集群通訊發(fā)展歷程

　　自1897年馬可尼所完成的無線通信試驗到上世紀20年代開始的現代移動通信開始，距今移動通訊已接近百年歷史。集群通訊是在移動通訊的基礎上發(fā)展而來的，最早的集群通訊需求就來自于警察等公共強力部門。集群通訊最早可追溯到上世紀二十年代警察車載無線電系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖不具備現代集群通訊的一呼百應模式，但已初步響應了當時警察通訊的簡單需求。隨著技術的發(fā)展尤其是數字移動通訊的發(fā)展，先后出現了模擬集群通訊與數字集群通訊這兩大類集群通訊技術，模擬集群的代表如MPT1327系統(tǒng)，同時為了解決保密通話等特殊需求還引入了Tetra等專業(yè)集群通訊技術。至今在公安等部門還廣泛存在這兩種通訊技術，同時公安部集合多個廠家自行制定了中國公安的集群通訊標準，簡稱為PDT。

　　隨著歷史變遷及現代政府、交通等行業(yè)的需求，越來越多的部門需要除了語音之外的寬帶甚至超寬帶的大數據量集群，而目前的集群系統(tǒng)或方案都不能很好的解決這一難題，為此ITU在2012年正式確立了PPDR這一課題在各國家討論應對策略及方案。至此集群從簡單語音到群呼語音到群呼圖像或視頻與移動通訊一樣也走過了幾乎百年的歷史，從其發(fā)展時間看略落后公共無線通訊的步伐，相信在LTE超寬帶通訊年代集群將乘著這艘寬帶大船越走越寬，在政府、交通、能源等行業(yè)將有更多更廣泛的應用。

　　數字集群通訊

　　什么叫集群通訊

　　集群通訊有別于傳統(tǒng)無線通訊其在通訊方式及手段上都有較多不同之處，按照維基的解釋就是一種同時段可允許多人接入并偵聽語音的網絡，其有別于傳統(tǒng)網絡的多人單獨會話模式，是集合了電話與高頻廣播這兩種通訊模式的合成體。簡而言之集群通訊是一呼百應的語音或視頻的通訊模式。實際上集群通訊系統(tǒng)是多信道多用戶共用的調度通信系統(tǒng)。其具有四個要素，第一個要素就是多信道，第二個要素是多用戶，第三個要素是共用，網絡設施的共用、網絡覆蓋的共用甚至是管理的共用，才能做到單用戶使用成本最小化，第四個要素就是其具有調度功能，即對系統(tǒng)中的用戶統(tǒng)一進行調度及指揮，而且每個集團用戶又可分別設置調度臺來分管屬于自己的用戶。

　　數字集群的分類

　　數字集群通訊系統(tǒng)可分為兩類：一類是所謂的專用數字集群系統(tǒng)；另外一類就是公共數字接入集群系統(tǒng)。第一類數字集群系統(tǒng)供特定的專業(yè)部門使用，如警察、軍隊、鐵路、民航等部門使用。第二類數字集群系統(tǒng)提供需要專業(yè)調度通信的部門使用，它們可以共用一個通信網，例如政府市政部門、燃氣、水電、公交等部門，或者是臨時組建的民間小團隊用于旅游等事務。

　　這兩類集群的所有權不同，用戶類有別(專網比較單一，公網用戶面較寬)，網絡覆蓋要求不同(專網考慮投入時多采用中區(qū)制或大區(qū)制組網，公網一般都是小區(qū)制組網)，保密性有別(專網保密程度高，公網保密級別低)。

　　社會發(fā)展對寬帶或超寬帶的需求

　　以美國警察為例對應警察每天執(zhí)勤時需要實時的視頻攝錄并傳輸，這些需求包含：交通執(zhí)勤、事故自動告警、抓捕罪犯、自動巡查。上述需求一直未能在美國警察中得到很好的滿足，盡管安裝了車載攝像頭但還是有62%的人希望提高車載攝像頭的能力，盡管有視頻監(jiān)控存在但還是有52%的人希望提高實時監(jiān)控的能力以滿足還原事故現場的需求。

　　再看國內公安：仍以窄帶模擬集群、模擬常規(guī)系統(tǒng)為主，僅實現了區(qū)域聯網，不能做到全國聯網，不能滿足多警種跨區(qū)、協同作戰(zhàn)的需要，不能加密，無法滿足公安警衛(wèi)、反恐、偵查等特殊需要，數據傳輸能力差，不能滿足查詢、定位等警用需求。由此可見國內公安對數字化、寬帶化及超寬帶化需求同樣強烈。

　　超寬帶數字集群方案

　　LTE做為第四代移動通信(簡稱4G)的成功標準即將在國內廣泛使用，由于其網絡結構簡單并采用了諸多先進技術其不僅在國際移動通信領域內為眾多運營商所承認，同時也被眾多專業(yè)客戶所看重。LTE大大改善了控制信令與用戶數據傳輸的時延，完全滿足專業(yè)集群所需要的低時延要求，在多載波特性下LTE上下行的速率甚至能達到500Mbps與1Gbps，完全可勝任任何嚴苛要求的大數據量傳輸的需求。

　　在改造標準LTE并增加對語音與集群的支持后對應網絡就可支持超寬帶集群的功能，在標準LTE框架中加入集群控制中心并增加相關標準接口后可實現集群語音及普通語音。除了集群語音外通過對應網關還可實現與標準固定網絡或其它集群系統(tǒng)連接并做互操作。

　　該方案除了具備窄帶數字集群所擁有的集群語音及調度功能外同時具有高速數傳能力，能滿足多個行業(yè)所要求的寬帶數據傳輸需求。

　　超寬帶數字集群所需頻寬

　　雖然LTE技術可支持最小從1.4MHz帶寬的組網，但在1.4M帶寬下傳輸數據的能力有限，為了更好的服務行業(yè)客戶大數據量的傳輸需求，需要申請至少20MHz以上的頻譜。我們可做如下條件的假設：小區(qū)邊緣頻譜利用率為0.15bps/Hz，小區(qū)平均帶寬利用率為1.5bps/Hz，同一個小區(qū)中發(fā)生了兩起事故且一起在小區(qū)邊緣，另外一起以平均小區(qū)頻譜利用率來計算，且需要最低2Mbps的視頻(高清視頻所需的最低碼率值)，則最低的上行帶寬為2/0.15+2/1.5≈15。由上述計算可知為了滿足基本實用需求(預留25%的資源)需要給單小區(qū)20MHz的頻譜。

　　未來演進的方向

　　數字集群演進到超寬帶集群后的步伐相信不會停止，相反隨著承載變化后原先不能做的應用將會如雨后春筍一樣迅速冒出，以下是幾個可能的演進方向：

1. 統(tǒng)一融合的終端裝備，目前執(zhí)勤警察隨身攜帶的多種電子設備將不斷趨于融合以方攜帶執(zhí)勤。
2. 可支持大區(qū)組網的超寬帶集群，在沙漠、荒原等特殊場景同樣需要超寬帶數字集群用于邊防巡邏及公安執(zhí)法，而這些地區(qū)的網絡使用率比一般要低的多，為此會需要單站覆蓋超過20公里的大區(qū)制來組網。
3. 融合GIS、車載視頻監(jiān)控及語音為一體的全方位立體調度系統(tǒng)將會出現在調度中心及分布式調度車中，對于國家維穩(wěn)遠程執(zhí)法等帶來質的改變。