主頁（http://www.by236.com）：數(shù)字集群自組網(wǎng)技術研究

　　在戰(zhàn)場環(huán)境下以及其它通信基礎設施可能遭受破壞的搶險救災等場合，都要求數(shù)字集群系統(tǒng)移動基站能夠不依賴基礎網(wǎng)絡設施進行快速和靈活配置組網(wǎng)，因此考慮在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入能夠滿足要求的機動基站自組網(wǎng)技術。數(shù)字集群系統(tǒng)能夠提供安全、可靠以及高效率的語音和數(shù)據(jù)通信，目前在軍事、軌道交通、公共安全、港口和民航等領域都得到了廣泛應用。

　　一、當前數(shù)字集群系統(tǒng)結構及其局限性

　　TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)最早是建立基本系統(tǒng)的單區(qū)網(wǎng)，當覆蓋范圍達不到要求時，就將基本系統(tǒng)的單基站設計為多基站。而當覆蓋范圍再擴大，用戶增加，就發(fā)展成以基本系統(tǒng)為基本模塊，把基本模塊疊加成為多區(qū)的區(qū)域網(wǎng)。甚至成為多區(qū)、多層次網(wǎng)絡，這就構成一個或多個大區(qū)域，最后在全國或跨國聯(lián)網(wǎng)。

　　如圖所示為一個多層次、多控制中心的多區(qū)系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡結構的基本單元是多基站和單控制中心，構成基本區(qū)，并直接管理控制和處理區(qū)內的用戶業(yè)務。區(qū)域管理中心與各基本區(qū)相連，負責基本區(qū)間的用戶業(yè)務，如過區(qū)用戶登記、過區(qū)用戶呼叫建立和對過區(qū)用戶的控制管理、對各基本區(qū)中心站的管理和監(jiān)控等。

　　上文所述為數(shù)字集群常駐網(wǎng)絡，并不能滿足機動過程中的應用需求。同時，多基站需要通過有線接入到一個固定的控制中心來實現(xiàn)跨基站用戶業(yè)務，在戰(zhàn)場環(huán)境下，控制中心容易成為敵方的重要目標而被破壞，這將造成各基站之間的連接中斷，系統(tǒng)崩潰，這對數(shù)字集群系統(tǒng)在戰(zhàn)場環(huán)境應用構成了很大限制。

　　針對這一問題，數(shù)字集群系統(tǒng)加強了基站的功能，在基站中增加了MSC、VLR、GVLR等功能實體，使之成為機動基站，單個基站在脫離集群系統(tǒng)時也能夠在本基站范圍內實現(xiàn)集群功能。同時，幾個機動基站也可以通過有線組網(wǎng)，選舉出一名基站組長來負責該臨時移動網(wǎng)絡的控制管理。每一個機動基站向組長基站進行注冊，組長基站掌握所屬機動基站的用戶歸屬前綴信息和組呼服務配置信息，充當常駐網(wǎng)絡中控制中心。當組長基站因故障無法正常工作時，可以通過重新選舉組長基站的方法增強系統(tǒng)的健壯性。

　　然而在戰(zhàn)場環(huán)境下，BD 很可能處于快速機動過程，各機動基站通過有線方式共同連接至控制中心或一個組長基站就不具備可操作性了。除了戰(zhàn)場環(huán)境外，在一些特殊環(huán)境或緊急情況下，有一個共同控制中心的有線聯(lián)網(wǎng)集群系統(tǒng)也不能勝任。比如，發(fā)生地震、洪水等自然災害后，通信基礎設施可能遭受破壞，但是仍要求在搶險救災過程中實現(xiàn)各基站之間的通信。在以上場合中都要求各移動基站能夠不依賴基礎網(wǎng)絡設施進行快速和靈活配置組網(wǎng)，因此在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入能夠滿足要求的機動基站自組網(wǎng)技術就勢在必行了。

　　對自組網(wǎng)技術的研究是因軍事應用而發(fā)展起來的，它能夠適應軍事應用的需要，因此具備先天的技術優(yōu)勢。因其特有的無需架設網(wǎng)絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，自組網(wǎng)技術一直是數(shù)字化戰(zhàn)場通信的首選技術。將數(shù)字集群系統(tǒng)與自組網(wǎng)技術融合能夠在數(shù)字集群系統(tǒng)中引入自組網(wǎng)技術的一些技術優(yōu)勢：

　　1)獨立組網(wǎng)

　　2)無中心：

　　自組網(wǎng)網(wǎng)絡采用無中心結構，所有節(jié)點地位平等，組成一個對等式網(wǎng)絡，其中的節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡，任意節(jié)點的故障也不會影響整個網(wǎng)絡的運行。與有中心的網(wǎng)絡相比，具備很強的抗毀性。

　　3)動態(tài)拓撲：

　　自組網(wǎng)網(wǎng)絡中，移動終端能夠以任意可能的速度和移動模式移動，并且可以隨時關閉。

　　二、數(shù)字集群自組網(wǎng)技術原理與實現(xiàn)流程

　　近年來，自組網(wǎng)技術與數(shù)字集群系統(tǒng)的融合國內外均有研究人員涉及，大部分研究重點在于終端級別的自組網(wǎng)。在無法架設基站或者基站覆蓋不到的情況下，集群系統(tǒng)定義了移動臺脫網(wǎng)直通操作模式，受移動臺功率限制，通信距離有限。因此，研究基站覆蓋范圍之外的移動臺形成一個自組織網(wǎng)絡可以在一定程度上增強數(shù)字集群系統(tǒng)的脫網(wǎng)工作能力。然而還是受移動臺功率的限制，移動臺級別的自組織網(wǎng)絡仍然不能很好地解決通信距離受限問題。基站的功率相對更大，如果能夠實現(xiàn)機動基站的自組網(wǎng)，可以大大增加集群系統(tǒng)在機動過程中的覆蓋范圍。

　　1)集群系統(tǒng)機動基站自組網(wǎng)技術實現(xiàn)原理

　　數(shù)字集群系統(tǒng)基站的覆蓋范圍為10km，要保證基站原有覆蓋范圍的前提下實現(xiàn)無線組網(wǎng)，才能真正發(fā)揮集群系統(tǒng)基站自組網(wǎng)的優(yōu)勢。

　　數(shù)字集群系統(tǒng)工作頻率：

　　下行頻率 (基站到移動臺)：851MHz—866 MHz

　　上行頻率 (移動臺到基站)：806MHz—821 MHz

　　基站高發(fā)低收，移動臺低發(fā)高收，基站正常條件下只能接收覆蓋范圍下的移動臺發(fā)送的信號，無法接收鄰近基站的無線信號，在現(xiàn)有條件下無法實現(xiàn)無線組網(wǎng)。

　　因此考慮在基站中增加一個接收臺來負責接收鄰近基站的無線信號，收發(fā)分離，通過接收臺與基站配合來實現(xiàn)無線組網(wǎng)。

　　如上圖所示，在機動基站中增加了一個具備較高靈敏度的接收臺，在需要進行基站自組網(wǎng)時，接收臺開機，尋找周圍基站定期發(fā)射的同步脈沖，接收臺只要接收到一個載波的4個時隙的任一時隙的猝發(fā)脈沖，就具備跟該基站一致的信息，包括比特同步、時隙、幀和復幀等。同步之后接收臺就可以接收周圍基站在廣播網(wǎng)絡信道(BNCH)上發(fā)送的系統(tǒng)信息，以及所有鄰近基站發(fā)送的廣播系統(tǒng)信息，這些廣播消息中包含接收臺接入系統(tǒng)所需要的系統(tǒng)參數(shù)。

　　接收臺將所有這些小區(qū)廣播參數(shù)存儲起來，然后通過基站廣播交互幾個基站的接收臺所接收到的系統(tǒng)參數(shù)，通過這些系統(tǒng)參數(shù)來共同確定某個接收臺需要與哪些鄰近基站同步，從而監(jiān)聽相應基站的控制信道，實現(xiàn)機動基站自組網(wǎng)。當自組織網(wǎng)絡形成之后，接收臺不斷更新所接收到的系統(tǒng)參數(shù)，如果出現(xiàn)因基站移動等原因造成連接中斷，網(wǎng)絡無法形成時，則需要再次交互接收到的系統(tǒng)參數(shù)，確保形成一個包含盡可能多基站的自組織網(wǎng)絡。為了確保網(wǎng)絡的連通性，提高呼叫成功率，接收臺需要確定合理的監(jiān)聽對象。

　　一種可行的方式是，各機動基站自組織形成一個鏈狀網(wǎng)絡，處于中間的機動基站接收臺監(jiān)聽前后兩個鄰近基站的控制信道，確保任何一個基站下移動臺發(fā)起的呼叫能夠到達整個鏈狀網(wǎng)絡。在上圖中基站 1的接收臺監(jiān)聽基站2的控制信道，基站2的接收臺同時監(jiān)聽基站1和基站3的控制信道，基站3的接收臺監(jiān)聽基站2和基站4的控制信道，最后基站4的接收臺監(jiān)聽基站3的控制信道，這樣就形成了一個邏輯上的鏈狀網(wǎng)絡。

　　2)基站自組網(wǎng)呼叫接續(xù)流程

　　數(shù)字集群系統(tǒng)用戶全號碼結構為：192 H1 H2 H3 H4 ABCD，規(guī)定機動基站管理用戶號碼前綴 H1 H2 H3 H4，每個基站只有一個唯一的H1 H2 H3 H4前綴。

　　以下圖來說明機動基站自組網(wǎng)的呼叫接續(xù)過程，機動基站1管理的用戶為0201XXXX，機動基站2管理的用戶為0202XXXX，機動基站3管理的用戶為0203XXXX。主叫移動用戶02013238歸屬于機動基站1的HLR，而被叫移動用戶02021188歸屬于機動基站2的HLR，目前漫游到機動基站3的覆蓋范圍中。我們假定此時基站1的接收臺監(jiān)聽基站2的控制信道，基站2的接收臺監(jiān)聽基站1和基站3的控制信道，基站3的接收臺監(jiān)聽基站2的控制信道，基站間的自組織網(wǎng)絡已經(jīng)形成。

　　呼叫接續(xù)過程如下：

　　1)主叫移動臺02013238通過空中接口發(fā)送被叫移動臺號碼02021188，機動基站1接收后由MSC1處理被叫號碼。

　　2)MSC1查詢號碼前綴，發(fā)現(xiàn)被叫前綴為0202，通過本機前綴列表查詢到不屬于本基站，則此時需要向其它基站發(fā)送呼叫請求。為減少工作量，確保在盡可能減少對原有呼叫模式修改的前提下，使其它移動基站能夠識別出該呼叫請求，這里需定義一個新的呼叫組。

　　在數(shù)字集群用戶號碼定義H1 H2 H3 H4 ABCD中，后四位ABCD從7500—8100為組呼號碼，現(xiàn)取8100作為這類新的呼叫組的號碼地址，即此時基站呼叫用戶02018100。因為基站會將所有移動臺均歸入該通播組，所以若被叫用戶已漫游到本基站，也可以通過這種方式被找到。

　　3)基站2的接收臺2處于監(jiān)聽基站1和基站3的下行信令信道狀態(tài)，通過被叫號碼02018100識別出這是一個通播請求，則接收臺2將此通播請求提交給基站2，基站2再呼叫02028100，此呼叫所有基站2覆蓋范圍內的移動臺都能接收到，由于此時被叫用戶02022456已經(jīng)漫游到了基站3，所以基站2下的移動臺都不會回應該呼叫請求。

　　4)基站3的接收臺3監(jiān)聽到基站2下行信令信道的呼叫請求，識別出這是一個通播請求，則接受臺3將此通播請求提交給基站3，基站3再呼叫02038100，該呼叫請求基站3覆蓋范圍內的所有移動臺都能接收到(對于漫游到本基站內的移動臺02022456，受傳輸鏈路容量的限制，基站3無法與該移動臺的歸屬基站交互信息來確定該移動臺的合法性，此時基站3會將此移動臺列入一個8100通播組，事實上基站下的所有移動臺都會被歸入該組中)，此時被叫移動用戶發(fā)現(xiàn)呼叫的是自己，則給予回應，此時基站3需要為移動臺和機動基站2的接收臺分配業(yè)務信道，機動基站2為機動基站2的接收臺1分配業(yè)務信道，建立主叫和被叫移動臺之間的呼叫鏈路。

　　這里定義的呼叫模式中，呼叫發(fā)起方不需要檢查被叫方是否存在才開始通信，此時呼叫發(fā)起方已經(jīng)開始講話，但不知道被叫移動臺是否在信道上收聽。如果呼叫一定次數(shù)后無法收到回應，則認為呼叫失敗。

　　三、結束語

　　自組網(wǎng)技術與蜂窩網(wǎng)絡的融合技術是當前國際上研究的熱點之一，在研究自組網(wǎng)技術與數(shù)字集群系統(tǒng)融合時需要考慮數(shù)字集群系統(tǒng)的技術特點和用戶需求，才能更好地發(fā)揮數(shù)字集群系統(tǒng)的技術優(yōu)勢。本文在分析數(shù)字集群系統(tǒng)局限性的基礎上，提出了在數(shù)字集群系統(tǒng)基站中增加一個接收臺來實現(xiàn)數(shù)字集群系統(tǒng)與自主網(wǎng)技術的融合，并分析了系統(tǒng)實現(xiàn)原理以及呼叫接續(xù)流程。該方案的實現(xiàn)可以有效地提高數(shù)字集群系統(tǒng)在機動過程的無線組網(wǎng)能力，提高了系統(tǒng)的靈活性，擴大了網(wǎng)絡的覆蓋范圍。