浅议数字集群和3G网络PoC业务的关系

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　　数字集群和3G网络PoC业务都可以实现PTT功能。数字集群是基于信令通道的解决方案，在通话过程中，语音数据和信令数据都汇集到事先建立好的通道上传输；3G网络的PoC业务采用VoIP技术，核心网基于IMS架构，在移动终端和业务应用服务器间运行高层信令协议，把话音数据捆绑到IP链路上。数字集群和PoC在技术实现、网络要求和市场定位方面都有很大的差异。数字集群主要应用于移动专网，而PoC业务主要是公众蜂窝移动通信系统的无线增值业务。一、数字集群和PoC的技术特点
　　1.国内几种数字集群技术
　　国内目前主要应用的几种数字集群技术包括欧洲的TETRA，美国的iDEN，以及国内自主知识产权的GoTa和GT800。
　　（1）TETRA
　　TETRA是由欧洲电信标准协会（ETSI）推荐的标准。TETRA系统是一个空中接口信令开放的系统，并大量借鉴了GSM的概念。它基于TDMA方式，在25kb/s带宽内分4个信道，采用较先进的ACELP语音编码方式和（π/4）QPSK数字调制技术。它支持连续覆盖和大区覆盖，并且支持脱网直通和端到端加密功能。TETRA系统在调度功能上是比较完善的，所以它非常适合做专网，尤其是军队、武警、公检法等单位。
　　（2）iDEN
　　iDEN是由摩托罗拉公司推出的，它也采用TDMA制式，在25kHz的信道上分6个时隙（目前已经开发出25kHz带宽上分成12个时隙）。它的VSELP语音编码和16QAM调制技术都比较先进。iDEN系统的起源设计就是作共网用的，所以它是集指挥调度、双工互连、分组数据和短消息于一体的工作方式。
　　iDEN系统是以调度为主的，又是根据公网考虑设计的系统，所以它的基本调度系统功能包括：组呼通话、私密通话、通话提示、来电显示。调度的先进功能包括：优先级、紧急呼叫、状态信息、多组扫描、区域限制、孤立站运行、调度台等。iDEN系统也有虚拟网功能，通过虚拟专网（VPN），最终用户可以管理其终端用户的终端配置，包括开户，增加新业务，更改调度私密号、组号、电话号码，重新编组以及随时取得详细通话清单和使用统计等。
　　（3）GoTa
　　GoTa（全球开放式集群架构）是由中兴公司自主研发，基于CDMA 1X技术面向新技术演进的数字集群通信系统，目标是满足共网集群需要，兼顾专网集群应用。
　　GoTa系统基于CDMA多址方式，它采用16QAM和QPSK的调制方式和QCELP语音编码技术，频分双工，上下行各1.25MHz带宽，间隔45MHz。GoTa的空中接口在cdma2000技术基础上进行了优化和改造，核心网采用独立的分组数据域，基于A8/A9和A10/A11标准接口，可以公开并标准化。
　　GoTa具有一定的技术优势，解决了基于CDMA技术实现集群业务的关键技术。在处理通信连接时也采用了共享的方式，减少网络处理呼叫的时延。GoTa具有快速接入、高信道效率和频谱使用率、较高的用户私密性、易扩展和支持业务种类多等技术优点。
　　在GoTa系统的设计中充分考虑了数字集群通信共网的特点，面向移动运营商开发设计，充分考虑了移动商务用户的需求，可以用一部终端将集群调度业务、普通语音业务、分组数据业务、众多增值业务（短信、定位）等多种通信服务集成于一个网络中。GoTa系统的灵活性高、性价比优异和功能全面等特征，为运营商开辟出更多的赢利空间。
　　（4）GT800
　　GT800系统是由华为公司研发的基于GSM技术的数字集群系统。GT800是基于GPRS和GSMR技术开发的系统，其第二阶段将与TD-SCDMA技术结合。华为公司研发GT800系统是面向国内数字集群市场需求，参考现有数字集群系统的业务特性，尤其是在快速呼叫、群组业务、优先级控制、安全保密、故障弱化方面进行了大量工作，可提供满足国内专业移动通信需求的完整集群调度业务。同时，为满足用户对高速数据业务的需求，GT800通过GPRS技术，实现可变速率的数据传输功能。GT800的第二阶段通过引入TD-SCDMA，进一步提供最高速率为2Mb/s的数据业务。
　　GT800可以提供广泛的业务，包括基本通话、短信、集群调度、优先级抢占、快速接续以及基于位置的路由等，同时还提供基于GPRS的数据业务。GT800适合集群通信的共网运营，也适合民航、铁道、水利、市政、交通、建筑、抢险救灾、矿区等专业部门自建专网。
　　2.3G网络的PoC业务
　　3G网络的PoC业务标准主要由OMA来制定，并基于3GPP和3GPP2的IMS网络架构。
　　（1）PoC业务概念和业务特征
　　PoC是一种双向、即时、多方通信方式，允许用户与一个或多个用户进行通信。该业务类似移动对讲业务——用户按键与某个用户通话或广播到一个群组的参与者那里，接收方收听到这个发言声音后，可以没有任何动作，例如不应答这个呼叫，或者在听到发送方声音之前，被通知并且必须接收该呼叫。在该初始语音完成后，其他参与者可以响应该语音消息。PoC通信是半双工的，每次最多只能有一个人发言，其他人接听。
　　PoC的业务特性包括：
　　●PoC群组可以是预先定义的，也可以是临时建立（Ad hoc）方式的，或者类似聊天室的方式，用户自行加入聊天组。
　　●用户通过请求发言权实现发言，发言权的控制有一套严格控制机制。
　　●发言权由PoC业务实体授予，如果在一段时间（业务提供商设置）之后用户没有发言，发言权将会超时而失效。
　　●PoC业务实体可以在其他被叫用户接受会话邀请之前，先给发起用户发送指示，如果没有用户接收到媒体流，PoC参与者可以获得提示。
　　●PoC可以与互联网现有类似语音性质的业务进行交互，如在线游戏，包括音频功能的即时消息等。
　　在PoC体系结构中，对用户的发言权控制是非常重要的概念。发言权控制主要是在用户平面来完成，基于RTP/RTCP，同时OMA又定义了RTCP的一种APP应用，称为TBCP协议，从而实现了PoC媒体流的分发和发言权的控制。对于会话的信令控制主要是应用SIP/SDP，实现SIP注册、路由和安全方面的管理，从而保证PoC会话的完成。
　　（2）IMS对PoC的支持
　　IMS对PoC的支持主要实现在PoC业务的注册和安全、SIP信令路由、SIP信令压缩、地址解析、对标识隐藏的管理以及计费等功能。
　　在IMS的注册中，首先用户建立PDP上下文，通过GPRS请求或者DNS解析过程发现IMS中的P-CSCF。P-CSCF把注册请求转发给I-CSCF，通过I-CSCF问询HSS而找到S-CSCF。在S-CSCF中实现注册过程。在这个过程中PoC用户和S-CSCF通过AKA算法实现双方的认证和鉴权。
　　当用户注册和鉴权成功后，PoC用户可以发起组呼请求。在会话邀请的SIP消息头Contact的Tag中添加“+g.poc.talkburst”或者“+g.poc.groupad”，从而标明这是一个PoC群组会话。P-CSCF把呼叫邀请转发给I-CSCF，问询归属的S-CSCF的地址，从而把邀请转发给S-CSCF。S-CSCF通过从HSS下载的iFC（初始过虑规则），根据业务触发点，把会话邀请转交给响应的PoC server。PoC server进行会话控制，并通过IMS把会话邀请转发给组内其他用户，在经过媒体授权和协商后，组呼可以建立。
　　PoC业务的计费基于IMS的计费框架，可以根据事件计费、组会话计费、发言计费等。
　　另外PoC业务还应用了IMS中的SIP信令压缩功能，信令压缩是为了节约链路资源，减少延时，在PoC Client和P-CSCF上实现SIP信令的压缩和解压缩。同时IMS还支持对其他用户或部分用户实现用户标识隐藏。另外，在IMS中考虑到PoC会话媒体承载响应时间和媒体QoS平衡，使用了SIP信令的QoS等级。
二、数字集群和3G网络的PoC业务的关系
　　1.技术差异
　　数字集群要求前后向资源共享，即在一个小区覆盖范围内所有同组集群用户共同占用一个无线和有线信道。一个信道承载的用户数对于集群手机数量是没有限制的，这样可以极大的增加资源的承载能力。单信道资源情况下，理论上可以支持无穷多个集群手机进行调度。
　　而PoC中每一个用户要占用独立的无线和有线资源，也就意味着资源占用在业务实现时有多少用户进入组呼，就要占用多少信道资源，对于PTT来说要成倍地增加资源占用。如果只有一个无线信道，则PoC业务就不能提供，至少要提供2个无线信道才能保证一对一的PoC呼叫。
　　2.关键指标差异
　　数字集群和PoC最根本的差异就是其关键指标——接续时延的差异。
　　PoC的接续时间一般都在2-3秒以上，有时候甚至达到10秒以上，如果用户较多、使用频率增加或网络信号较差，接续时间会更长。而数字集群的接续时间都被控制在1秒或者更短的时间之内，这也是数字集群一直没有被移动公网所取代的根本原因，也是其核心的竞争力。
　　目前国外几种数字集群网络的时延指标都在1秒之内，一般的组建立时延400ms～700ms、PTT＜300ms，一般一次组呼建立和维持时间分布在5-12s即结束，而PoC基本不能满足这种要求。
　　3.市场定位不同
　　数字集群的市场定位分为两种：一是专业用户市场，二是公众用户市场。专业的数字集群用户一般估计为移动用户的10%左右，按照中国3亿移动用户估算，也有3000万用户的数字集群市场空间。
　　PoC业务面对的主要是个人用户，主导的语音和综合业务是其创造收入的主要来源，而语音和综合业务也是目前全球移动运营商面对竞争压力最大的业务。
　　4.利润率不同
　　首先，数字集群由于服务对象以政府、单位等集团客户为主，对于价格不是十分敏感；其次，专业的集群调度业务所产生的任何收入都是在几乎没有竞争下产生的，同时调度业务主要在网内实现，不存在网间结算成本；另外由于专业需要，产品的可取代性很低，这些用户的忠诚度很高，离网率很低，这些都为数字集群运营商节约一定的运营成本。
　　而基于移动公网的PoC业务与运营商其他业务相比基本上都是雷同的，具有可取代的特点，所以PoC业务的经营活动和产品都面临市场的有力竞争，产品、业务价格不断下降，利润率不高，结算成本也占据了很大的比例，这些直接导致了产品、业务定价时必须考虑的承受底线。
　　5.覆盖重点不同
　　数字集群客户主要以工作为主，需要在工作区域进行有效覆盖，比如市区室外覆盖、工作区域的重点区域覆盖，同时对于农村等偏远区域集群用户基本上没有覆盖需要，数字集群的这种简单覆盖要求完全可以利用目前成熟的无线通信手段予以满足，比如目前所有的基站都支持大区制建网，这样就在很大程度上节约了系统投资，对于局部重点区域的覆盖手段也很成熟，如政府大楼，工厂总部等等，只需要较低的成本就能满足覆盖要求。
　　对于突发情况带来的调度需求，通过孤立站运行和脱网直通就可以满足需要，但是这种情况比例极低。
　　对于PoC业务来说由于用户的移动性很大，分布很广，可以说凡是有人存在的地方都需要进行覆盖，所以要求大量的网络投入，即使仅仅考虑基本的覆盖，粗略估计至少也是数字集群网络的2-4倍覆盖投入。
　　6.容量需求不同
　　根据市场占有率的分析，即使按照10%的比例进行考虑，足以说明数字集群对容量的要求不高，所以在建设数字集群网络初期的时候根本不必考虑容量的压力，可以理解为在容量上数字集群系统只需要移动公网10%的容量资源，就可以正常运行并满足数字集群用户的容量要求，这对于建设一个数字集群网来说无疑是一大优势。
　　而对于PoC业务来说，为了保证容量需求，移动运营商不得不使用小区制规划建网，通过降低基站发射功率，下调俯仰角，降低基站天线高度等方式，增加基站密度，提高区域用户容量。
三、数字集群和PoC未来发展趋势
　　1.数字集群的发展趋势
　　我国数字集群通信的发展现状同国外发达地区相比还处于初期阶段，具有自主知识产权的数字集群系统也刚刚开始发展，无论从数字集群通信的市场发展还是民族产业发展角度来看，都存在着很大的发展空间，这种现状对于我国今后数字集群通信系统的发展是挑战也是机遇。
　　在我国数字集群通信发展的过程中首先应处理好和公众移动通信系统的关系。数字集群通信是面向集团用户提供以指挥调度业务为主的专用移动通信系统，而公众移动通信是面向普通大众用户以提供话音和数据业务为主的公共移动通信系统。二者的定位不同，技术特点也不同。应避免重复过去通过集群系统提供公网业务的弯路。同时，从公众移动通信系统目前的技术发展水平来看，至少在相当长的时间内还不能替代集群系统，公网提供PTT业务只能作为一种增值业务，其性能指标远不能满足集团用户对专业指挥调度通信的需求，同时也不能提供集群通信所需要的各种服务质量级别和优先级。这些功能在集群网络中，尤其是在集群共网中是非常重要的。
　　其次，在数字集群发展的过程中应分为共网和专网两种发展方式。共网集群通过VPN的方式，在同一张网络中向不同的集群用户群体提供不同需求和不同优先级的服务。这种应用方式同专网专用的方式相比，具有网络资源和频率资源利用率高的优势，同时由网络运营商运维网络，可以向用户提供更为专业的服务，降低网络运营成本，并有利于各个集团和部门之间的通信，做到协同配合。集群共网是集群通信未来的发展方向。但也应认识到，有些专网是共网集群不能替代的，对一些通话质量和优先级要求很高的部门来说，共网集群可能难以满足要求，或者是需要付出很高的网络成本。因此在促进集群共网发展时，也不能忽视专网的发展。
　　第三，在集群网络运营方面，应严格管制集群共网许可证的发放，鼓励具有一定实力的运营商发展集群共网，保证网络质量，避免重复投资和建设。应引导运营商对集群网络进行正确的定位，将重点放在专业集群用户上面，避免造成与公众移动通信系统的用户重叠。应开拓新的市场空间。同时也应鼓励运营商在集群业务的基础之上，面向集群用户发展增值业务，实现社会效益和经济效益。
　　2.PoC的发展趋势
　　PoC业务利用公众移动蜂窝网络覆盖广的特点，可以使移动用户实现点到多点的群组呼叫，从而在多人之间有效、及时地分享信息。PoC业务也能够给用户带来基于IP的多媒体应用，例如交互游戏等。PoC业务能够使群组通话的用户“始终在线”，这种“始终在线”的特点使参与通话的成员只要按下PTT键即可通话。
　　虽然PoC有很多优点，但是我们也应看到PoC存在的不足，最重要的就是呼叫建立时延性能和通话时延性能不高，这主要是由于PoC是基于公众移动蜂窝网络的VoIP技术实现的。因此PoC不能像数字集群通信那样应用在应急联动和紧急呼叫的情况。同时由于PoC的可靠性和安全性不高，因此PoC也无法应用在对安全性要求很高的部门。PoC业务更多的是应用在公司、酒店和休闲娱乐场所，丰富人们的沟通联系方式，增添人们的通信乐趣。
　　未来PoC业务的发展应该更多的关注提高业务时延性能、丰富业务类型和提供更多的业务功能上。尽量的缩短PTT通话时延，发展Push to X（X可以是文本、语音、图片和影像等多种形）业务，并增加如用户优先级和灾难处理等功能，让PoC的业务更加完善。
四、结束语
　　PoC可以利用公众蜂窝移动网络资源实现点对多点的功能，使宽带业务更加丰富化，而且移动运营商可以利用已有的网络资源快速部署并提供PTT业务。但是通过分析和比较可以看出，PoC业务无论从资源利用率、用户容量、安全性和可靠性都无法达到数字集群的指标要求。目前OMA正在积极制定PoC最新的技术规范，希望PoC业务提供紧急调度和用户优先级等功能，并提高接续时延性能，而且3GPP也在R6规范中制定了PoC相关的规范。可以看出PoC将是未来3G中一种非常重要的业务，但是PoC毕竟无法取代数字集群，数字集群仍将是实现指挥调度等集群功能的最重要也是最有效的技术方式。