项目2--集群移动通信系统.pptx
集群移动通信系统知识认知 本项目主要是介绍了集群移动通信的基础知识、特点和网络结构，并对集群移动通信系统的功能作了介绍，希望能够通过以上内容让学生对集群移动通信系统有一个初步的认知，熟悉通信网络中集群方式的特点及网络结构和功能。1.知识目标 掌握集群通信系统的基本结构及功能，了解集群移动通信的特点、分类和方式的认识，对集群移动通信系统的信令、网络功能及维护管理功能的掌握。2.技能目标 通过对集群通信系统的基本结构和网络体系的认知，对使用集群系统有一定理论基础与基本操作。2.1.1 集群移动通信基础知识 无线电集群通信是一个多信道中继(转发)系统,它自动共享若干个信道,系统所具有的全部可用信道都可为系统的全体用户共用,即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话,只要有空闲信道,他就可以在中心控制台的控制下,利用空闲信道进行通话。所以,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,主要用于指挥调度通信。目前在我国无线集群通信系统使用的频段是800MHz频段。集群通信系统属于专用移动通信系统，它是一种专用高级指挥调度系统。随着数字话音编码、数字调制技术、多址技术、抗衰落技术以及数字信令控制和数字语音终端等数字技术在集群通信系统中的广泛应用，九十年代出现了数字集群通信系统。其特点是系统内所有可用信道为系统内的全体用户共享，具有自动选择信道功能。它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。由于集群系统主要侧重于指挥、联络、调度，其应用需求可遍及铁道运输、公路交通、民航航运、公安消防以及重大事件与突发事件应对等各行各业的方方面面。因此，近两年数字集群系统在欧洲乃至世界得到了快速的发展。传统的专用业务移动通信系统使用的频率是固定的，一旦用户选择了某信道，那么它的通话就只能在这一信道上进行，直至通话结束；如果这一信道已被其他用户占用，则它就不能选择其他空闲信道，从而出现拥塞。集群通信系统的主要业务是调度台的收发信机与一群(组)移动台之间建立一条单工或半双工的无线通信线路，或移动台用户(车载台或手持台)之间建立一条单工或半双工的无线通信线路。在一个多信道调度无线系统中，“集群”是指向正在申请服务的用户自动分配信道。由于集群通信是属于多信道共享技术体制，它可以用不同方法来实现。目前常用的分类方式有以下几种：（1）按通话占用信道方式划分 1）消息集群 消息集群是在调度通话期间，控制系统始终给用户分配一条固定的无线信道。从用户最后一次讲完话并松开PTT开关开始，系统将等待6-10s的“信道保留时间”后“脱网”，完成消息集群，再将该信道分配给别的通话对使用。若在保留时间内，用户再次按PTT开关继续通话，则双方仍在该信道上通话(即保持原来的信道分配)。消息集群采用按需分配方式，频谱利用率不高。2）传输集群 传输集群是指用户双方以单工或半双工方式工作时，用户按下PTT开关，就占用一个空闲信道工作。当用户发完第一个消息松开PTT开关时，就有一个“传输完毕”的信令送到基地台控制器，以指示该信道可再分配给其他用户使用。传输集群的信道采用动态分配方式，频谱利用率高，但可能导致通话不连续和不完整。3）准传输集群 准传输集群兼顾消息集群和传输集群的优点，缩短了“信道保留时间”(约0.5-6s)，增加了用户每次发话完毕并松开PTT开关后的时间，使消息不会中断。准传输集群的信道利用率比传输集群低。1）集中控制方式 集中控制式是指由一个智能终端控制，统一管理系统内话务信道的方式。2）分散控制方式 分散控制方式是指每一信道都有单独的智能控制终端的管理方式。无论哪一种控制方式，都能使集群通信系统的用户在使用时就好像是信道专用一样，尽管用户进行一完整的通话需要多次更换通话信道，而对用户自己来说并无明显的感觉。所有上述功能的实现都是靠系统内执行控制任务的硬件和软件配合完成的，这种以微处理机为硬件基础并与各种协议保持一致的软件结合就构成了集群通信系统的控制系统。1）损失制系统 损失制系统是指话务信道全忙时，呼叫申请被损失掉，用户必须重新提出申请。2）等待制系统 等待制系统是指话务信道全忙时，新到的呼叫申请进入排队系统，当出现空闲信道时，控制器按先来先服务的原则为呼叫申请指派信道。1）随路信令方式 随路信令方式是指在话音信道中兼传信令，信令不单独占用信道。2）共路信令方式 共路信令方式是指采用专用控制信道传送信令，其优点是信令传送速度快，电路容易实现。随着我国城市轨道交通的发展，行车密度的不断增加，行车间隔的不断减小，对行车的组织安全保障提出了更高的要求。行车调度员除了利用有线调度系统与列车驾驶员、车站值班员进行通信联络外，在紧急情况下，还需要通过无线通信直接进行应急抢险和指挥工作。这种以列车运输调度为目的，利用无线电进行传输，完成移动体与固定体之间或移动体与移动体之间信息通信的系统，称为列车无线调度通信系统。这是一种专用的移动通信系统，在城市轨道交通上得到广泛的应用，是调度通信系统的重要组成部分。集群通信系统除完成移动用户之间的通信外，还应能进行市内用户与移动用户间的通话。为达到这种通信目的，将中心基地站和用户终端结合在一起，再加上连接它们的有线通道和无线通道，就组成了一个移动通信网。.图2.1 集群通信系统示意图 它由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。.图2.2 基站设备 用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成；有线调度台包括操作台、电源、与控制中心设备连接的接口转换器等。控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。模拟集群通信系统是进入我国最早的集群通信系统，1988年，第一台模拟集群通信系统进入我国，是由芬兰诺基亚(NOKIA)公司采用MPT-1327信令的450MHz称为Actionet的模拟集群通信系统。模拟集群通信是指它采用模拟话音进行通信，整个系统内没有数字技术。后来为了使通信连接更为可靠，集群通信系统供应商开始采用数字信令，使集群通信系统的用户连接比较可靠、联通的速度有所提高，而且系统功能也相应增多。因此模拟集群通信系统中，实际上信令是数字制的。与数字集群设备的主要差异之处是在射频以下的部分，即数字通信设备具有模数变换、话音编码、信道编码和解码、数字调制和解调以及自适应均衡等单元和部件。而话音编码、信道编码和数字调制又是数字移动通信系统中的几个最重要的部分。专业无线通信从常规到模拟集群直至数字集群，其发展由简单到复杂，由小容量到大容量。常规无线通信由于使用频率效率低（固定分配频率），而模拟集群采用自动选择空闲频道的集群方式，大大提高了网内频率使用效率；数字集群则采用数字化语言，对信号进行压缩传输，极大提高了频率的使用率；数字集群的信令（空中接口）要比模拟集群复杂很多，唯一身份码和鉴权，提高了用户的安全性，也方便与数字化网络的互联。特别是数字集群语言数字化后，极方便进入数字化网络和互联网，所以数字集群的产生是专业无线通信发展的需要，是用户市场的需要。数字集群有许多优点，受到了各界人士的关注，但数字集群出现并不意味着模拟集群淡出专业无线通信的舞台，正如模拟集群出现，常规专业无线通信仍然兴旺一样。首先，目前模拟集群在专业无线通信中占有较大比重，许多部门都在应用，例如：公安、武警等公共社会安全部门就广泛使用MPT1327 信令的模拟集群专网；在水利、电力、民航机场等也在使用800MHz频段的模拟集群，这些模拟集群系统使用正常，没有必要舍弃去求数字集群。即使在欧洲、美洲，数字集群在使用，但模拟集群仍在发挥重要作用。例如欧洲警察采用 MPT1327信令的模拟集群专网仍在使用。其次，模拟集群在专业无线通信中市场依然存在。由于数字集群通信系统属于大容量系统，尤其是交换控制中心，都是为大容量设计。而且数字集群属中小区组网结构，在同样范围其基站设置多于模拟集群系统。这对一些业务特殊，但通信量不大的单位专用网，有些大材小用。例如：海关缉私无线专网，其工作范围很大，信息需保密但容量不大，民航机场也有类似情况。而模拟集群更适合这些单位建网使用，模拟集群适合中小容量的系统，它投资省，采用大、中、小区制，适合覆盖范围大、容量不大的单位使用。再次，我国地域辽阔，经济发展不平衡，社会情况也有差异，模拟集群在中国专业无线通信中仍有一定的存在。但是，就技术发展而言，数字集群通信是目前及将来的重头戏，因此，我们也将重点讨论数字集群通信。数字集群相对于模拟集群不仅使通信质量提高,信道数大大增加,容量也增大了,容易满足多区联网需求。数字化的优点诸如抗干扰能力强,高质量的远距离通信,高保密度的加密,可靠性提高,高灵活性以及容易与信息系统集成等。模拟集群移动通信网的主要问题是频率低；所能提供的业务种类受限，不能提供高速率数据服务；保密性差，容易被窃听；移动设备成本高，体积大，网的管理控制存在一定的问题等等。（1）频谱利用率高模拟集群移动通信网可实现频率复用，从而提高了系统容量，但是随着移动用户数量急剧增长，模拟集群网所能提供的容量已不再能满足用户需求，而且模拟集群系统频谱利用率低，模拟调频技术很难进一步压缩已调信号频谱，从而就限制了频谱利用率的提高。与此相比，数字系统可采用多种技术来提高频谱利用率，如果用低速语音编码技术，在信道间隔不变的情况下就可增加话路，还可采用高效数字调制解调技术，压缩已调信号带宽，从而提高频谱利用率。另外，模拟网的多址方式只采用频分多址(FDMA)，即一个载波话路传一路话音。而数字网的多址方式可采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)，即一个载波传多路话音。尽管每个载波所占频谱较宽，但由于采用了有效的语音编码技术和高效的调制解调技术，总的看来，数字网的频谱利用率比模拟网的利用率提高很多。（2）信号抗信道衰落能力 提高数字无线传输能提高信号抗信道衰落的能力。对于集群移动系统来说，信道衰落特性是影响无线传输质量的主要原因，须采用各种技术措施加以克服。在模拟无线传输中主要的抗衰落技术是分集接收，在数字系统中，无线传输的抗衰落技术除采用分集接收外，还可采用扩频、跳频、交织编码及各种数字信号处理技术。由此可见，数字无线传输的抗衰落技术比模拟系统要强得多。所以数字网无线传输质量较高，数字集群移动通信网比模拟集群移动通信网的话音质量要好。（3）保密性好 数字集群移动通信网用户信息传输时的保密性好。由于无线电传播是开放的，容易被窃听，无线网的保密性比有线网差，因此保密性问题长期以来一直是无线通信系统设计者重点关心的问题。在模拟集群系统中，保密问题难以解决。利用目前已经发展成熟的数字加密理论和实用技术，对数字系统来说，极易实现保密。采用数字传输技术，才能真正达到用户信息传输保密的目的。（4）提供多种业务服务 数字集群移动通信系统可提供多业务服务。除传输数字语音信号外，还可以传输用户数据、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，容易实现与综合数字业务网ISDN的接口，这就极大的提高了集群网的服务功能。在模拟集群网中，虽也可传输数字，但是占用一个模拟话路进行传输的。首先在基带对数据信息进行数字调制形成基带信号，然后再调制到载波上形成调频信号进行无线传输，用这种二次调制方式，数据传输速率一般在1200bits或是2400bits。这么低的速率远远满足不了用户的要求。在目前，计算机网及各种数字网已经十分发达，用户的数据服务要求日益增加。（5）网络管理和控制更加有效和灵活 数字集群移动通信网能实现更加有效、灵活的网络管理与控制。对任何一种通信系统，网络管理与控制都是至关重要的，它影响到是否能有效地实现系统所提供的各种服务。在模拟集群系统中，管理与控制依靠网内所传输的各种信令来实现，而模拟集群网的管理与控制信令是以数字信号方式传输的，而网的用户信息是模拟信号，这种信令方式与信号方式的不一致，增加了网管理与控制的难度。在数字集群网中，用户话音比特源中插入控制比特是非常容易实现的，即信令和用户信息统一成数字信号，这种一致性克服模拟网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。总而言之，全数字系统能够实现高质量的网络管理与控制。集群通信系统数字化的关键技术主要有：数字话音编码，数字调制技术，多址技术，抗衰落技术等。（1）数字话音编码 在数字通信中，信息的传输是以数字信号形式进行的，因而在通信的发送端和接收端，必须相应地将模拟信息转换为数字信号或将数字信号转换成模拟信号。在通信系统中使用的模拟信号主要是话音信号和图像信号，信号的转换过程就是话音编码话音解码和图像编码图像解码。在集群移动通信中，使用最多的信息是话音信号，所以话音编码的技术在数字集群移动通信中有着极其重要的关键作用。话音编码为信源编码，是将模拟话音信号变成数字信号以便在信道中传输。这是从模拟网到数字网至关重要的一步。高质量、低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术同时为数字集群移动通信网提供了优于模拟集群移动通信网的系统容量。话音编码方式可直接影响到数字集群移动通信系统的通信质量、频谱利用率和系统容量。话音编码技术通常分为波形编码、声源编码和混合编码三类。混合编码能得到较低的比特速率。在众多的低速率压缩编码中，比如：子带编码SBC、残余激励线性预测编码RELP、自适应比特分配的自适应预测编码SBCAB、规则激励长时线性预测编RPELTP、多脉冲激励线性预测编码以及码本线性预测编码CELP等。欧洲GSM选择了RPE LTP编码方案，码率为8kbs；美国和日本的数字蜂窝业选用了矢量和线性预测(VSELP)作为标准的数字编码方式，VSELP使用48kbs数字信息可提高语音质量。话音编码技术发展多年，日趋成熟，形成的各种实用技术在各类通信网中得到了广泛应用。1）波形编码：是将时间域信号直接变换成数字代码，其目的是尽可能精确地再现原来的话音波形。其基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。解码即将收到的数字序列经过解码和滤波恢复到原模拟信号。脉冲编起调制(PCM)以及增量调制(AM)和它们的各种改进型均属于波形编码技术。对于比特速率较高的编码信号(16kbS一64kbS)，波形编码技术能够提供相当好的话音质量，对于低速话音编码信号(16kbs)，波形编码的话音质量显著下降。因而，波形编码在对信号带宽要求不太严的通信中得到应用，对于频率资源相当紧张的移动通信来说，这种编码方式显然不适合。2）声源编码：又称为参量编码，它是对信源信号在频率域或其它正交变换域提取特征参量，并把其变换成数字代码进行传输。其反过程为解码，即将收到的数字序列变换后恢复成特征参量，再依据此特征参量重新建立语音信号。这种编码技术可实现低速率语音编码，比特速率可压缩2kbS48kbS。线性预测编码LPC及其各种改进型都属参量编码技术。3）混合编码：是一种近几年提出的新的话音编码技术，它是将波形编码和参量编码相结合而得到的。以达到波形编码的高质量和参量编码的低速率的优点。规则码激励长期预测编码RPELPT即为混合编码技术。混合编码数字语音信号中包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息，它可将比特率压缩到4kbS16kbS，其中在8kbS16kbS内能够达到的话音质量良好，这种编码技术最适于数字移动通信的话音编码技术。在众多的低速率压缩编码中，除上述规则码激励长期预测编码RPELTP外，还有如子带编码SBC、残余激励线性预测编码RELP、自适应比特分配的自适应预测编码SBCAB、多脉冲激励线性预测编码以及码本激励线性预测编码CELP等。欧洲GSM选择了RPELTP编码方案，码率为13kbS；北美DAMPS和日本拟采用CEIP方案，码率为8kbS；美国和日本的数字蜂窝业(USDC和JDC)选用了矢量和激励线性预测(VSElP)为标难的数字编码方式，它使用4.8kbS数字信息可提供高话音质量。在数字通信发展的大力推动之下，话音编码技术的研究开发迅速，提出了许多编码方案。无论哪一种方案其研究的目标主要有两点：第一是降低话音编码速率，其二为提高话音质量。前一目的是针对话音质量好但速率高的波形编码，后一目的是针对速率低但话音质量却较差的声源编码。由此可见，目前研制的符合发展目标的编码技术为混合编码方案。由于无线移动通信的移动信道频率资源十分有限，又考虑到移动信道的衰落会引起较高信道误比特率，因而编码应要求速率较低并应有较好的抗误码能力。对于用户来说，应要求较好的话音质量和较短的迟延。速率较低，纯编码速率应低于16kbS。在一定编码速率下话音质量应尽可能高。编解码时延应短，应控制在几十毫秒之内。在强噪声环境中，应具有较好的抗误码性能，从而保证较好的话音质量。算法复杂程度适中，应易于大规模电路集成。数字调制解调技术是集群移动通信系统中接口的重要组成部分，在不同的小区半径和应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。数字调制技术应用于集群移动通信需要考虑的因素有：1）在瑞利衰落条件下误码率应尽量低；2）占用频带尽量地窄；3）尽量用高效率的解调技术，以降低移动台的功耗和体积；4）使用的C类放大器失真要小；5）提供高传输速率。在给定信道条件下，寻找性能优越的高效调制方式一直是重要的研究课题。数字移动通信系统有两类调制技术，一是线性调制技术，另一类是恒定包络数字调制技术，前者如PSK、16QAM，后者如MSK、GMSK等(也称连续相位调制技术)。目前国际上选用的数字蜂房系统中的调制解调技术有正交振幅调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)、高斯最小频移键控(QMSK)、四电平频率调制(4LFM)、锁相环相移键控(PLLQPSK)、相关相移键控(CORPSK)、通用软化频率调制(GTFM)等。西欧GSM采用GMSK调制技术，北美和日本采用较先进的4QPSK。APCD(联合公安通信官方机构)和NASTD(国家电信局国防联合会)选择正交相移键控兼容(QPSK C)作为项目25数字通信标准的调制技术。QPSKC频谱效率高并且具有灵活性，它使用调制技术在125kHz带宽的无线信道上发送96bps信息，同时提供与未来线性技术的正向兼容性，这将使系统达到更高的频谱效率。美国MOTOROLA新研制生产的800M数字集群移动通信系统，在16QAM调制技术基础上，自己研发的M16QAM技术。2 2.1 集群移动通信的特点 1.集群通信系统特点：（1）共用频率：将原来配给各部门专有的频率加以集中，供各家共用。（2）共用设施：由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基站等设施集中合建。（3）共享覆盖区：可将各家邻近覆盖区的网络互连起来，从而获得更大覆盖区。（4）共享通信业务：可利用网络有组织地发送各种专业信息为大家服务。（5）分担费用：共同建网肯定比各自建网费用要低,机房、电源、天线塔和天馈线等都可共用,有线中继线的申请开设和统一处理也较方便,管理、值勤人员也可相应减少。（6）改善服务：由于多信道共用，可调剂余缺、集中建网，可加强管理、维修，因此提高了服务等级，增加了系统功能。（7）具有调度指挥功能。（8）兼容有线通信。（9）智能化，微机软件化，增加了系统功能。（10）具有控制、交换、中继功能。（11）可进行紧急呼叫，可进行数据传输,能进行传真和话音保密业务。（12）采用灵活的多级分组，分散式容错处理,有故障弱化功能。（13）具有先进的数字信令系统。接续时间短,能快速获取信道和脱开信道。（14）具有详细的管理报告。具有自动监视和报警功能。总之,集群通信系统是一种高级移动指挥、调度系统,是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线电指挥、调度通信系统,是一种专用移动通信系统。正由于它是一种指挥、调度系统,在一些社会经济、工农业比较发达的国家,对指挥、调度功能要求较高的企业、事业、交通、工矿、油田、农场、公安、警察以及军队等部门都十分迫切需要这种系统。他们都用单工方式工作，通过按键讲话开关进行通话,效率高,只有少数用户配用车载双工工作方式的终端。所以集群通信系统真正充分发挥了它应有的作用。通常人们习惯地按照覆盖区半径大小、服务区的几何形状来对系统的网络结构分类。按照覆盖区半径的大小，分成大区网、中区网、小区网；按照服务区的几何形状，分成框状网、带状网、蜂房状网等等。根据国内外各种资料来看，集群通信系统的网络结构有下列四种方式：单区、单点、单中心网络 单区、多点、单中心网络 多区、多中心网络 多区、多层次、多中心网络 这里所谓“中心”是指具有控制、交换功能的通信中心，它同时具有与市内电话网联接的功能；所谓“点”是指具有无线电信号收发功能的基地站。单基站系统是一个基本集群移动通信系统，它设置一个系统控制器和一个基站，如图。在实际通信网络中较少用到此结构，因此不做过多介绍。.图2.单区、单点、单中心网络.这种网络适用于一个地区内、多个部门共同使用的集群移动通信系统，可实现各部门用户通信，自成系统而网内的频率资源共享。在这整个服务区域内设立了一个控制中心和多个基站(一个基站可以设多部基台、也可设一部基台)。多个基站区组合形成整个服务区。各基站可通过无线或有线传输电路连接到控制中心。控制中心通过中继线或用户线与市话端局或用户小交换机连接。有线调度台通过有线传输电路与控制中心直接相连。在这种网络的设计和设备配置的考虑中应采取多点设址。因各专业部门的业务需要不同，应按需设置基站，从而满足各专业部门的业务。对于早先已建成并各自独立使用频率、独立工作的专用网络，可方便地改造成频率资源共享的集群移动通信网。这一点充分证实了集群的优点，即充分利用原有设施，减少投资同时满足各自需要，实现了高效益。当上述网络中基站只有一个时，网络就简化成图11所示的单区、单中心网络。它同样是由控制中心、基站、有线或无线调度台以及若干移动台组成。基站和控制中心可设在同一地点，也可分别设在不同地点，两者之间同样可通过无线或有线传输电路连接。通过用户线或中继线，同样也可以实现控制中心与用户小交换机或市话端局的连接。如图所示，由区域控制中心、多个控制中心、多基站组成而形成整个服务区。可以看出，图13各控制中心通过有线或无线传输电路连接至区域控制中心，即形成了图14所示的网络结构。各控制中心将受到上一级的区域控制中心控制及管理。.多区、多中心、多层次网络 控制中心主要处理所管辖基站区内和越区至本基站区内移动用户的业务。至于越区用户识别码的登记、控制频道分配、有线或无线用户寻找越区用户的业务，换言之，即位置登记、转移呼叫、越区频道转移的漫游业务，将区域控制中心处理。这样就形成了二级管理的区域网。根据业务需要，还可以设立更高级的管理中心，将其与区域中心相连接，也可以通过有线或无线传输通道，处理各下区域间用户登记、呼叫建立、控制管理，从而对区域控制中心进行控制、管理以及监控。为了将集群通信系统中用于通话的有用信号区别开来，我们把话音信号以外用于控制系统正常工作的非话音信号及指令系统称为“信令”。各种各样的信令组合成集群通信系统的信令系统，它可以称为集群通信系统的神经。由信令系统可决定集群通信系统功能的好坏，信令系统复杂是移动通信系统与普通通信系统的重要区别。集群通信系统中控制技术包括空闲信道的检测以及通话信道的指配和控制，利用微处理机的通信控制等。控制和信令是不可分的。一种性能优良的信令系统将会大大提高整个集群通信系统的效率。对信令的要求主要是便于无线传输，实现起来简单，组合数量多，且与市话兼容性好等。1.信令的分类（1）按信令的传输方式分 1）共路信令 共路信令方式是指采用专用控制信道传送信令。其优点是信令传送速度快，电路容易实现，适用于信令传送量较大的大、中型无线通信系统或网络。2）随路信令 随路信令方式是指在一个话音信道中利用话音频带以外的亚音频作为传送信令，不单独占用信道。这种方式的优点是节省信道；缺点是接续速度慢，适用于信道数少、信令传送量不大的小型系统。（2）三种不同功能的信令 1）控制信令 控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线信道的转换。此 外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙、报警信令等。信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。2）选呼信令 选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、群呼信令等。一个集群通信系统拥有许多移动用户，为了在众多用户中呼出其中某一用户而不至造成一呼百应 的状态，给每个移动台规定一个确定的地址码，其他控制台按照地址码选呼，这样就可建立与 该移动用户的通信。对选呼信令的要求是，既组成简单又能获得尽量多的号码数，同时又要求 可靠性高，抗干扰性能好。3）拨号信令 拨号信令是移动用户通过基地台呼叫另一移动用户或市话网用户而使用的信令。因此要求拨号信令与市话网具有兼容性，并适于在无线信道中传输。（3）两种形式的信令 1）模拟信令 利用模拟信令实现集群控制，一般情况采用DTMF信令、CTCSS信令、五音调信令等，它们可以单独使用，亦可以几种搭配混和使用。DTMF信令 DTMF信令是一种双音多频信号，它在市话程控交换机上被广泛使用。它是一种带内信令即在3003400Hz音频范围内，选择8个单音频率，分为高频率群(4个或3个频率)和低频率群(4个频率)，每次从高频率群和低频率群各取出一个频率，由高低两个频率信号叠加在一起构成一个DTMF信号。在集群通信系统中，DTMF信号用作系统的识别、拨号、控制以及状态等各种信令。CTCSS信令 这种信令是指亚音频控制静噪选呼信令，又称为音锁或单音静噪。它是多个通信系统公用一个信道，为防止互相干扰而使用的一种亚音频信令。它还可以有效地防止非法用户进入系统。CTCSS信令是在发射载波上叠加低电平亚音频单音，每个系统有自己特定单音，用户每次呼叫开启发射机时使发出该频率的单音，并在整个通话期间持续发送。在简单的集群通信系统中，常用该信令实现组呼或作为系统识别音。五音调信令 五音调信令属于单音顺序编码信令。CCIR规定五音调非序码单音频率稳定度应优于土510-3，标准码长时间为10010ms，码字之间不间断排列，间断误差时间约为20ms。2）数字信令 数字信令是随着计算机技术的发展而飞速发展起来的，数字信令由于传输速度快、组码数量大，便于集成化，可以使设备小型化，近几年在集群通信系统中被广泛应用。数字信令大体可分为低速和高速两类。低速数字信令要进行两次调制，第一次调制在一个或几个音频频率上，在无线信道中仍以模拟方式进行第二次调制。高速信令一般是直接调制在无线信道上，由于速度较高，通常采取多次重发和较复杂的纠错编码方法，以解决传输中出现的差错问题。数字信令格式 在传输数字信令时，为了便于收端解码，通常要求数字信令按一定格式编码。常用的数字 传令格式有两种，如图所示。图2.8 数字信令格式 第一种格式，每发送一组地址或数据信息时都要发送同步码和纠错码。第二种格式每发送 一次同步码和纠错码时，可以发送几组信息码。位同步码(P)：又叫码头、前置码或同步码。它是将收发两端的时钟对齐，以便给出每个码元的判决时刻。字同步码(SW)：又叫帧同步码。它表示信息的开始，相当于时分多路通信中的帧同步。常选用相关性好的不归零巴克码来做字同步码。信息码(A和D)：传输数字信令的具体内容包括地址码和控制、寻呼、分配信道、拔号等数据信息，它是数字信令的核心。纠错码：又称监督码，是为了防止信令在传输中出错而加的冗余码。一般情况采用BCH码，它不仅可以发现错误，还可以实现前向纠错。数字信令的传输方法 基带数字信令是二进制的数据流，只有通过调制才能发射出去。考虑到与现有模拟系统的 兼容性，数字信令要适应25kHz的信道间隔要求，能够在16kHz带宽的信道内可靠传输，用于数字信令的调制方式有ASK、FSK、PSK三大类。ASK体制抗干扰和抗衰落性能差，在移动通信中基本不予以采用。FSK和PSK方式具有较好的适应性。在选择调度方式时，主要从信令速率、调制带宽和抗干扰能力(即误码率)上来考虑。通常使用的调制方法有两种：一种是基带调制，它适用于高速率；另一种是副载波二次调制，造用于较低速率。（1）集群通信系统信令 集群通信系统是一种以指挥、调度功能为主的通信系统，典型的用法是以组群的通信方式工作，系统中的移动台数量比较大。一方面由于指挥、调度系统特别需要随时、随地进行动态重组（组网），因此系统的控制和管理量很大；另一方面，集群通信系统采用了信道共用技术来提高频谱利用率，使信道利用率达到相当高的程度，因此要求系统控制器的控制和管理功能的效率特别高，速度非常快。数字信令完成一次接续需要的时间最慢也不会超过500 ms，这对于以组群方式或调度方式工作的集群通信系统来说是十分重要的。另外在集群通信系统中，信道转换频繁，用户量大，大量的信令数据和各种交换信息都需要由计算机或微处理机来处理、分发和检索，而数字信令正好具备易于与计算机系统以及数字交换机直接传递、交换原始数据和输出数据的优势，所以在集群通信系统中采用数字信令。（2）集群通信系统信令特点 集群通信系统的最大特点是采用了各种集群控制技术，真正做到了频率资源的动态共享，并以组群通话方式或调度方式为其基本工作方式。用户按下PTT 键即可申请到信道进行通信，松开PTT 键该信道即被系统收回。用户的一次通信，可以转换几次信道，即在不同的几个信道上完成通话。由于信道转换频繁，用户量大，系统需控制和管理的用户标识码数量也相应较大，加之调度中使用的控制指令种类繁多复杂，因此集群通信系统的信令应满足以下要求：传输速度快，系统的呼叫接续速度快，接续时间短（通常应在几百毫秒级）;能提供完备的控制功能和快速传送、处理大量数据的能力；具有足够的编码容量，能满足各种灵活的组网方式；易于与计算机处理系统交换数据。集群通信系统是一种高级专业指挥调度系统,它在使用、系统入网、系统维护管理及多区联网等方面具有较齐全的功能,且操作方便,运行可靠,组网灵活。根据集群用户业务需要，集群移动通信系统从组网规模上看，可分为单区系统和多区系统。单区系统适用于容量小、覆盖面积小的业务组网，该系统设备组成简单，即由一个基本型的系统设备组成。多区系统适用于容量大、覆盖面大的业务组网，其系统设备组成复杂，它由多个单区系统加上连接设备(有线或无线及专用接口设备)组合而成。无论是单区制还是多区制的集群通信系统，它们所要完成的基本功能是相同的。1.基本业务 集群通信系统的基本业务是进行普通话音通信,有些机密程度高的单位,还需有保密话音(包括模拟保密和数字保密)通信,还需要传输数据信息、状态(信息含数据加密的要求)等。2.呼叫接续方式（1）调度台(有线或无线)到移动台(组、群)的接续；（2）移动台到调度台(有线或无线)的接续;（3）移动台到移动台(组、群)的接续;（4）PABX或PSTN的有线用户到移动台或相反,实现有线互联;（5）呼叫类型(调度功能):个别呼叫(单呼)、组(群)呼、全呼(通播或全呼)、电话呼叫(有、无线互联呼叫)。集群通信系统都具有优先功能,一般有新近用户优先、多优先等级和紧急呼叫等。各移动用户根据需要可分配某一优先等级(多至8级)。当系统繁忙时,在先到先服务的原则下,按不同的优先等级对信息请求进行处理,从而重要用户能够优先得到系统服务。紧急呼叫通常有最高优先权,当有权用户发起紧急呼叫后,系统会立即为他分配话音信道。如果此时没有空闲信道,一般有两种处理方法:一种是排队处理,排在行列之首,一有空闲信道即可占用;另一种是强拆处理,无须等待空闲信道,而把优先权最低的用户占用的信道拆掉,提供给紧急呼叫使用。还可根据系统需要,增设其他呼叫类型,如呼叫转移和会议呼叫等。1.基本功能(主要功能)如下：（1）入网时间短任一用户按下PTT开关0.5s后,即可接入话音信道。（2）呼叫申请自动重发主呼移动台用户按下PTT开关发送呼叫。由于某些原因，未被系统控制器确认，则当移动台释放PTT开关后，移动台继续发出数次信道请求。（3）遇忙排队自动回叫当所有话务信道都在使用时,请求入网的用户进入排队等候。当有空闲信道时,中央控制器将自动依先来先服务原则向排在队首的用户发接通提示音,让其通话。（4）紧急呼叫遇有紧急情况,用户按紧急呼叫键,系统将保证开放一条信道用于紧急呼叫。同时,在监视终端显示紧急呼叫者的身份码,并发出声光提示。开放紧急通话信道有两种方式：1）强拆式：紧急呼叫发出后无需等待空闲信道，而把优先权最低的用户所占用信道拆掉，提供给紧急呼叫使用。2）队首式：紧急呼叫发出后无空闲信道时，这个紧急呼叫用户将被排在队首，一旦有空闲信道就分配给紧急用户使用。（5）限时通话为了保证有效利用信道,缩短用户等待时间,要对用户的通信时间进行限制,限时菜单由系统控制中心设定。2.可任选功能（1）新近用户优选：是为了向那些刚刚脱离语音信道的用户提供信道，以便重返系统完成通话，保证话务量忙时的通话完整性，这些用户比其他有相同优先等级而未入网的用户优先得到信道。一般情况下，当用户释放信道10s后不再使用，则此新近优先状态结束。另外，新进用户数应进行限制，以防止少数用户组（群）垄断系统。（2）动态重组：租户的设置是通过对用户态编程来实现的，因此用户台配发或卖出后，就很难在对其重新进行编程。若需对某些用户重新编组，就需要采用动态重组技术。动态重组就是能够随时对用户进行动态地重新编组，可以把某些单个用户重新编成一个大组。动态重组一般是操作员通过管理终端输入指令，由中央控制器通过控制信道或话音信道发布指令，移动用户收到指令后自动改变设置。也有的系统是通过动态重组终端来完成的。（3）位置登记及漫游：多区网或区域网等联网工作时，用户可在大网内进行位置登记和漫游。（4）连续信道指配更新：一旦一个话音信道分配给一个通话组使用,只要该组仍在使用该信道,控制信道就一直发送信道分配信息,使个别成员(因正在与别的用户通话,或因干扰未能接收到呼叫信令,或因刚刚开机)未能及时进入本组通话时,他可在控制信道收到连续分配信令，而进入本组的通信。这就保证了移动台正确地直接进入到正确的信道,以便加入到本组其他成员的通话中。（5）误导移动台保护：由于在分配的话音信道上转发器发出一串包含使用该信道的用户的识别码,因而可保证使意外被误导到该话音信道的用户因收不到正确的识别码,而会自动退回到信令信道上去,从而保证了在该信道用户通话的保密性。（6）遥毙：可消除由丢失或可能已落入他人手中的移动台所引起的潜在危险,并能防止非法用户进入系统工作。系统一般通过中央控制器定时或不定时地发送控制信令来“遥毙”某移动台;也可以在用户发起呼叫时,系统通过核对用户档案来“遥毙”该移动台。（7）系统容错。系统容错是为了保证系统高度可靠地运行而采用的技术。它包括中央控制器热备份、备用控制信道、分散控制和故障弱化等。1）中央控制器热备份。中央控制器一旦出现故障，系统将失去大部分集群功能。备份中央控制器可保证在主控制器出现故障时，系统仍能正常运行，仍能保持原有的功能。一定要采用热备份而不是冷备份，才能保证系统连续的运行。2）备用控制信道。这是专用信令信道系统普遍采用的技术。一个话音信道的故障不会导致系统性能的降低，但如果控制信道出现故障,整个系统就会瘫痪。为防止这种情况发生，系统提供多个信道作为可能的控制信道，这多个信道通过定时切换轮流作为实际控制信道。若控制信道出故障,系统会自动指定某备用控制信道作为实际控制信道。更换控制信道时，移动台会自动识别新的控制信道,系统操作进程不会中断.备用控制信道未被用作信令信息时,仍当作正常出音信道使用。3）故障弱化。故障弱化是指系统中央控制器和分散控制器都出现故障时,系统保持常规通信的状态。当中央控制
