一、概述

隨著大規模集成電路和計算機技術的迅速發展，集群通信應運而生。80年代，國際上相繼推出了模擬集群系統，歐洲以400MHz頻段為主，主要系統有諾基亞MPT1327模擬集群系統;美國以800MHz頻段為主，主要系統有通用公司EDACS模擬集群系統、摩托羅拉公司Smartnet模擬集群系統、E.F Johnson LTR模擬集群系統等。

頻率資源的匱乏和計算機通信的飛速發展以及計算機網絡與通信網絡的融合又推動了集群通信的進一步發展，集群通信數字化已勢不可擋。上世紀末本世紀初，國際上相繼推出了各種標準的數字集群系統，主要有歐洲的TETRA標準、美國的APCO標準、摩托羅拉公司的iDEN標準、以色利的FHMA跳頻標準等等，而在這些標準中，以TETRA標準為代表的數字集群系統發展最為迅速。目前，我國正著手研究制定警用數字集群通信標準PDT。

二、集群系統的設計考慮

集群系統的建設是一個規模盛大的系統工程，需要考慮眾多問題，如制式選擇、覆蓋估算、系統容量估算、用戶分組、基站選址、機房與傳輸鏈路建設等等。在系統設計階段，人們往往注重考慮系統覆蓋估算與系統容量估算、基站選址、機房與傳輸鏈路建設等等，在覆蓋制式和用戶分組等方面考慮較少，而這些問題往往關系到系統的建設成本、信道利用率以及運行效果等等，具有舉足輕重的地位，也是不容忽視的。

1、 制式選擇

就集群系統的信號傳輸模式來說，有數字集群與模擬集群之分，就入網方式來說有頻分多址(FDMA)與時分多址(TDMA)，就覆蓋方式而言有大區制、中區制和小區制，究竟選用哪種方式則要根據用戶方的具體需求來確定。從信號傳輸質量即語音通信質量方面考慮，數字通信的抗干擾能力明顯優于模擬通信，語音清晰無噪聲積累這已是眾所周知的事，而且數字集群系統的功能特別是在數據傳輸方面明顯占優勢，所以數字集群系統成為眾多用戶的選擇已毋庸置疑。在覆蓋方面是選大區制還是中、小區制，則需根據實際的傳輸環境來考慮。就上海這種超大型城市來說，建大區制系統已毫無意義，因為建筑物對電磁波傳輸的影響已非常顯著，盲區也越來越多。

1991年，當上海公安800MHz模擬集群系統建成時，系統的覆蓋距離手持臺半徑約為25公里、車載臺半徑約為35公里，4個基站基本覆蓋上海全市的室外地區，而到了2001年底，當上海公安建成800MHz TETRA數字集群系統時，經過測試比較，兩個系統的覆蓋距離基本相當，主要原因是近10年間上海城市發展迅速，高層建筑明顯增多，建筑物對電磁波的傳輸影響已非常顯著，造成覆蓋范圍縮小及盲區增多。同樣，上海公安于1994年建成的350MHz模擬集群系統也受到了建筑物對其覆蓋所產生的影響。所以對大都市來說適宜建小區制系統，對郊區城鎮來說宜建中區制，而平原開闊地則宜建大區制。

2、 覆蓋方式對建設成本、系統容量及信道利用率的影響

無線通信的覆蓋方式一般分為單區制與多區制兩種，多區制又分為大區制、中區制和小區制三種。在這三種覆蓋方式中，小區制因每個基站的覆蓋范圍小，因此要滿足同樣的覆蓋，需要的基站數比大區制、中區制多，所以建設成本是三者中最高的。除此之外，小區制對系統容量和信道利用率也有一定的影響。

與GSM、CDMA等公眾電話通信系統不同，集群調度系統不是以一對一的單點通信為主，而是以一對多的多點通信為主。在集群系統中，用戶被劃分成不同的通話組，以群組方式進行通信，組呼時啟用多個基站是非常有可能的，其概率與基站覆蓋范圍與組內用戶數有關，即覆蓋范圍越小、組內用戶數越多，則組呼時啟用的基站數越多的概率越大，同時被占用的話音信道數量越多，頻率利用率也就越低。從TETRA數字集群系統日常話務統計來看，組呼時啟用1至11個基站以上的可能都有，而概率最高的是5至7個基站(如圖一、圖二)。由此可見, 集群調度系統不同于GSM、CDMA等公眾電話通信系統，它較難通過縮小基站的覆蓋范圍來有效提高系統容量和頻率利用率。為此，在集群系統設計規劃階段，應著重考慮到跨區通信對系統容量的影響。

圖一

圖二

3、 用戶分組對呼叫產生的影響

在集群系統設計規劃階段，用戶分組也是非常重要的，它不僅影響系統容量，而且還影響到用戶的呼叫遇忙程度。

(1)用戶分組對系統容量的影響

在集群系統中，用戶是按組進行通信的。如果用戶通話組太大，也就是說每個通話組內的用戶太多的話，那么同組內的用戶分布在多個基站的概率就增大，組呼時同時啟用多個基站數的概率也增大，而且組內用戶越多的話、其分布基站數越多的概率也就越大。組呼時多個基站話音信道只能當作一個基站話音信道來使用，這對話音信道的利用率和系統容量都有一定的影響。

(2)用戶分組對呼叫遇忙程度的影響

眾所周知，集群系統設計的理論基礎是隨機事件的概率論，技術基礎是大規模集成電路與計算機技術的迅速發展。根據隨機事件的概率論可知，相同事件同時發生的概率很高，而不同事件同時發生的概率很低，幾乎為零。在集群系統中，同組用戶可以看作是相同事件，而不同組用戶則視為不同事件。根據隨機事件的概率論我們可以知道，同一通話組內的用戶同時發起呼叫的概率要遠大于不同通話組用戶同時發起呼叫的概率。這是因為，當某個通話組處于通話狀態時，組內只有一個用戶可以說話，其余用戶均處于接收守聽狀態，如想說話須等前者用戶松鍵退出發射狀態，而不同通話組用戶則不受其影響，他們隨時可以發起呼叫。如果用戶占據太多的時間處于發射說話狀態的話，那么在這段時間內就會積聚眾多的同組用戶等待呼叫，而且時間越長、組內用戶越多(即組越大)則積聚的等待呼叫用戶概率就越高。一旦說話用戶釋放PTT，就會出現眾多用戶同時發起呼叫的現象，而這樣一來就會增加控制信道的碰撞概率，因碰撞而導致呼叫請求失敗又會增加用戶的呼叫請求次數，無形中增加了控制信道負荷，使控制信道遇忙而堵塞的概率增加。如果通話組太大話務量過高的話，還會出現組內用戶一個接一個不停地發起呼叫的現象，對這個組內用戶來說就如同常規通信，他們無法分享集群通信信道共享的益處。

與組太大會增加控制信道遇忙概率不同的是，組太小則會增加話音信道的遇忙概率。因為不同通話組用戶可以在不同時間內發起呼叫，如果通話組越小即分組越多的話，那么在同一段時間內建立的呼叫越多的概率就越大，話音信道同時被占用的概率也越大，由此導致話音信道遇忙概率也就越大。

所以，通話組大小應適中，太大或太小都會對系統產生負面影響。

4、 用戶分組原則

用戶分組是個非常復雜的問題，組內用戶以多少為宜，很難定論，因為每類用戶的呼叫話務量不同，分布與活動區域也各不相同，所以不能一概而論。用戶分組主要掌握如下原則：因業務不同必須分組的，因話務量過高必須分組的，因用戶分布范圍太廣而必須分組的。所以，用戶分組后還應根據實際的應用情況作適當調整。

5、 TETRA數字集群系統身份號(ID)規劃考慮

目前，以TETRA標準為代表的數字集群系統在我國已得到較為廣泛的應用，不僅有800MHz頻段，而且還有350MHz頻段。根據TETRA標準，ID長度為8位，取值范圍為1-13999999，包括用戶個人ID、用戶組ID、調度臺ID、系統所用ID等等。為便于管理、便于記憶，在實際應用中將ID按一定規則劃分，原則是號碼位數越短越好，編程和使用時越簡單方便越好。對共網來說，通常把ID分成三大部分：第一部分為各個系統部門，如公安、醫療、民防、水電煤等等;第二部分為各系統部門下屬單位;第三部分為用戶個人ID或組ID，各部分位數長度視具體情況而定。一般來說組ID數目遠小于個人ID數，位數可以少些，以此可以區分是個人ID還是組ID。另外，通過在首位加識別位也可以加以區分，但此方法較適用于用戶數或系統部門較少的情形。如下分別介紹一下專網系統和共網系統的ID分類方法。

1、 用戶個人ID與組ID分段使用

此方式適用于專網系統。在這種方式中，ID被劃分成兩段，一段為用戶個人ID、另一段為用戶組ID，每個單位的個人ID和組ID的前2位使用相同數字作為前綴，后面若干位用于用戶個人或組，如對于用戶數少于1萬的專用系統可以用4位數表示個人ID，范圍1000-9999，3位數表示組ID，范圍100-999，其中前2位作為ID前綴用于區別單位，后2位或1位用于表示該單位下的用戶個人或組，如下表所示：

若大多數單位的用戶都在1000以上，則可擴大位數。此方式優點是組號位數短，組號與個呼號前綴相同，便于記憶與編程。

2、用戶個人ID與組ID交錯使用

此方式適用于多系統部門共享的共網系統。在這種方式中，ID被劃分成若干號段，每一段都包含有用戶個人ID與組ID。 ID通常由6-7位數字組成，其中的前2位數字用來區分各系統部門，如10表示電力系統，號碼段為1000000-1099999，在這段號碼中再劃分組ID與個人ID;11表示衛生系統，號碼段為1100000-1199999，等等，如下表所示：

三、結束語

以上從覆蓋制式與用戶分組兩方面分析了其對系統容量、信道利用率的影響，以及用戶分組大小對呼叫遇忙程度的影響。隨著數字集群的不斷發展，目前已有越來越多的用戶選擇了TETRA標準，為此，在系統規劃建設時一定要綜合考慮基站覆蓋、用戶分組及與系統容量等之間的關系，以使所建系統能最大限度地滿足用戶的通信需要，發揮出最大效益。