一种迭加于TD-SCDMA 3G网络的PTT手机方案

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1 引言

最近几年是我国自主知识产权技术TD-SCDMA在经历了多年研发测试后，走向产业化规模应用的关键时期。中国移动、中国电信、中国网通已经在10个城市和地区开展了TD-SCDMA网络建设。在这10个城市中，除了包括承办奥运会比赛项目的北京、天津、上海、青岛、秦皇岛、沈阳之外，还包括厦门、保定等城市。由于TD-SCDMA技术所具有的独特之处和自主创新优势，它将在中国3G时代扮演重要角色。

PTT (Push-To-Talk)功能类似于对讲机，用户按下一个按键就可以立刻与一个或多个用户进行通信，松开按键则进入接听状态。PTT的中文译名“即按即说”，很形象地描述了这项业务的特点。

其实我们身边不乏支持PTT的手机产品：诺基亚的3230、6270、6681，支持GSM双频的摩托罗拉V400p、支持CDMA网络的T300p和V65p，此外，三星、LG等厂商也有支持此技术的产品。

我国未来的移动通信系统，特别是军用系统，如果立足于自主研发的新一代宽带移动通信技术之上，将具有极大的安全性和优越性。基于TD-SCDMA的PTT的手机拥有自主知识产权，可以提供长期和安全的信息保障，有利于推进第三代移动通信系统的军民协同发展。

2 迭加式网络结构

一个完整的基于TD-SCDMA技术的集群系统应包括移动终端、基站、网络设备、服务器、调度台等设备，需要较长的研发周期和较大的人力财力投入。目前，相应的移动终端（手机）已经上市，并且我国也建立了一定规模的TD-SCDMA试验网络。在这种情况下，我们可以扬长避短，在已有移动终端、基站和网络设备基础上，定义专用的集群接口，开发相应的服务器、数据库和调度台来实现集群功能，从而借助现有的TD-SCDMA 移动通信系统提供PTT业务。这种移动终端提供PTT业务的方案即称为迭加方案，也就是将PTT技术应用于TD-SCDMA 3G移动网络。

2.1 网络结构

采用迭加方式实现TD-SCDMA数字集群系统，需要沿用现有TD-SCDMA接入网和核心网，改造现有终端，并增加集群子系统（集群服务器、集群数据库、集群控制台等）。迭加方式的TD-SCDMA数字集群系统的网络结构如图1所示。

图1 采用迭加方式的TD-SCDMA数字集群系统

2.2 新增功能实体和子系统
(1) 集群终端(PTT UE)
PTT终端除具备TD-SCDMA终端的一般功能（如语音、短信、数据业务等）外，还应具备PTT特有的功能，如直通、组呼和群呼等。TD-SCDMA终端经过改造可以成为集群终端，其协议栈如图2所示。图2中灰色部分为TD-SCDMA终端原有的协议。

图2 集群终端协议栈

(2) 集群服务器(PTT Server)
集群调度服务器提供调度台的接入功能，负责对PTT终端用户和调度台用户的身份、权限和业务能力进行鉴权和认证，同时提供调度台与集群系统之间的语音和数据通道。其主要功能如下：PTT终端用户和调度台用户的基本签约信息、业务签约信息管理；PTT终端用户群组信息管理；PTT终端用户业务统计和计费信息管理；提供对PTT终端用户和调度台用户的鉴权和认证；数据转发；提供与TD-SCDMA核心网分组域的接口功能；提供与集群数据库以及有线调度台的接口功能。
  

(3) 集群数据库（PTT DATA）
集群数据库用于存储PTT终端用户和调度台用户的相关信息，比如：PTT终端用户和调度台用户的基本签约信息、PTT终端用户和调度台用户的业务签约信息、PTT终端用户的群组信息、PTT终端用户计费信息、PTT终端用户和调度台用户的鉴权数据等。
(4) 集群调度台
集群调度台采用有线调度控制台，对集群用户进行调度控制和业务管理，具备如下功能：单呼、组呼、广播呼叫、强插/强拆、动态重组、执行对用户的调度控制，同时具备群组和用户的业务管理功能。调度控制台的协议栈如图3所示。

图3 调度控制台协议栈

2.3 协议栈结构
采用迭加方式的TD-SCDMA数字集群系统接口如图4所示。

图4 采用迭加方式的TD-SCDMA数字集群系统接口

集群子系统采用SIP（Session Initiation Protocol）协议对集群终端进行会话管理，数据传输和接收基于RTP/UDP/IP协议，如图5所示。

图5 端到端的协议框架

3 呼叫流程
TD-SCDMA数字集群系统的典型业务包括：单呼、组呼和组播。现以组呼为例，简单介绍呼叫的流程：用户拨打群/组号码，按下PTT键后，承载集群呼叫请求的空中信令发送到RNS，RNS随即向被叫用户发起寻呼，然后将承载信道指配和话权授权的空中信令发往主叫用户，将承载信道指配和话权占用提示的空中信令发往被叫用户，组呼呼叫随即建立起来，如图6所示。

图6 组呼呼叫建立流程

其业务流程步骤如下：(1)用户拨打群/组号码按下PTT键发起组呼，终端发起集群组呼请求；(2)RNS系统分配资源，向PSS系统转发集群呼叫建立请求；(3)PSS系统鉴权通过后，根据组内用户的位置信息，向相应的RNS系统发送集群呼叫连接请求；(4)RNS系统对组内用户进行寻呼；(5)RNS系统对主叫用户进行信道分配；(6)RNS系统收到组内用户的寻呼响应；(7)RNS系统对寻呼响应的组内用户进行信道分配；(8)RNS同PSS系统集群呼叫建立完成；(9)PSS系统对主叫用户发送话权授权提示；(10)PSS系统对组内其他用户发送话权占用提示。
4 结束语
由于手机功能不断丰富，菜单的内容和层次越来越多，菜单变得越来越冗长，给用户带来操作上的不便。本文提出的基于现有TD-SCDMA网的集群体系结构，使手机实现PTT功能，一按某一个键就立即实现通话，满足了用户快速通话的要求。对运营商而言，该方案具有较高的安全性和可靠性，不用对现有移动网络作改动，只需要增加新的功能节点即可实现手机的PTT功能。我国3G牌照的发放，将会给TD-SCDMA带来更加深刻的影响，同时也将给基于TD-SCDMA网的PTT手机带来无限发展空间。
参考文献
[1] 董飞,杨丰瑞. TD-SCDMA产业发展趋势即策略分析. 中国多媒体通信.2007，4
[2] DaSilva, L.A.; Morgan, G.E. The resurgence of push-to-talk technologies communications Magazine IEEE Jan 2006
[3] 徐亮.对我国数字集群通信发展的前景分析及若干思考.移动通信。2007. 2-3
[4] S.K. 3PoC: an architecture for enabling push to talk services in 3GPP networks Raktale. International conference IEEE Jan 2005