Communication 版 (精华区)

发信人: freshwind (浮云流水|生命何物), 信区: Communication
标  题: 一种综合型数字集群通信系统 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月20日19:08:09 星期三), 站内信件

一种综合型数字集群通信系统 

  

[摘要]：本文介绍了摩托罗拉公司iDEN系统的结构、性能、业务方式和关键技术，
并针对我国专用移动通信网现状提出几点有关我国数字集群通信系统建设的建议。
 

    [主题词]：iDEN  数字集群通信系统

  

l  引    言

  

    近年来，移动通信系统也像其它通信行业一样正在向数字化方向发展，集群通
信系统也不例外。数字集群通信与模拟集群通信相比，频谱资源有功用率高，抗干
扰能力强，容易实现高保密度的加密和高质量的远距离通信，可适应各种业务要求
高的灵活性需要，而且采用数字处理技术使得设备体积小，重量轻、功耗及成本降
低而可靠性提高。因此，许多大公司都在竞相开发，有的已投产，但不成熟。目前
研制数字集群通信系统的厂商有10家，提交国际电信联盟(ITU—R)并被采纳的有4
家。国际电联正在制定建议，已经采纳的4个系统也都需要进一步完善。应该说，
目前正是研究和发展数字集群通信的大好时机。  

    本文将介绍已被国际电信联盟(ITU—R)采纳的数字集群通信系统之一的iDEN综
合调度增强型网络，并针对我国现状提出一些有关我国数字集群通信系统建设的建
议。

  

2  系统介绍

  

    iDEN系统是摩托罗拉公司最新推出的集数字话音传输为一体的综合数字集群通
信系统，采用TDMA技术，使得在25kHz信道上可以同时传送6路数字话，并可动态分
配带宽。

  

2．1  系统结构和设备

    

 iDEN系统的结构如图l所示。其主要设备有运行维护中心(OMC)、移动交换中心
(MSC)、来访位置登记器(VLR)、归属位置登记器(HLR)、短消息业务服务中心(SMS
—SC)、网间互连功能(IWF)、调度应用处理器(DAP)、快速分组交换(MPS)、话音变
码器(XCDR)、基站控制器(BSC)、增强型基站收发信系统(EBTS)、移动台(MS)和数
字交叉联接系统(DACS)等。

    运行维护中心是中央网络设备，执行系统的日常管理，并且为长期的网络工程
系统监控和规划工具提供数据库资料。

    移动交换中心是公用电话网(PSTN)与iDEN系统之间的一个接口，是处理iDEN系
统内所有主叫和被叫的移动电话业务的电话交换局。每个MSC为位于某一地理覆盖
区中的移动用户提供服务，整个网络可能有多个MSC 。

    归属位置登记器是一种面向数据库的网络设备，包含系统用户的主数据库。

    来访位置登记器也是一种面向数据库处理的网络设备，临时保存那些漫游于给
定位置区中的移动用户信息，一般都与MSC集成在一起。

    短消息业务服务中心为系统提供短消息服务，藉此可以从几种信息源向移动台
传送长达140个字符的信息。这些信息包括话务员输入的字母数字留言、来自PSTN
的消息以及从相连的语音信箱系统来的语音邮件指示。 

    网间互连功能负责匹配iDEN系统与PSTN间的数据速率，用于支持移动台数据和
传真业务。调度应用处理器控制调度呼叫分配和路由接续。

    快速分组交换处理所有的调度服务功能。在调度服务中，MPS为受DAP控制的基
站提供话音和控制信息的高速分组交换，并为群呼提供语音分组的复制和分发。

    话音变码器将来自PSTN的64kbit／s的PCM语音信号变换为射频接口使用的压缩
声码器格式信号及其相反过程。

    基站控制器是介于EBTS乃和MSC之间的控制设备。 BSC通过“A”接口给一个或
多个基站以及由它们控制的移动用户提供控制和交换功能，包括过网数据的采集和
准备。

    增强型基站收发信系统由基站中的无线收发信机组、控制设备和天线组组成，
它提供一个覆盖特定地理区域的无线区。由它负责无线链路的格式化、编码、定时
、差错控制、成帧和基站无线电收发。每个基站的EBTS可以为3个扇区服务。EBTS
能支持多路无线频率。

    数字交叉联接系统提供填充和修整功能以便进行干线传输的可用组合带宽的管
理，取代了独立的多路复用器和人工交叉联接。

    移动台是移动用户用来获取系统服务的无线设备和人一机接口。

  

 2．2  网络中各设备的接口界面

    (1)所有到计费中心和短消息业务中心的接口：RS—232接口；

    (2)基站到操作维护中心的X．25接口：平衡链路接入规程(LAPB)；

    (3)基站到MSC的“A”接口：7号信令的消息传递部分(MTP)和信令接续控制部
分(SCCP)；

    (4)MSC与PSTN的互连规程：采用MF带内信令和7号信令；

    (5)快速分组交换规程：V．35，链路速率为512kbit／s或2048kbit／s；

    (6)经过交叉连接设备到达EBTS位置的多重高速链路：

    ——支持T1／E1接口

    ——线路编码

    T1接口：B8ZS或AMI

    E1接口：HDB3

    (7)iDEN系统专用E1链路的时隙结构：见图2。

    

2．3  系统的性能特点

    ·多址方式：        TDMA

    ·信道宽度：        25kHz

    ·每信道时隙数：    6

    ·适用频段：        800MHz和1．5GHz

    ·带宽：            15MHz

    ·收发双工间隔：    45MHz

·调制方式：        M—16QAM  

·话音编码          4.2kbit/s的VSELP声码器

·信道检错编码：    循环冗余校验码CRC

    ·信道纠错编码：    多码率格形前向纠错码

    ·调制信道比特率：  64kbit／s

    ·支持多业务机制：包括调度、电话互连、电路数据／传真、短消息、分组数
据等业务。

  

2．4  系统的业务功能

    各类业务功能汇总于表1。

   

2．5  系统的网络管理 

    iDEN系统的网络管理由操作维护中心(OMC)来执行。它支持以下的网络管理应
用功能：

    ·配置管理

    ——提供系统关于软件版本和配置数据库的改变控制；

    ——其它网络设备可以从OMC上下载软件；

    ——跟踪由OMC管理的实体上正在运行的软件版本；

    ·差错管理 

    ——允许网络设备人工或自动地退出或恢复服务。从OMC上可以检查网络设备
的状态，能对各种设备进行检测和诊断；

    ——提供报告和记录告警的装置以提醒OMC处维护人员的注意；

    ——当某些测量值超出设定值的界限时，OMC将自动发出告警。

    ·性能管理

    ——从不同的网络实体收集话务统计；

    ——将统计数据存在磁盘上供显示和分析用；

    ——OMC操作人员可以选择收集某些统计数据；

    ——用基站监视器管理和测量位于每一小区基站的射频。

    ·保密管理

    ——为网络操作者提供保密环境；

    ——含有口令和授权数据库来规定每个操作人员的操作权限。

    ·事件／告警管理

    ——提供基站和系统的告警和记录功能；

    ——积累信息给系统操作和维护的设备统计分析。

  

3  关键技术

  

3．1  时分多址TDMA技术

    时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据
一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，
在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收各移动台的信号而不混
扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动
台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的时隙中把发给它的信号区分出来。

    iDEN系统把每个25kHz信道分割为6个时隙，每个时隙占时15ms。在每时隙之始
设置同步码作时隙同步用，采用频分双工方式o

 

3．2  VSELP话音编码技术

    iDEN数字集群系统使用的语音编码技术是先进的矢量和激励线性预测编码技术
(VSELP)。它

将30ms的语音作为一个编码子帧，得到126比特的语音编码输出，即信源编码速率
为4．2kbit／s，再加上3．2kbit／s采用多码率格形前向纠错码，形成7.4kbit／
s的数据流，使信号电平在较高或较低的输出情况下，都可改善音频质量，得到高
质量的话音输出信号。在系统覆盖范围的边缘地区，VSELP改善话音信号的效果更
好。

  

3．3  M—16QAM调制技术

    调制技术是数字移动通信系统射频接口的重要组成部分。 iDEN系统采用M—
16QAM调制技术。它是专门为数字集群系统开发的一种调制技术。这种调制方式具
有线性频谱，使25kHz信道能传输64kbit／s的信息。该种调制方式还可以克服时间
扩散所产生的不利影响o

    M—16QAM的基本特征是将传送的信息比特首先分为M(＝4)个并联的频分复用子
信道，然后再经编码变换成为16QAM的信号，同时插入导引和同步信号符号。每个
合成的信息流经过脉冲滤波，与分路载波一起调制，并在频分复用器中与其它的副
载波信号混合，合成的总信号形成M—16QAM信号。 M—16QAM的接收方则执行相反
的操作，分别解调和检测每个信道的标志号，从总的信号中经过检测挑选和时域分
割获得所需的话音或数据信号。

    M—16QAM调制方式有以下特点：

    ·采用线性功率放大器

    ·不需要信道均衡器

    ·有60dB的邻道保护

3．4  差错控制技术

    数据在射频信道中传输的误码率要比用电话线传输时高，为了保证数据的准确
传输，必需进行差错控制。方法之一是采用前向纠错(FEC)技术，在译码时自动地
纠正传输中出现的错误；方法之二是选择自动请求重发(ARQ)技术，在某一帧的数
据严重丢失时，用FEC不能重新产生数据，而ARQ能确认没有收到的数据，并要求重
新发送丢失的数据。

    iDEN系统同时采用了这两种方法。对控制或信令信息帧，在有效控制消息之后
，首先根据其特点加上16—29比特的CRC校验码，再采用格形前向纠错码。对语音
或数据信息，则直接采用多码率格形前向纠错码。

  

 4  iDEN系统准备改善的业务

  

4．1  优先权队列

iDEN系统把业务分为8个优先等级0— 7，紧急呼叫优先权最高(＝0)，政府部门的
通话群次之(＝1)，然后是私人呼叫／公用事业通话群(＝2)，其它的通话群业务优
先权为4。在现存业务中，电话互连业务的优先权最低(＝5)，见图3。



    优先权队列允许要求高的调度用户在系统忙时可根据需要分段接入。在基站忙
时，通信信道将根据提供给每一通话群或业务的优先权来排队。

但是，多级优先权仅对调度群呼有效，对私人呼叫、电话互连和电路数据等业务而
言，所有用户具有同样的优先权。

  

4．2分组数据业务

    分组数据业务在每一信道的总速率为6bkit／s—128kbit／s。并将按要求／适
应性来安排带宽，与目前大多数网络的分组数据兼容，而且采用开放的接口。

    为适应128kbit／s的带宽，物理层将采用自适应速率的调制方案，并可动态分
配带宽。而链路层将把数据打包成每15ms包含36—108个字节的帧，并且，每一用
户可根据其带宽占用一个RF信道的1—6个时隙o

 4．3  紧急呼叫

    紧急呼叫提供直接的通话群接入，在繁忙的基站上优先权最高。

可以由现存的通话群升级为紧急呼叫。紧急呼叫时，发起者和接收者的终端上都有
相应的指示。

紧急呼叫可由发起者或者特别指定的群体成员来取消，也可以由系统管理者清除。
在取消之前都处于紧急模式。

  

4．4  状态消息

    iDEN系统将为大的繁忙的通信应用提供一个状态消息来提高其调度能力。任意
通话群中的用户都可以发一个状态码(1—255)给现行通话群的调度员，调度员可观
察到发送者的移动台ID和数字状态码或其别名。状态码和发送者ID在调度射频的贴
—232接口传送。

 

5  现状与建议

  

    从前面章节的介绍可见，iDEN数字集群通信系统功能比较齐全，可满足各种特
点的企业调度使用要求，而且可以通过公用电话网使语音和数据业务得以延伸。而
iDEN数字集群通信系统采用的VSELP语音编码技术，M—16QAM调制解调技术、TDMA
多址方式等技术及其纠错检错能力，使得系统的话音质量、信道容量、频谱利用率
等指标都较优，是一个比较先进的系统。

    目前，iDEN数字集群通信系统的技术已授权一些厂家生产，加拿大的DIMBS标
准和日本的RCR32A标准则以iDEN数字集群通信系统作其基本构架，是一个相对成熟
的系统。

    但iDEN系统在一次通话期间，始终占用一条通信信道。作为集群通信系统，信
道利用率不高。

    针对我国专用移动通信网的业务要求，从技术先进性来看，可将iDEN数字集群
通信系统作为优选方案之一。但是，iDEN数字集群通信系统标准涉及摩托罗拉公司
的很多专利，而且其产品价格较高，尤其是其最小系统的价格难以降低，这就限制
了它在小企业中的应用。

    我国数字集群通信系统的发展必须针对我国国情，综合考虑技术的先进性和在
我国实施时的可行性。在此，提出几点有关我国数字集群通信系统建设的建议：

    (1)结构模块化

    模块化结构使得小企业可使用小而简单的最小系统，而且可以随着企业的发展
而通过模块叠加来扩大容量。

    (2)分布式管理

    由于数字集群通信系统所面向的是各行各业，每个行业都有其独特的使用要求
，所以都要有独立的管理机制。

    (3)全国一个网

    各行各业的数字集群通信系统都是中国专用网中的子网，所有的网络端通信实
体都可通过一定的协议共享。除各个行业的特殊调度业务外，一般用户的一般业务
在跨网时用户可以没有感觉(网络及计费实体能够识别)。

    (4)功能模块化

    除基本的调度功能外，其它功能应作为可选件供用户在需要时选用。

    (5)采用性能价格比好的技术

    我国数字集群通信系统应选用性能价格比最优的技术，而不是单纯考虑其先进
性。

    另外，我国数字集群通信系统的建设离不开政府的扶持和用户的支持。当然，
更需要所有同仁的共同努力。政府、用户和产业部门携起手来，定可创造出美好的
明天。

  

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  十年磨一剑
  努力为报国

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