集群通讯发展历程

       自1897年马可尼所完成的无线通信试验到上世纪20年代开始的现代移动通信开始，距今移动通讯已接近百年历史。集群通讯是在移动通讯的基础上发展而来的，最早的集群通讯需求就来自于警察等公共强力部门。集群通讯最早可追溯到上世纪二十年代警察车载无线电系统，该系统虽不具备现代集群通讯的一呼百应模式，但已初步响应了当时警察通讯的简单需求。随着技术的发展尤其是数字移动通讯的发展，先后出现了模拟集群通讯与数字集群通讯这两大类集群通讯技术，模拟集群的代表如MPT1327系统，同时为了解决保密通话等特殊需求还引入了Tetra等专业集群通讯技术。至今在公安等 部门还广泛存在这两种通讯技术，同时公安部集合多个厂家自行制定了中国公安的集群通讯标准，简称为PDT。

       随着历史变迁及现代政府、交通等行业的需求，越来越多的部门需要除了语音之外的宽带甚至超宽带的大数据量集群，而目前的集群系统或方案都不能很好的解决这一难题，为此ITU在2012年正式确立了PPDR这一课题在各国家讨论应对策略及方案。至此集群从简单语音到群呼语音到群呼图像或视频与移动通讯一样也走过了几乎百年的历史，从其发展时间看略落后公共无线通讯的步伐，相信在LTE超宽带通讯年代集群将乘着这艘宽带大船越走越宽，在政府、交通、能源等行业将有更多更广泛的应用。

数字集群通讯

什么叫集群通讯

        集群通讯有别于传统无线通讯其在通讯方式及手段上都有较多不同之处，按照维基的解释就是一种同时段可允许多人接入并侦听语音的网络，其有别于传统网络的多人单独会话模式，是集合了电话与高频广播这两种通讯模式的合成体。简而言之集群通讯是一呼百应的语音或视频的通讯模式。实际上集群通讯系统是多信道多用户共用的调度通信系统。其具有四个要素，第一个要素就是多信道，第二个要素是多用户，第三个要素是共用，网络设施的共用、网络覆盖的共用甚至是管理的共用，才能做到单用户使用成本最小化，第四个要素就是其具有调度功能，即对系统中的用户统一进行调度及指挥，而且每个集团用户又可分别设置调度台来分管属于自己的用户。

数字集群的分类

       数字集群通讯系统可分为两类：一类是所谓的专用数字集群系统；另外一类就是公共数字接入集群系统。第一类数字集群系统供特定的专业部门使用，如警察、军队、铁路、民航等部门使用。第二类数字集群系统提供需要专业调度通信的部门使用，它们可以共用一个通信网，例如政府市政部门、燃气、水电、公交等部门，或者是临时组建的民间小团队用于旅游等事务。

      这两类集群的所有权不同，用户类有别(专网比较单一，公网用户面较宽)，网络覆盖要求不同(专网考虑投入时多采用中区制或大区制组网，公网一般都是小区制组网)，保密性有别(专网保密程度高，公网保密级别低)。

社会发展对宽带或超宽带的需求

       以美国警察为例对应警察每天执勤时需要实时的视频摄录并传输，这些需求包含：交通执勤、事故自动告警、抓捕罪犯、自动巡查。上述需求一直未能在美国警察中得到很好的满足，尽管安装了车载摄像头但还是有62%的人希望提高车载摄像头的能力，尽管有视频监控存在但还是有52%的人希望提高实时监控的能力以满足还原事故现场的需求。

       再看国内公安：仍以窄带模拟集群、模拟常规系统为主，仅实现了区域联网，不能做到全国联网，不能满足多警种跨区、协同作战的需要，不能加密，无法满足公安警卫、反恐、侦查等特殊需要，数据传输能力差，不能满足查询、定位等警用需求。由此可见国内公安对数字化、宽带化及超宽带化需求同样强烈。

超宽带数字集群方案

       LTE做为第四代移动通信(简称4G)的成功标准即将在国内广泛使用，由于其网络结构简单并采用了诸多先进技术其不仅在国际移动通信领域内为众多运营商所承认，同时也被众多专业客户所看重。LTE大大改善了控制信令与用户数据传输的时延，完全满足专业集群所需要的低时延要求，在多载波特性下LTE上下行的速率甚至能达到500Mbps与1Gbps，完全可胜任任何严苛要求的大数据量传输的需求。

        在改造标准LTE并增加对语音与集群的支持后对应网络就可支持超宽带集群的功能，在标准LTE框架中加入集群控制中心并增加相关标准接口后可实现集群语音及普通语音。除了集群语音外通过对应网关还可实现与标准固定网络或其它集群系统连接并做互操作。

       该方案除了具备窄带数字集群所拥有的集群语音及调度功能外同时具有高速数传能力，能满足多个行业所要求的宽带数据传输需求。

超宽带数字集群所需频宽

       虽然LTE技术可支持最小从1.4MHz带宽的组网，但在1.4M带宽下传输数据的能力有限，为了更好的服务行业客户大数据量的传输需求，需要申请至少20MHz以上的频谱。我们可做如下条件的假设：小区边缘频谱利用率为0.15bps/Hz，小区平均带宽利用率为1.5bps/Hz，同一个小区中发生了两起事故且一起在小区边缘，另外一起以平均小区频谱利用率来计算，且需要最低2Mbps的视频(高清视频所需的最低码率值)，则最低的上行带宽为2/0.15+2/1.5≈15。由上述计算可知为了满足基本实用需求(预留25%的资源)需要给单小区20MHz的频谱。

未来演进的方向

       数字集群演进到超宽带集群后的步伐相信不会停止，相反随着承载变化后原先不能做的应用将会如雨后春笋一样迅速冒出，以下是几个可能的演进方向：

       1、统一融合的终端装备，目前执勤警察随身携带的多种电子设备将不断趋于融合以方携带执勤。

       2、可支持大区组网的超宽带集群，在沙漠、荒原等特殊场景同样需要超宽带数字集群用于边防巡逻及公安执法，而这些地区的网络使用率比一般要低的多，为此会需要单站覆盖超过20公里的大区制来组网。

       3、融合GIS、车载视频监控及语音为一体的全方位立体调度系统将会出现在调度中心及分布式调度车中，对于国家维稳远程执法等带来质的改变。

英语缩写

Tetra(路基集群无线电):Terrestrial Trunked Radio

ITU(国际通讯联盟):International Telecommunication Union

PPDR(公共保护与灾难预防):Public Protection Disaster Relief

LTE(长期演进无线系统):Long Term Evolution

PTT(一按即说):Push To Talk

PDT(警用数字集群系统):Police Digital Trunking

KDC(密钥分发中心):Key Distribute Center

eCNS(增强型核心网系统):Enhanced Core Network System

eOMC(增强型操作维护中心):Enhanced Operator Maintains Center

PLMN(公共陆地移动网络):Public Land Mobile Network

PSTN(公共交换电话网络):Public Switched Telephone Network

eNodeB(增强型节点，特指LTE基站):Enhanced Node BCPE(用户驻地设备，特指固定终端):Customer premises equipment: