数字集群通信在科能融合应急通信中的应用-世讯电科融合通信

科能融合应急通信系统是在一些突发任务或灾难情况下，为更好协调不同部门，高效处理这些突发事件提供通信功能的系统。而集群通信系统具备特有的调度功能和组呼功能以及快速呼叫的特性，因此在科能融合应急通信系统中具有重要作用。集群通信系统其主要应用范围包括对指挥调度功能要求较高的部门和企业，主要包括政府部门（如军队、公安部门、国家安全部门和紧急事件服务部门）、铁道、水利、电力、民航等单位。集群通信系统经过了从模拟系统到数字系统的发展历程，随着我国通信技术创新能力的不断提高，国内企业也研发出了专用的数字集群通信系统。另外，随着经济的发展，出租、物流、物业管理和工厂制造业也越来越需要集群通信，它正逐渐成为公众移动通信之外的一大专用移动通信系统，并可以通过共网方式向社会提供具有集群通信特点的专业通信服务。

本节将首先介绍数字集群通信的定义与特点、业务与功能，接着介绍国内数字集群通信技术的发展，之后结合数字集群通信的特点、功能和关键技术，介绍数字集群通信系统如何在科能融合应急通信中发挥这些特点和关键技术的作用。

一、数字集群通信的定义和特点

国际无线电协商委员会（CCIR）将集群通信系统命名为（Trunking CommunicationSys-tem”，国外也有将其称为PMR（Private Mobile Radio）或SMR（Specialized MobileRadio）。我国曾将Trunking Communication System译为中继通信系统，1987年改译为集群移动通信系统，常称为集群通信系统或集群系统。

集群通信系统是多个用户（部门、群体）共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信系统。集群通信系统与公众的蜂窝移动系统相比具有如下特点：

1）呼叫接续快；

2）群组内用户共享前向信道；

3）半双工通信方式，PTT方式；

4）支持私密呼叫和群组呼叫；

5）呼叫和讲话时，需按住PTT键，被叫不需摘机。

正是由于这些特点，集群通信系统可以支持更多具有集群通信特色的业务和功能。

二、数字集群通信系统所支持的业务与功能

2.1业务

按照通常的业务划分，数字集群通信系统所能提供的业务类型包括电信业务、承载业务和补充业务。电信业务是指为用户之间的通信提供完整通信能力（包括终端设备的功能）的业务。承载业务是指在用户一网络接口之间提供信号传送能力（不包括终端设备功能）的业务。电信业务和承载业务一起称为基本业务。补充业务是对基本业务加以修改或补充的业务。补充业务不能作为一种独立的业务向用户提供，必须与基本业务相结合而提供。

1. 数字集群通信系统提供的电信业务

1）调度语音业务，包括：单呼；组呼；广播呼叫。

2）电话互联业务。

3）短消息业务。

2. 数字集群通信系统提供的承载业务

1）电路型数据业务。

2）分组型数据业务。

3. 数字集群通信系统提供的补充业务

可分为两类，一类是集群类补充业务，它是在基本业务的基础上，针对数字集群通信系统的调度呼叫功能进行的修改或补充；另一类是电话类补充业务，它是在基本业务的基础上，采用类似于公众移动通信网的业务提供方式对基本业务进行的修改或补充。

（1）集群类补充业务

1）讲话方识别显示：组呼、广播呼叫业务中，接听方用户终端显示讲话方用户的识别码。

2）呼叫提示：当处于忙状态的用户终端上接收到其他呼叫时，能够显示呼入的主叫方识别码。

3）优先级呼叫：调度呼叫具有优先级。优先级应包含若干个等级，高优先级呼叫优先得到集群通信系统提供的服务，包括呼叫优先级和话权优先级。

4）集群紧急呼叫：集群紧急呼叫是优先级最高的调度呼叫。当系统繁忙时，紧急呼叫将使优先级最低的通信断开以继续其接续过程；紧急呼叫建立的同时系统将向调度台（或指定用户）发送报警提示。

5）迟后进入：在组呼、广播呼叫过程中，迟来的成员可以加入一个正在进行中的组呼。

6）呼叫报告：当用户由于关机或者与网络暂时失去联系后，系统能够记录在此期间该用户作为被叫的呼叫记录，并在该用户能够与网络联系后系统将这些信息通知该用户。

7）区域选择：规定用户终端能够接收到调度呼叫的工作区域。

8）动态重组：调度台通过无线方式对用户进行重新编组，包括对群组的增加、修改、删除和查询，对组内成员的增加、修改、删除和查询。

9）限时通话：系统可以限制移动台通话时间。

10）无条件呼叫前转：该用户的所有集群类入呼叫将被无条件前转到其所登记的第三方用户。

11）遇忙呼叫前转：该用户的集群类入呼叫在用户忙时被前转到其所登记的第三方用户。

12）隐含呼叫前转：用户寻呼无响应、无应答以及其他不可及情况（位于盲区等）时，将该用户的集群类入呼叫前转到第三方用户。

13）移动台遥毙/复活：系统利用无线方式使某移动台（或非法用户）失效/重新有效。

14）缩位寻址：即缩位编号。

15）缜密监听：被授权用户台可以监听一个或多个用户，而不需要被监听用户同意，被监听用户也不知晓被监听。

16）环境监听：由调度台遥控开启用户台的发射机，从而可以监听用户台周围的声响，而用户台没有任何发射指示。

17）调度台核查呼叫：在呼叫被允许进行之前，由调度台核查呼叫请求的合法性。

18）控制转移：组呼发起者可以将自己的呼叫控制权转移给另一方。

19）密钥遥毁：用无线遥控方式销毁移动台或基站的密钥。

20）强拆：可以通过调度台将正在进行的用户呼叫进行拆线。

21）特设信道呼叫：系统可以通过调度台将特定用户指定在某一个特设信道上进行呼叫，特设信道呼叫可以进行撤销。
22）临时组呼叫：调度台选择若干群组和/或用户组成临时组发起调度呼叫。在呼叫结束后，群组和/或用户恢复原状。

（2）电话类补充业务

1）主叫号码显示：这项业务向被叫用户提供主叫用户的识别号码信息。

2）主叫号码显示限制：主叫用户使用这项业务拒绝将自己的号码提供给被叫用户。

3）无条件呼叫前转：用户激活无条件呼叫前转业务时，该用户的所有电话类入呼叫将被无条件前转到其所登记的第三方用户。

4）遇忙呼叫前转：用户激活遇忙呼叫前转业务，该移动用户的电话类入呼叫在用户忙时被前转到其所登记的第三方用户。

5）无应答呼叫前转：激活无应答呼叫前转业务后，该用户的电话类入呼叫在无应答情况下将被前转到第三方用户。

6）隐含呼叫前转：用户寻呼无响应、无应答以及其他不可及情况（位于盲区等）时，将该用户的电话类入呼叫前转到第三方用户。

7）呼叫保持/呼叫等待：激活呼叫等待业务后，当用户正处于通话状态时，如果有另一个呼叫到达，系统会提示用户有来电，由用户选择是否接听该来电。如果用户应答，则用户可以在两个呼叫之间交替通话，即一方呼叫保持，与另一方进行通话。

8）呼叫转移：在两个用户通话过程中，其中一个用户可以将电话转移至第3个用户，同时自己挂机，让另一个用户与第三个用户继续通话。

9) 三方呼叫：三方呼叫业务可使第三方加入已经建立的两方呼叫，使3个用户之间可以三方通信。

10) 会议电话：会议电话可以提供多个呼叫连接的能力，即在3个或者更多个用户之间同时进行通话。任何一个非主控用户挂机，其余用户照样保持原来的通话连接。

11) 免打扰业务：激活这项业务后，用户拒绝接入任何普通语音来电。

12) 口令呼叫接受：用户使用这项业务可以有选择地接入一些呼叫而拒绝另一些呼叫。激活这项业务后，系统在接续过程中将向主叫用户要求一个密码。只有主叫正确地输入密码后才继续进行接续，否则将拒绝呼叫或将呼叫接续至语音信箱或设定的前转号码上。

13) 优选语言：这项业务确定网络播送录音通知或发送短消息时使用的语言或码表。

14) 选择呼叫接受：这项业务允许用户有选择的接入一些呼叫而拒绝另一些呼叫。用户在激活这项业务的时候将允许接入的一组主叫号码输入系统。系统收到来话后，与预先设定的号码比较，如果不相同则拒绝接受或将呼叫前转到语音信箱或设定的前转号码上。
数字集群通信系统

2.2功能要求

数字集群通信系统支持以下功能要求：

(1) 呼叫处理

系统应支持调度呼叫、电话互连呼叫、数据呼叫、短消息呼叫等各类呼叫的处理功能，包括各类呼叫的建立、释放管理等功能。

(2) 移动性管理

支持包括登记、漫游和切换功能，以及针对集群业务中组的移动性管理功能。

(3) 鉴权认证

支持鉴权和认证功能，以验证用户身份的合法性、网络合法性以及对业务的认证。鉴权功能包括网络基础设施对移动台鉴权、移动台对网络基础设施鉴权、移动台和网络基础设施相互鉴权。

(4) 加密

数字集群通信在一些专业领域应用较多，尤其是一些对涉及国家安全的部门。因此对加密的要求较高。数字集群通信系统支持的加密功能包括：

1) 空中接口加密：空中接口加密是指集群通信系统能够对基站与移动终端之间的语音和数据进行加密传输。

2) 端到端加密：端到端加密是指利用集群通信系统提供的透明传输通道，终端之间的语音和数据采用加密方式传递。

(5) 故障弱化

故障弱化是指当集群通信系统的基站子系统与交换子系统或调度子系统之间的传输链路中断，或基站收发信机与基站控制器之间的传输链路中断后，基站仍然可以处理本基站覆盖范围内用户的业务请求，但不提供正常情况下的全部业务功能以及本基站覆盖范围以外的呼叫。在故障弱化状态下，基站可以处理的业务类型包括单呼、组呼、广播呼叫和电话互连呼叫，而对传真、数据业务、短消息业务等不作要求。当基站与基站控制器或者基站控制器与移动交换中心之间的传输链路中断后，基站自动转入单站运行状态；当传输链路恢复后，基站切换到正常工作状态。

(6) 虚拟专网

系统为群体用户提供专用调度台，利用与其他群体共享的网络基础设施组成虚拟专网，向用户提供一般专用网络所具有的功能，各虚拟专网之间在工作上相互独立，各虚拟网可单独进行虚拟网内的调度控制和业务管理，也可各自根据需要选择功能。

（7）直通工作方式

在集群通信系统中的网络和移动终端应支持直通工作方式。直通工作方式包括如下3种：

1）基本工作方式：移动台之间直接通信。

2）转发器工作方式：移动台之间经过直通转发器通信。

3）集群网关工作方式：移动台经过集群网关与集群网络中的移动台通信。

三、国内数字集群通信技术的发展情况

集群通信系统与其他移动通信系统类似，也经历了从模拟系统到数字系统的发展过程。数字集群通信系统与模拟集群通信系统相比，采用了先进的数字信令方式，语音数字编码技术和先进的调制解调技术，数字集群通信系统在频谱利用率、抗无线信道衰落、保密性、业务支持等方面具有明显优势，能够提供指挥调度、电话互联、数据传输、短消息收发等多种业务，可以为一些要求通话建立速度快、通话成功率高的指挥调度领域和部门（如公安政法、消防等）提供有效的通信手段。

从数字集群通信的发展现状来看，集群产业处在发展阶段，与公用移动通信的发展规模相比，数字集群通信的规模处于远远落后的状态。由于我国的数字集群通信存在着相当规模的市场和发展潜力，国内的多个电信设备制造商，都在大力研发数字集群通信设备，并已经研制出符合集群通信要求的数字集群通信系统设备。在国内，目前能够提供完整的数字集群设备和终端的系统包括中兴公司开发的基于CDMA的数字集群通信系统（GoTa系统）和华为公司开发的基于GSM的数字集群通信系统（GT800系统）。

从技术的角度来讲，GoTa系统是基于CDMA200。系统的基础上开发的，GT800系统是在GSM的基础上开发的。除了集群的一些关键技术和业务已经达到集群通信的要求之外，在今后通信未来发展的潜力方面也具有更大的优势。在未来数字集群通信的发展中，除了集群的语音通信模式与蜂窝通信有着较大差别外，在其他应用领域，如数据业务等众多功能，两者将越来越接近。以满足未来集群通信用户的综合需求。而国内的这些技术，在这些方面为运营商考虑今后集群网络的发展提供了更多的选择。

下面，将主要介绍国内自主研发的GoTa系统和GT800系统。

3.1 GoTa系统

GoTa的含义是全球开放式集群结构（GlobalopenTrunkingarchitechture）,是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的。

GoTa的空中接口在CDMA2000技术基础上进行了优化和改造，使之能够满足现代集群通信的技术要求。首先GoTa釆用的呼叫方式是集群通信中所特有的PTT方式的语音呼叫；为了提高呼叫接续速度，GoTa定义了一套相应的体制结构和协议栈，以满足集群通信系统的快速连接；为了支持群组呼叫，GoTa优化了空中接口，从而达到在同一个小区/载频下同一群组的用户在呼叫时能够共享同一条空中信道的目的。GoTa在处理通信连接时也采用了共享的方式，这将减少网络处理呼叫时的时延。对用户来说，信道选择和分配的过程却是透明的。因此，GoTa具有快速的接入、高信道效率和频谱使用率，较高的用户私密性、易扩展性和支持业务种类多等技术优点。

1. GoTa系统的网络结构

GoTa系统的网络结构如图5-54所示。

图5-54 GoTa系统的网络结构示意图

一个基本的CDMA数字集群通信系统由终端、基站子系统、调度服务子系统、移动交换子系统和操作维护中心(Operation Maitenance Center,OMC)组成。为了能够支持短消息业务、分组数据业务、定位业务和智能网业务，系统还可以加入短消息子系统(SMS)、分组数据服务子系统、移动定位子系统和智能网。

(1) 基站子系统

基站子系统(BSS)由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)组成。具有集群调度语音业务、数据业务和电话互联业务的接入功能。BTS具有基带信号的调制与解调、射频信号收发等功能。BSC具有无线资源的分配、呼叫处理、功率控制以及支持终端的切换等功能。BSC具备与不同功率等级的BTS组成星状连接和线形连接的组网能力，以支持大区制、小区制、微微小区制的覆盖，满足在共网运营下的覆盖需求。

BSS通过标准接口和CDMA集群核心网(包括调度子系统、交换子系统以及分组子系统)相连，满足集群终端的各种业务需求，包括集群业务、电信业务和数据业务。

(2) 调度服务子系统

调度服务子系统(简称调度子系统)由调度控制中心(DispatchControlCenter,DCC)和调度归属寄存器(Dispatch Home Register,DHR)组成，完成集群业务的处理功能，提供集群业务用户和群组信息的存储和管理功能，为具有集群业务的用户进行开户、注销、业务的鉴权、授权和计费等。

调度控制中心是集群呼叫的总控制点，完成集群呼叫的处理，包括鉴别集群用户、建立和维护各种集群呼叫如单呼和组呼、进行话权管理等功能。DCC还负责语音流报文分发的功能。

调度归属寄存器提供集群业务用户和群组信息的存储和管理功能，为具有集群业务的用户进行开户、注销、业务的鉴权、授权和计费等，同时协助完成用户的调度呼叫和业务操作。
（3）移动交换子系统

移动交换子系统（简称交换子系统）由移动交换中心（MSC）、位置归属寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AC）组成，支持普通电话呼叫业务、电话互联业务和部分增值业务，并提供相关业务功能用户信息的存储和管理功能，包括为具有普通语音业务的用户进行开户、注销、业务的鉴权、授权和计费等。

移动交换中心是完成对位于其服务区域内CDMA集群终端的普通语音业务进行控制、交换的功能实体，也是CDMA集群通信网络和其他公用通信网络在普通语音业务上进行互连互通的接续设备。

归属位置寄存器提供相关业务功能用户信息的存储和管理功能，包括为具有普通语音业务的用户进行开户、注销、业务的授权和撤销等，同时协助完成用户的呼叫和业务操作。

拜访位置寄存器主要用于存储和更新漫游到该VLR服务区域的移动台的用户数据，如最新的位置区和功能配置表等。VLR还在数据库中存储呼叫建立所必需的信息以供MSC检索。一个VLR可负责一个或多个MSC区域。

鉴权中心是一个管理与移动台相关的鉴权信息的功能实体。完成对用户的鉴权，存储移动用户的鉴权参数，并能根据MSC/VLR的请求产生、传送相应的鉴权参数，AC中的用户鉴权参数，AC中的用户鉴权可以釆用加密的方式存放。

（4）短消息子系统

短消息子系统由SMC和SME组成，为用户提供短消息业务。

短消息中心（SMC）和MSC、HLR等其他实体配合，完成CDMA集群通信系统中用户短消息的接收、存储和转发，保存用户相关的短消息的数据。

短消息实体（SME）是合成及分解短消息的功能实体，配合SMC提供各类基于短消息的业务。

（5）分组数据服务子系统

分组数据服务子系统（简称分组子系统）由PDSN（Packet Dath Serving Node,分组数据服务节点）、AAA（Authentication Authorization Accounting,鉴权、授权和计费）和HA（Home Agent，归属代理）组成，为用户提供高速的分组数据业务。

PDSN作为系统和IP网络之间的无线接入网关，提供简单IP和移动IP的接入，使得用户可以访问企业私网，互联网以及提供WAP服务。

AAA采用RADIUS服务器方式。对用户进行鉴权认证，并完成数据业务授权和计费功能。

HA是在用户归属网上的路由器，负责维护用户的当前位置信息，建立用户的IP地址和用户转交地址的对应关系，负责移动IP用户的报文路由转发。简单IP不需要HA,移动IP

需要HA。

（6）移动定位子系统

移动定位子系统（简称定位子系统）由MPC（Mobile Position Center,移动定位中心）和PDE（Position Determining Entity,定位实体）组成，为用户提供各类定位业务。

MPC实现定位网关功能，负责位置信息的获取、传递、存储及控制。MPC负责接收PDE提供的定位结果，再将定位结果发送给需要使用位置信息的应用实体。

PDE是与具体定位技术相关的网络单元，每一个PDE能支持一种或多种定位技术。当收到MPC的位置请求时，PDE与MSC、SMC以及移动台等相关设备交换定位相关的信息。

（7）智能网

智能网中包括SCP（业务控制点）、SSP（业务交换点）、IP、充值中心、SMP（业务管理点）、SCEP（业务生成环境点）和SMAP（业务管理接入点）等实体，为用户提供各类智能业务。

SCP是整个移动智能网的核心，它通过MAP接口，根据业务逻辑向SSP发送指令，指示SSP进行呼叫接续；同时SCP也可以通过MAP接口向IP发送指令，指示IP向用户播放录音通知以及收集用户信息等；另外SCP通过MAP接口可以与另外一个SCP进行通信，从而完成业务之间的相互作用；对于预付费业务，SCP还需要与充值中心进行交互，对充值中心返回的结果决定是否对账户进行充值。

（8）终端

终端是集群用户可直接操作的设备，为用户提供CDMA集群通信系统的集群调度语音业务（单呼、组呼、广播）、电话互联业务、补充业务、短消息业务和数据业务。终端通过无线方式与CDMA集群通信系统相连，同时具有CDMA蜂窝移动通信系统终端的功能。

终端包括移动台（包括手持移动台和车载台）和固定台。移动台是集群用户使用的便携式设备，为用户在移动环境中提供各类业务；固定台是集群用户使用的固定式设备，具有与移动台相同的功能°

（9）调度台

调度台是对移动台用户和固定台用户进行调度控制和业务管理的设备。

根据调度台与系统之间的传输链路类型不同，调度台可分为有线调度台和无线调度台。

有线调度台使用有线方式与系统连接，通过调度管理系统接入到CDMA集群通信系统中，应具备单呼、组呼、广播呼叫、强插强拆、动态重组、监听、录音以及呼叫转接等调度功能，执行对用户的调度控制；同时，有线调度台可具备群组和用户的业务管理功能。

无线调度台使用无线方式与系统连接，与有线调度台相比较，无线调度台可具备相对简化的功能。无线调度台应具备单呼、组呼、强插强拆、动态重组等基本调度功能。

调度管理系统是有线调度台连接CDMA集群通信系统的接入点，是有线调度台对所管辖用户和群组进行调度控制和业务管理操作的代理实体。

（10）操作维护中心

操作维护中心由操作维护服务器和操作维护客户端组成，由运营商操作维护人员使用,通过操作维护中心与各子系统的接口，完成对系统各网元设备的操作和维护功能，包括操作维护的权限管理、配置管理、报警管理、性能管理等。

2. GoTa系统中为实现集群通信功能所采用的关键技术

在数字集群通信系统中有两个特有的关键技术：业务信道的共享和呼叫的快速建立。

(1) 前向无线业务信道的共享

由于集群通信系统提供组呼业务，而CDMA系统是针对一对一呼叫的。因此在实现PTT方式的群组呼叫时，必须对CDMA系统进行改造，以实现前向资源的共享。

为了实现前向业务信道共享，就必须对群组用户所使用的前向业务信道釆用相同的调制参数，即同一组内的每个用户所分配的前向业务信道具有相同的长码掩码和WalshCode,这样相同的载波/扇区下同一个群组将使用同一个信道，从而达到前向信道共享的目的。

为了达到群组用户在前向信道共享的目的，在信令流程上必须增加相应参数(长码掩码和WalshCode)的传递。前向共享业务信道由F-FCH/F-SCH提供支持，并对前向信道的结构没有进行改动。与原CDMAlx前向码道不同的是：建立码道时原设置的私有长码掩码改为调度组要求或指定的特殊公共长码掩码；不同的群组使用不同的长掩码和WalshCodeo与CDMAlx前向业务信道比较，Walsh码资源与语音用户相同，信道结构基本不变；长码掩码通过加密算法计算得到。

(2) 呼叫的快速建立

集群通信系统中PTT呼叫的另一个重要特色就是快速连接。如果CDMA系统未经改造，则呼叫建立的时间将不能满足PTT呼叫应用时的需要。

为了解决快速连接必须从两个方面着手，一是将信令流程进行改造，减少不必要的流程和协商，尽量采用并行处理方式，节省用户的接入时间，满足PTT呼叫方式。另一方面，可通过使用增强型的接入信道，增加基站接入信道数量以及通过允许集群移动台增大初始发射功率、功率增加步长，以及提高系统的接收灵敏度、优化搜索策略等技术，将接入试探控制在极短的时间内完成。另外，为了提高移动台的接入成功率和通话的稳定性，系统可以考虑采用接入试探切换(AccessProbeHandoff)、接入切换(AccessHandoff)、信道指配进入软切换/更软切换(Channel-assignamentintosoft/softerHandoff)等技术。

3.2 GT800系统

GT800系统是以GSM-R为基础进行技术创新，满足行业用户指挥调度需求的数字集群通信系统。

1.GT800系统的网络结构

基于GSM技术的数字集群通信系统的系统结构如图5-55所示。

从图5-55的系统网络结构图来看，集群通信系统中一般由网络子系统(Network Subsystem,NSS)、基站子系统(Base Station Subsystem,BSS)、终端、操作子系统(Operation Subsystem,OSS)4部分组成。各部分的主要构成和功能如下。

(1)网络子系统

NSS负责处理终端的各种业务请求，主要完成用户的业务交换功能以及用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能°NSS由一系列功能实体所构成，一个网络子系统NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR。各功能实体之间都通过符合No.7信令协议互相通信。NSS中大部分节点都与GSM系统类似，并在功能上做了增强，以满足集群通信的需要。为支持集群通信而单独设置的节点主要包括调度台接入网关和GCROMSC(移动交换中心)是网络的核心，负责用户的移动性管理和呼叫控制，并提供与

图5-55 基于GSM技术的数字集群t通信系统的系统结构示意图

其他通信网络（如PSTN,其他PLMN等）的接口。MSC功能从逻辑上可以划分为两类:VMSC功能和GMSC功能。VMSC通过与集群网络中其他实体的配合，完成管辖范围内用户的组呼、电话互连、广播呼叫、短消息等基本业务的处理，同时还根据用户的补充业务签约情况激活相应的补充业务处理。除完成对用户的呼叫业务及补充业务处理外，MSC还负责对用户鉴权、位置登记、切换等流程的处理。GMSC是电路域特有的设备，它作为系统与其他公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR,则需要通过GMSC查询，然后将呼叫转接到MS目前登记的VMSC中。GMSC具有与固定网和其他NSS实体互通的接口。

VLR（访问位置寄存器）为电路域特有的设备，存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后,该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据；当MS漫游出控制范围后，需要删除该用户数据，因此VLR可看作为一个动态数据库。VLR存有用户所属组的ID列表，当用户漫游时，这些信息从HLR中复制过来。

HLR（归属位置寄存器）为CS域和PS域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库系统.基于GSM的数字集群通信系统可以包含一个或多个HLR,具体配置方式由用户数、系统容量以及网络结构所决定。HLR存储着本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等。当用户漫游时，HLR接收新位置信息，并要求前VLR删除用户所有数据。当用户被叫时，HLR提供路由信息。针对集群业务，HLR中还存有用户的组信息，包括该用户所属的组ID列表（一个用户可以属于多个组）。

AUC（鉴权中心）为CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AUC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR、MSC以及SGSN,以保证通信的合法和安全。每个AUC和对应的HLR关联，只通过该HLR和其他网络实体通信。

EIR（设备标识寄存器）存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。其中，移动设备被划分“白”、“灰”、“黑”3个等级，并分别存储在相应的表格中。

GCR（组呼寄存器）中包含了组ID和组呼区域，组呼区域与组ID合在一起称作组呼参考。其中与主控MSC相连的GCR中包含了与该组呼参考相关的调度台列表、中继MSC列表、主控MSC直接控制的小区列表。而与中继MSC相连的GCR则包含了与该组呼参考相关的主控MSC地址、本中继MSC所控制的小区列表。

SGSN（服务GPRS支持节点）为PS域特有的设备，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS的连接，在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。

GGSN（网关GPRS支持节点）也是PS域特有的设备。GGSN作为移动通信系统与其他公共数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，数据先到GGSN,再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。

调度台接入网关的主要功能是提供集群通信系统中的调度台接入功能，负责对调度台的身份、权限、业务能力进行鉴权，同时提供调度台与集群通信系统之间的语音和数据通道。

（2）基站子系统

基站子系统是集群通信系统中与无线传输方面关系最直接的基本组成部分，提供终端与网络之间的无线链路。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号的发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与核心网中的MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接以及传送系统信号和用户信息等。

基站子系统是由基站（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。一个BSC可以控制多个BTS。

BSC是基站子系统的控制部分，负责各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。还包括呼叫（单呼、组呼、单呼、广播呼叫）建立的信令处理，以及各小区中的信道（专用信道、组呼信道、广播呼叫信道、单呼信道）的分配。

BTS属于基站子系统的无线部分，由BSC控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS具有速率匹配、信道编码/译码、调制/解调等空中接口物理层功能。

为支持故障弱化功能，BTS上新增呼叫控制功能在BTS与交换设备失去联系时处理本基站覆盖范围内用户的组呼业务请求。

（3）终端

终端是集群通信系统的最终用户可直接操作的设备，包括移动台(包括手持移动台和车载台)、调度台和固定台。其中手持终端为最常用的用户终端，满足用户在移动环境下的基本通信业务需求。车载台为安装在车、船等交通工具上的终端，除能满足用户的通话需求外，还可以进行与具体行业相关的各种数据通信。固定台为在非移动状态下使用的用户终端，通过无线方式接入集群通信系统，支持的业务功能与手持终端相同。调度台是集群通信系统中特有的终端，支持调度员对多个小组或者在特定区域内人员的工作进行指挥调度；根据调度台与网络设备的接口，分为有线调度台和无线调度台。

移动台是集群移动通信网中用户使用的便携设备，为用户在移动环境中提供语音、数据等业务。移动台不仅包括手持台，还包括车载台和便携台。移动台由两部分组成，移动终端和用户识别模块，两者可以分离使用。移动终端提供与集群通信系统交互信息的能力，可完成语音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。用户识别模块用于表征通常是一张符合IS。标准的“智能”卡，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密以及组信息。

固定台为在非移动状态下使用的一种集群终端，通过无线方式与集群通信系统联系，具备与移动台相同的业务功能。固定台釆用固定方式工作，支持电池和外置电源。

调度台提供一个操作平台，支持调度员对多个小组或者在特定区域内活动人员的工作进行指挥调度。引入调度台的主要目的是提高指挥调度效率，通过调度台提供的业务能力以及针对性的界面设计，调度员可以方便地建立与管辖组/成员之间的通信联系。根据调度台与集群网络之间的传输链路类型，可以分为有线调度台和无线调度台。调度台支持的业务功能包括：电话互连呼叫、组呼、广播呼叫、紧急呼叫、强拆、强插、话务转接等。为满足管理的需要，建议提供录音功能。为了方便提高操作员工作效率，还可以在上述基本功能基础上增加针对具体行业用户的应用。

(4) 操作子系统

OSS包括两种设备，一种用于对网络系统设备进行维护管理，如系统性能统计、设备状态监控以及系统设备配置数据，由运营商使用，对网络设备进行维护管理；一种为用户管理系统，提供对本集群网内的用户数据功能，运营商支撑业务的正常运行。通过该系统可进行开户、销户以及用户业务权限更改等操作。根据使用对象的不同，用户管理系统分为运营商用户管理系统和VPN用户管理系统，分别由运营商和VPN用户使用。运营商用户管理系统原则上可以管理网内所有用户，VPN用户管理系统只能管理本VPN内的用户，VPN用户管理系统对VPN用户的管理需要在运营商用户管理系统对用户的授权范围内进行。

2.GT800系统中为实现集群通信功能所采用的关键技术

与GoTa系统类似，GT800系统为实现集群通信，所采用的关键技术也包括信道共享和快速呼叫建立，但具体实现方式不同。

(1) 信道共享

GT800系统采用GSM的物理信道结构逻辑信道，增加了组呼信道和广播通知信道。在GSM系统中每个手机单独分配一个信道进行通话，而在GT800系统的组呼中所有手机都使用同一个组呼信道进行监听，监听的手机个数不受限制，这样节省了无线信道资源。

(2) 快速呼叫建立

呼叫建立时间主要消耗在空中接口与手机的交互消息中。GT800系统采取减少合并消息的办法以及系统同步处理技术节约了呼叫建立的时间，组呼建立时组成员根据广播通知消息中的信道描述立即加入到组呼中不需要和网络有任何的消息交互也加快了响应速度。

四、数字集群通信系统在科能融合应急通信中的应用

如何在科能融合应急通信中发挥集群通信系统的作用，首先要研究清楚数字集群通信系统的定位，结合其定位以及功能与特点，进一步研究数字集群通信系统在科能融合应急通信中的应用。

数字集群通信系统与公众移动通信系统有非常类似的地方，下面首先介绍两者的区别。

在突发事件的处理过程中，需要通信系统能够提供指挥调度功能。另一种情况，在地震等灾害发生地，通常公众的移动通信网络有可能没有信号覆盖，同时灾害处理又对通话质量和接续速度要求较高，已有的公众移动通信网络往往不能适应这类情况下对科能融合应急通信的要求。

4.1 公用移动通信系统与数字集群通信系统之间的区别

从前面的介绍可以看岀，数字集群通信系统实际上也是移动通信系统的一种。尤其是GoTa系统和GT800系统，都是在CDMA或GSM系统之上，通过修改空中接口和网络的处理机制，实现集群通信业务，满足科能融合应急通信的需要。而公众移动通信系统同样可以应用于应急通信，通过科能融合应急通信车等设备方式，也具有一定的机动性，PoC技术也可以实现一定的组呼。那么数字集群通信系统与公众移动通信系统的区别在哪里？下面对两者之间的区别作一概括总结。

从上面的比较可以看出，集群通信系统和公众移动通信系统各自的定位不同，从技术指标来看，集群通信系统对通话质量的指标要求要高于公众通信系统，而且支持的通信方式也比公众移动通信系统丰富。但这也带来了系统的复杂程度，同时这些功能和技术指标，如组呼、快速呼叫建立对以点对点全双工通信的大众用户应用而言是没有必要的，因此两种系统在设计之初就定位于不同的用户群体，公众移动通信系统定位于普通大众用户，而集群通信系统定位于对指挥调度有需求的专业用户。虽然在技术上而言，数字集群通信系统可以提供普通用户的点对点语音业务，但同目前已经得到大规模发展，但与全国覆盖率很高的公众移动通信网争夺大众用户市场，无论是从话费、网络投资成本上、终端类型的丰富程度上都无法与之竞争，因此数字集群通信系统主要定位于专业用户和专用通信。

另一方面，随着公众移动通信技术的不断发展，在2.5G和3G系统上，一些厂家和标准组织提出了在GPRS、WCDMA和CDMA200。网络中提供PTT业务，通常称之为PQC。POC技术可以在网络提供点对多点的呼叫，同时呼叫建立时间也相对普通点对点呼叫有所提高。因此，一些观点认为，基于3G系统上实现PoC功能后，公共移动通信系统可以代替数字集群通信系统。同样，通过表5-8的比较可以看出，至少到目前为止，在技术指标和功能实现上，PoC还远不能满足专业用户对集群调度的功能要求，PoC功能只能作为在公共移动通信网中的一种增值业务应用提供给大众用户，而不能为专业用户提供调度功能和可靠的服务质量保证。

根据集群通信系统和公共移动通信系统两者的技术比较和发展现状可以看出，两者存在各自的应用场景和发展空间。虽然以点对点通信为主的公共移动通信系统也在不断发展，已经能够提供支持点对多点的PoC功能，但还远没有达到集群通信系统支持的性能，也不能满足专业用户的要求，对于需要集群调度功能的专业用户群体而言，集群通信系统仍是目前唯一的选择。因此在科能融合应急通信应用中，数字集群通信系统要发挥自身优势和特点，主要应用在指挥调度方面。

表5-8数字集群通信系统与公用移动通信系统的区别

不同点	公用移动通信数字	集群通信数字
发挥的作用不同	满足移动通信要求面向个人用户	满足指挥调度需求面向行业用户
主要通信方式不同	点对点呼叫为主（全双工通信）	以点对多点的群组呼叫为主点对点的半双工呼叫点对电的全双工呼叫
信道占用方式	点对电通话,用户独占信道	点对多点通话，用户共享信道是集群的关键技术要求一个组具有容纳多个用户的能力；要求一个小区内要具有同时支持多个大群组的能力
呼叫建立时间	一般几秒到十几秒	必须在島之内完成组呼的呼叫建立
业务安全性	公众用户使用，业务安全性要求一般	行业用户使用，业务安全性要求较高
呼叫的优先级设置	基本相同	要求有多种业务优先级，组优先级，组内用户优先级
网络发展规范	广泛应用	规模较小
网络复杂程度	较低	较高

4.2集群通信专网和共网之间的关系

集群通信系统根据应用方式的不同，可以分为共网集群通信系统和专网集群通信系统。集群通信系统根据应用方式的不同，可以分为共网集群通信系统和专网集群通信系统。集群共网由运营商统一负责建设和维护，多个集团或部门可以通过VPN等方式共同使用网络,并实现一定的服务质量保证和优先级功能。相对于集群共网，集群专网则是指由某一部门单独建设和维护，并仅在本部门内部使用的集群网络。

从两者的定位来看，数字集群专网针对政府强力部门为主的用户提供服务（公安、消防、城市应急联动系统）应用，侧重的是社会效益；数字集群共网则定位于商用为主的应用（物业、油田、银行、大众），侧重经济效益，兼顾社会效益。图5-56可以表明这种关系。

图5-56 共网与专网的不同定位

数字集群共网与数字集群专网的不同之处在于：

1）公网通常由运营公司来运营，向公众用户、行业或单位提供服务，而不是仅供一个部门内部使用的专网；

2）它的用户范围分布面很广，专网的用户只限本部门；

3）它可以集中使用频率，使这些频率能为更多的用户范围服务，提高了频率利用率。

随着社会对于高效处理紧急突发事件、信息安全的要求不断提高，同时由于数字化的实现，原来单一的语音通信已经完成了语音、图像和计算机数据的多媒体通信，各个行业或专业部门对通信的要求一方面在网络的传输与交换中在数字化的形势下趋于统一，而另一方面又开始突破原有的单一性、不断出现日新月异的多种需求，加之频率资源的日趋紧张，如何提高频率利用率，实现资源的最佳配置，已经成为集群发展中需要解决的重要问题。在这种情况下数字集群的专网建设方式就存在着一定的不足和限制。同时，在科能融合应急通信应用中，很多情况下都涉及多个部门，如公安、消防、医疗、交通等。为了达到统一调度和协同工作的效果，共网与专网相比能有效利用有限资源，加强各部门之间的协同，提高管理效率。

但共网方式对一些通话质量和优先级要求很高的部门来说，可能难以满足要求，或者是需要付出很高的网络成本，例如图5・56中所示的涉及公共安全的消防、武警、公安、司法等部门，以及一些通信质量有非常严格要求的企业如机场、铁路、地铁/轻轨等。这些部门往往是一些国家政府的强力部门，主要以体现社会效益为主，另外一些则是通信质量往往与人身安全密切相关的部门，这些部门对通话的要求是非常严格的，不允许出现网络阻塞、掉话甚至延迟或抖动，对于这些部门对通信的需求，在特定情况下，通过商用的共网来实现是存在一定风险性的，为了保证社会效益和公共安全，这方面的调度指挥通信需求应该是做到专网专用，网络成本等运营因素往往是次要的。

因此，在科能融合应急通信中，采用专网还是共网的方式，需要根据应用场景的不同，灵活掌握。

4.3在科能融合应急通信中发挥重要作用的典型数字集群业务和功能

科能融合应急通信应用中通常都需要大量的指挥调度工作，数字集群通信有组呼功能、呼叫建立速度快，这些特点使得集群通信系统在指挥调度中的优势明显，同时数字集群通信还支持动态分组、直通、故障弱化等业务和功能，这些业务和功能往往能在科能融合应急通信中发挥重要作用。具体内容如下：

1）组呼：数字集群通信的组呼是以信道共享技术为基础而实现的。理论上，同一基站下，一组人员无论数量多少，只占一对信道（上下行），类似普通移动通信电话的一对点对点呼叫，极大地节省了无线资源。

2）快速呼叫建立：数字集群通信系统的通话建立时间（从按下通话键至可通话之间的时间）都在Is以内，甚至更短。这在一些需要快速反应的紧急事件处理中尤为重要。

3）动态分组：数字集群通信系统支持各种方式的动态分组功能。发起方可根据需要执行两个组合并、分开、永久或临时加入新的组员等操作。这一功能非常适合多部门协同处理紧急事件的情况。

4）故障弱化：在某些灾害发生时，通信系统的有些节点可能已经遭到破坏。数字集群通信系统为了保障通话的持续性，支持故障弱化，可以在基站与系统断开联系的情况下，继续维持基站内的各种通信需求。

5）脱网直通：在基站也无法正常工作或者信号无法覆盖的情况下，集群终端之间还可以脱离网络直接通话，类似于对讲机的工作原理。

五、小结

由于集群通信具有快速呼叫建立的特点，并支持组呼叫、广播呼叫以及各种补充业务，非常适合科能融合应急通信中各个部门之间的调度通信。同时，集群通信还具有故障弱化、单站运行和终端之间的直通功能，适合于在突发、恶劣的以及没有基础网络的场合下应用。随着技术的不断发展以及对数据通信需求的增多，集群通信系统除了可以提供语音服务之外，在数据支持能力方面也不断提高，国内研发的数字集群通信系统都具有较好的可扩展性，将在我国科能融合应急通信的应用中发挥越来越重要的作用。但是，仅靠数字集群通信系统还远不能满足科能融合应急通信的需求，通常需要各种通信系统配和实现，例如，集群通信可采用科能融合应急通信车的方式，用卫星、微波等中继方式与公网或指挥中心相连，共同实现科能融合应急通信需要，如图5-57所示。