一、概述

隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，集群通信應(yīng)運而生。80年代，國際上相繼推出了模擬集群系統(tǒng)，歐洲以400MHz頻段為主，主要系統(tǒng)有諾基亞MPT1327模擬集群系統(tǒng);美國以800MHz頻段為主，主要系統(tǒng)有通用公司EDACS模擬集群系統(tǒng)、摩托羅拉公司Smartnet模擬集群系統(tǒng)、E.F Johnson LTR模擬集群系統(tǒng)等。

頻率資源的匱乏和計算機通信的飛速發(fā)展以及計算機網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)的融合又推動了集群通信的進(jìn)一步發(fā)展，集群通信數(shù)字化已勢不可擋。上世紀(jì)末本世紀(jì)初，國際上相繼推出了各種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字集群系統(tǒng)，主要有歐洲的TETRA標(biāo)準(zhǔn)、美國的APCO標(biāo)準(zhǔn)、摩托羅拉公司的iDEN標(biāo)準(zhǔn)、以色利的FHMA跳頻標(biāo)準(zhǔn)等等，而在這些標(biāo)準(zhǔn)中，以TETRA標(biāo)準(zhǔn)為代表的數(shù)字集群系統(tǒng)發(fā)展最為迅速。目前，我國正著手研究制定警用數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)PDT。

二、集群系統(tǒng)的設(shè)計考慮

集群系統(tǒng)的建設(shè)是一個規(guī)模盛大的系統(tǒng)工程，需要考慮眾多問題，如制式選擇、覆蓋估算、系統(tǒng)容量估算、用戶分組、基站選址、機房與傳輸鏈路建設(shè)等等。在系統(tǒng)設(shè)計階段，人們往往注重考慮系統(tǒng)覆蓋估算與系統(tǒng)容量估算、基站選址、機房與傳輸鏈路建設(shè)等等，在覆蓋制式和用戶分組等方面考慮較少，而這些問題往往關(guān)系到系統(tǒng)的建設(shè)成本、信道利用率以及運行效果等等，具有舉足輕重的地位，也是不容忽視的。

1、 制式選擇

就集群系統(tǒng)的信號傳輸模式來說，有數(shù)字集群與模擬集群之分，就入網(wǎng)方式來說有頻分多址(FDMA)與時分多址(TDMA)，就覆蓋方式而言有大區(qū)制、中區(qū)制和小區(qū)制，究竟選用哪種方式則要根據(jù)用戶方的具體需求來確定。從信號傳輸質(zhì)量即語音通信質(zhì)量方面考慮，數(shù)字通信的抗干擾能力明顯優(yōu)于模擬通信，語音清晰無噪聲積累這已是眾所周知的事，而且數(shù)字集群系統(tǒng)的功能特別是在數(shù)據(jù)傳輸方面明顯占優(yōu)勢，所以數(shù)字集群系統(tǒng)成為眾多用戶的選擇已毋庸置疑。在覆蓋方面是選大區(qū)制還是中、小區(qū)制，則需根據(jù)實際的傳輸環(huán)境來考慮。就上海這種超大型城市來說，建大區(qū)制系統(tǒng)已毫無意義，因為建筑物對電磁波傳輸?shù)挠绊懸逊浅ｏ@著，盲區(qū)也越來越多。

1991年，當(dāng)上海公安800MHz模擬集群系統(tǒng)建成時，系統(tǒng)的覆蓋距離手持臺半徑約為25公里、車載臺半徑約為35公里，4個基站基本覆蓋上海全市的室外地區(qū)，而到了2001年底，當(dāng)上海公安建成800MHz TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)時，經(jīng)過測試比較，兩個系統(tǒng)的覆蓋距離基本相當(dāng)，主要原因是近10年間上海城市發(fā)展迅速，高層建筑明顯增多，建筑物對電磁波的傳輸影響已非常顯著，造成覆蓋范圍縮小及盲區(qū)增多。同樣，上海公安于1994年建成的350MHz模擬集群系統(tǒng)也受到了建筑物對其覆蓋所產(chǎn)生的影響。所以對大都市來說適宜建小區(qū)制系統(tǒng)，對郊區(qū)城鎮(zhèn)來說宜建中區(qū)制，而平原開闊地則宜建大區(qū)制。

2、 覆蓋方式對建設(shè)成本、系統(tǒng)容量及信道利用率的影響

無線通信的覆蓋方式一般分為單區(qū)制與多區(qū)制兩種，多區(qū)制又分為大區(qū)制、中區(qū)制和小區(qū)制三種。在這三種覆蓋方式中，小區(qū)制因每個基站的覆蓋范圍小，因此要滿足同樣的覆蓋，需要的基站數(shù)比大區(qū)制、中區(qū)制多，所以建設(shè)成本是三者中最高的。除此之外，小區(qū)制對系統(tǒng)容量和信道利用率也有一定的影響。

與GSM、CDMA等公眾電話通信系統(tǒng)不同，集群調(diào)度系統(tǒng)不是以一對一的單點通信為主，而是以一對多的多點通信為主。在集群系統(tǒng)中，用戶被劃分成不同的通話組，以群組方式進(jìn)行通信，組呼時啟用多個基站是非常有可能的，其概率與基站覆蓋范圍與組內(nèi)用戶數(shù)有關(guān)，即覆蓋范圍越小、組內(nèi)用戶數(shù)越多，則組呼時啟用的基站數(shù)越多的概率越大，同時被占用的話音信道數(shù)量越多，頻率利用率也就越低。從TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)日常話務(wù)統(tǒng)計來看，組呼時啟用1至11個基站以上的可能都有，而概率最高的是5至7個基站(如圖一、圖二)。由此可見, 集群調(diào)度系統(tǒng)不同于GSM、CDMA等公眾電話通信系統(tǒng)，它較難通過縮小基站的覆蓋范圍來有效提高系統(tǒng)容量和頻率利用率。為此，在集群系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃階段，應(yīng)著重考慮到跨區(qū)通信對系統(tǒng)容量的影響。

圖一

圖二

3、 用戶分組對呼叫產(chǎn)生的影響

在集群系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃階段，用戶分組也是非常重要的，它不僅影響系統(tǒng)容量，而且還影響到用戶的呼叫遇忙程度。

(1)用戶分組對系統(tǒng)容量的影響

在集群系統(tǒng)中，用戶是按組進(jìn)行通信的。如果用戶通話組太大，也就是說每個通話組內(nèi)的用戶太多的話，那么同組內(nèi)的用戶分布在多個基站的概率就增大，組呼時同時啟用多個基站數(shù)的概率也增大，而且組內(nèi)用戶越多的話、其分布基站數(shù)越多的概率也就越大。組呼時多個基站話音信道只能當(dāng)作一個基站話音信道來使用，這對話音信道的利用率和系統(tǒng)容量都有一定的影響。

(2)用戶分組對呼叫遇忙程度的影響

眾所周知，集群系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)是隨機事件的概率論，技術(shù)基礎(chǔ)是大規(guī)模集成電路與計算機技術(shù)的迅速發(fā)展。根據(jù)隨機事件的概率論可知，相同事件同時發(fā)生的概率很高，而不同事件同時發(fā)生的概率很低，幾乎為零。在集群系統(tǒng)中，同組用戶可以看作是相同事件，而不同組用戶則視為不同事件。根據(jù)隨機事件的概率論我們可以知道，同一通話組內(nèi)的用戶同時發(fā)起呼叫的概率要遠(yuǎn)大于不同通話組用戶同時發(fā)起呼叫的概率。這是因為，當(dāng)某個通話組處于通話狀態(tài)時，組內(nèi)只有一個用戶可以說話，其余用戶均處于接收守聽狀態(tài)，如想說話須等前者用戶松鍵退出發(fā)射狀態(tài)，而不同通話組用戶則不受其影響，他們隨時可以發(fā)起呼叫。如果用戶占據(jù)太多的時間處于發(fā)射說話狀態(tài)的話，那么在這段時間內(nèi)就會積聚眾多的同組用戶等待呼叫，而且時間越長、組內(nèi)用戶越多(即組越大)則積聚的等待呼叫用戶概率就越高。一旦說話用戶釋放PTT，就會出現(xiàn)眾多用戶同時發(fā)起呼叫的現(xiàn)象，而這樣一來就會增加控制信道的碰撞概率，因碰撞而導(dǎo)致呼叫請求失敗又會增加用戶的呼叫請求次數(shù)，無形中增加了控制信道負(fù)荷，使控制信道遇忙而堵塞的概率增加。如果通話組太大話務(wù)量過高的話，還會出現(xiàn)組內(nèi)用戶一個接一個不停地發(fā)起呼叫的現(xiàn)象，對這個組內(nèi)用戶來說就如同常規(guī)通信，他們無法分享集群通信信道共享的益處。

與組太大會增加控制信道遇忙概率不同的是，組太小則會增加話音信道的遇忙概率。因為不同通話組用戶可以在不同時間內(nèi)發(fā)起呼叫，如果通話組越小即分組越多的話，那么在同一段時間內(nèi)建立的呼叫越多的概率就越大，話音信道同時被占用的概率也越大，由此導(dǎo)致話音信道遇忙概率也就越大。

所以，通話組大小應(yīng)適中，太大或太小都會對系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。

4、 用戶分組原則

用戶分組是個非常復(fù)雜的問題，組內(nèi)用戶以多少為宜，很難定論，因為每類用戶的呼叫話務(wù)量不同，分布與活動區(qū)域也各不相同，所以不能一概而論。用戶分組主要掌握如下原則：因業(yè)務(wù)不同必須分組的，因話務(wù)量過高必須分組的，因用戶分布范圍太廣而必須分組的。所以，用戶分組后還應(yīng)根據(jù)實際的應(yīng)用情況作適當(dāng)調(diào)整。

5、 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)身份號(ID)規(guī)劃考慮

目前，以TETRA標(biāo)準(zhǔn)為代表的數(shù)字集群系統(tǒng)在我國已得到較為廣泛的應(yīng)用，不僅有800MHz頻段，而且還有350MHz頻段。根據(jù)TETRA標(biāo)準(zhǔn)，ID長度為8位，取值范圍為1-13999999，包括用戶個人ID、用戶組ID、調(diào)度臺ID、系統(tǒng)所用ID等等。為便于管理、便于記憶，在實際應(yīng)用中將ID按一定規(guī)則劃分，原則是號碼位數(shù)越短越好，編程和使用時越簡單方便越好。對共網(wǎng)來說，通常把ID分成三大部分：第一部分為各個系統(tǒng)部門，如公安、醫(yī)療、民防、水電煤等等;第二部分為各系統(tǒng)部門下屬單位;第三部分為用戶個人ID或組ID，各部分位數(shù)長度視具體情況而定。一般來說組ID數(shù)目遠(yuǎn)小于個人ID數(shù)，位數(shù)可以少些，以此可以區(qū)分是個人ID還是組ID。另外，通過在首位加識別位也可以加以區(qū)分，但此方法較適用于用戶數(shù)或系統(tǒng)部門較少的情形。如下分別介紹一下專網(wǎng)系統(tǒng)和共網(wǎng)系統(tǒng)的ID分類方法。

1、 用戶個人ID與組ID分段使用

此方式適用于專網(wǎng)系統(tǒng)。在這種方式中，ID被劃分成兩段，一段為用戶個人ID、另一段為用戶組ID，每個單位的個人ID和組ID的前2位使用相同數(shù)字作為前綴，后面若干位用于用戶個人或組，如對于用戶數(shù)少于1萬的專用系統(tǒng)可以用4位數(shù)表示個人ID，范圍1000-9999，3位數(shù)表示組ID，范圍100-999，其中前2位作為ID前綴用于區(qū)別單位，后2位或1位用于表示該單位下的用戶個人或組，如下表所示：

若大多數(shù)單位的用戶都在1000以上，則可擴大位數(shù)。此方式優(yōu)點是組號位數(shù)短，組號與個呼號前綴相同，便于記憶與編程。

2、用戶個人ID與組ID交錯使用

此方式適用于多系統(tǒng)部門共享的共網(wǎng)系統(tǒng)。在這種方式中，ID被劃分成若干號段，每一段都包含有用戶個人ID與組ID。 ID通常由6-7位數(shù)字組成，其中的前2位數(shù)字用來區(qū)分各系統(tǒng)部門，如10表示電力系統(tǒng)，號碼段為1000000-1099999，在這段號碼中再劃分組ID與個人ID;11表示衛(wèi)生系統(tǒng)，號碼段為1100000-1199999，等等，如下表所示：

三、結(jié)束語

以上從覆蓋制式與用戶分組兩方面分析了其對系統(tǒng)容量、信道利用率的影響，以及用戶分組大小對呼叫遇忙程度的影響。隨著數(shù)字集群的不斷發(fā)展，目前已有越來越多的用戶選擇了TETRA標(biāo)準(zhǔn)，為此，在系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)時一定要綜合考慮基站覆蓋、用戶分組及與系統(tǒng)容量等之間的關(guān)系，以使所建系統(tǒng)能最大限度地滿足用戶的通信需要，發(fā)揮出最大效益。