng)參數(shù)來(lái)共同確定某個(gè)接收臺(tái)需要與哪些鄰近基站同步，從而監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)基站的控制信道，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)基站自組網(wǎng)。當(dāng)自組織網(wǎng)絡(luò)形成之后，接收臺(tái)不斷更新所接收到的系統(tǒng)參數(shù)，如果出現(xiàn)因基站移動(dòng)等原因造成連接中斷，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法形成時(shí)，則需要再次交互接收到的系統(tǒng)參數(shù)，確保形成一個(gè)包含盡可能多基站的自組織網(wǎng)絡(luò)。為了確保網(wǎng)絡(luò)的連通性，提高呼叫成功率，接收臺(tái)需要確定合理的監(jiān)聽(tīng)對(duì)象。

　　一種可行的方式是，各機(jī)動(dòng)基站自組織形成一個(gè)鏈狀網(wǎng)絡(luò)，處于中間的機(jī)動(dòng)基站接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)前后兩個(gè)鄰近基站的控制信道，確保任何一個(gè)基站下移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的呼叫能夠到達(dá)整個(gè)鏈狀網(wǎng)絡(luò)。在上圖中基站 1的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站2的控制信道，基站2的接收臺(tái)同時(shí)監(jiān)聽(tīng)基站1和基站3的控制信道，基站3的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站2和基站4的控制信道，最后基站4的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站3的控制信道，這樣就形成了一個(gè)邏輯上的鏈狀網(wǎng)絡(luò)。

　　2)基站自組網(wǎng)呼叫接續(xù)流程

　　數(shù)字集群系統(tǒng)用戶全號(hào)碼結(jié)構(gòu)為：192 H1 H2 H3 H4 ABCD，規(guī)定機(jī)動(dòng)基站管理用戶號(hào)碼前綴 H1 H2 H3 H4，每個(gè)基站只有一個(gè)唯一的H1 H2 H3 H4前綴。

　　以下圖來(lái)說(shuō)明機(jī)動(dòng)基站自組網(wǎng)的呼叫接續(xù)過(guò)程，機(jī)動(dòng)基站1管理的用戶為0201XXXX，機(jī)動(dòng)基站2管理的用戶為0202XXXX，機(jī)動(dòng)基站3管理的用戶為0203XXXX。主叫移動(dòng)用戶02013238歸屬于機(jī)動(dòng)基站1的HLR，而被叫移動(dòng)用戶02021188歸屬于機(jī)動(dòng)基站2的HLR，目前漫游到機(jī)動(dòng)基站3的覆蓋范圍中。我們假定此時(shí)基站1的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站2的控制信道，基站2的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站1和基站3的控制信道，基站3的接收臺(tái)監(jiān)聽(tīng)基站2的控制信道，基站間的自組織網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成。

　　呼叫接續(xù)過(guò)程如下：

　　1)主叫移動(dòng)臺(tái)02013238通過(guò)空中接口發(fā)送被叫移動(dòng)臺(tái)號(hào)碼02021188，機(jī)動(dòng)基站1接收后由MSC1處理被叫號(hào)碼。

　　2)MSC1查詢號(hào)碼前綴，發(fā)現(xiàn)被叫前綴為0202，通過(guò)本機(jī)前綴列表查詢到不屬于本基站，則此時(shí)需要向其它基站發(fā)送呼叫請(qǐng)求。為減少工作量，確保在盡可能減少對(duì)原有呼叫模式修改的前提下，使其它移動(dòng)基站能夠識(shí)別出該呼叫請(qǐng)求，這里需定義一個(gè)新的呼叫組。

　　在數(shù)字集群用戶號(hào)碼定義H1 H2 H3 H4 ABCD中，后四位ABCD從7500—8100為組呼號(hào)碼，現(xiàn)取8100作為這類新的呼叫組的號(hào)碼地址，即此時(shí)基站呼叫用戶02018100。因?yàn)榛�站�?huì)將所有移動(dòng)臺(tái)均歸入該通播組，所以若被叫用戶已漫游到本基站，也可以通過(guò)這種方式被找到。

　　3)基站2的接收臺(tái)2處于監(jiān)聽(tīng)基站1和基站3的下行信令信道狀態(tài)，通過(guò)被叫號(hào)碼02018100識(shí)別出這是一個(gè)通播請(qǐng)求，則接收臺(tái)2將此通播請(qǐng)求提交給基站2，基站2再呼叫02028100，此呼叫所有基站2覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)都能接收到，由于此時(shí)被叫用戶02022456已經(jīng)漫游到了基站3，所以基站2下的移動(dòng)臺(tái)都不會(huì)回應(yīng)該呼叫請(qǐng)求。

　　4)基站3的接收臺(tái)3監(jiān)聽(tīng)到基站2下行信令信道的呼叫請(qǐng)求，識(shí)別出這是一個(gè)通播請(qǐng)求，則接受臺(tái)3將此通播請(qǐng)求提交給基站3，基站3再呼叫02038100，該呼叫請(qǐng)求基站3覆蓋范圍內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)都能接收到(對(duì)于漫游到本基站內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)02022456，受傳輸鏈路容量的限制，基站3無(wú)法與該移動(dòng)臺(tái)的歸屬基站交互信息來(lái)確定該移動(dòng)臺(tái)的合法性，此時(shí)基站3會(huì)將此移動(dòng)臺(tái)列入一個(gè)8100通播組，事實(shí)上基站下的所有移動(dòng)臺(tái)都會(huì)被歸入該組中)，此時(shí)被叫移動(dòng)用戶發(fā)現(xiàn)呼叫的是自己，則給予回應(yīng)，此時(shí)基站3需要為移動(dòng)臺(tái)和機(jī)動(dòng)基站2的接收臺(tái)分配業(yè)務(wù)信道，機(jī)動(dòng)基站2為機(jī)動(dòng)基站2的接收臺(tái)1分配業(yè)務(wù)信道，建立主叫和被叫移動(dòng)臺(tái)之間的呼叫鏈路。

　　這里定義的呼叫模式中，呼叫發(fā)起方不需要檢查被叫方是否存在才開(kāi)始通信，此時(shí)呼叫發(fā)起方已經(jīng)開(kāi)始講話，但不知道被叫移動(dòng)臺(tái)是否在信道上收聽(tīng)。如果呼叫一定次數(shù)后無(wú)法收到回應(yīng)，則認(rèn)為呼叫失敗。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　自組網(wǎng)技術(shù)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)之一，在研究自組網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字集群系統(tǒng)融合時(shí)需要考慮數(shù)字集群系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和用戶需求，才能更好地發(fā)揮數(shù)字集群系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本文在分析數(shù)字集群系統(tǒng)局限性的基礎(chǔ)上，提出了在數(shù)字集群系統(tǒng)基站中增加一個(gè)接收臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字集群系統(tǒng)與自主網(wǎng)技術(shù)的融合，并分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理以及呼叫接續(xù)流程。該方案的實(shí)現(xiàn)可以有效地提高數(shù)字集群系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)過(guò)程的無(wú)線組網(wǎng)能力，提高了系統(tǒng)的靈活性，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。