2.5G及3G数字集群的互联互通

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0、引言
　　集群通信系统是移动通信系统的一个重要分支。1985年出现了最早的集群通信系统，这一阶段的集群系统采用模拟通信技术，即FDMA方式。随着无线通信领域向数字通信技术的方向发展，集群通信系统过渡到第二代数字集群系统，其主要特点是采用了TDMA方式。随着蜂窝移动通信系统的快速发展，cdma2000/WCDMA等第三代移动通信技术应运而生。第三代集群通信系统已经开始出现，同时集群应用也正朝着共网运营的方向发展。
　　我国于1989年开始引进模拟集群系统，1990年投入使用，1993年以来已得到了较快发展。当前我国已经建成和已投入使用的数字集群通信网主要有：上海市公安局、天津市水利局、广州市地铁2号线、北京轻轨、秦皇岛至沈阳铁路线等的集群调度系统，特别是中国卫通在南京举办的十运会上大规模运用的2.5G数字集群系统，完成了多方面的指挥调度，成为2.5G规模化集群调度系统的成功典范之一。
　　集群网络的建设者以集团和单位为主，由于缺少必要的与电信运营商的共赢模式，导致集群系统在互联互通上问题很多，而昂贵的设备成本以及没完没了的维护费用，让很多中小集群通信用户望而却步。正如90年代还大量存在于PTSN网络中的用户小交换机一样，同样面临着维护费用高、维护不及时以及互联互通的问题。目前，用户小交换机已经大部分撤出了历史舞台，取而代之的是具有共网功能的CENTREX群的虚拟用户小交换机，用户节省了费用并提高了通信质量，而运营商在大幅度提高网络质量的同时，也得到了新增加的利润。这也从侧面说明，数字集群通信系统走向共网将是通信发展的趋势。
　　随着3G通信技术的日渐成熟，3G数字集群技术已经开始实验，届时不仅将完成话音调度，还可以完成图像和数据调度，大大增加了调度的丰富性和灵活性。
1、目前国内主要数字集群类型
　　1.1　欧洲的TETRA
　　陆地集群无线电系统（TETRA）是一种基于TDMA技术的无线集群移动通信系统，是欧洲电信标准组织（ETSI）制定的数字集群通信系统标准。
　　目前，TETRA网络对外互联部分技术尚未完全公开，不同厂家的TETRA产品还没有完全实现互联互通，不同网络之间的用户和业务的互通及异地漫游还存在一些问题。
　　1.2　美国的iDEN
　　集成数字增强型网络（iDEN）是美国摩托罗拉公司研制和生产的数字集群移动通信系统，除了以指挥调度业务为主外，还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能。
　　由于iDEN系统是由摩托罗拉独家生产制造，接口没有公开，目前网络设备主要由摩托罗拉供应，因此，系统设备、建网和终端成本较高。由于研发年代较早，虽技术比较成熟，但对新业务的支持能力相对较弱。
　　1.3　中国标准之一的GOTA
　　开放式集群架构（GOTA）是我国中兴通讯提出的基于集群共网应用的集群通信体制，也是世界上首个基于CDMA技术的数字集群系统，具有我国自主知识产权，具备快速接续和信道共享等数字集群公共特点。GOTA作为一种共网技术，主要应用于共网集群市场，其主要特色在于更利于运营商建设共网集群网络，适合大规模覆盖，频谱利用率高，在业务性能和容量方面更能满足共网集群网络和业务应用的需要。它属于CDMA的技术体制，具有双工电话互联、数据、短消息以及图像传输功能。
　　1.4　中国标准之二的GT800
　　GT800是华为提出的另一项我国具自主知识产权的基于时分多址的专业数字集群技术，通过对TDMA和TD-SCDMA进行创造性地融合和创新，为专业用户提供高性能、大容量的集群业务和功能，属于TDMA的技术体制。
2、2.5G数字集群系统的互联互通
　　目前，国内最先进的数字集群系统为2.5G数字集群系统，如何完成此数字集群系统的内部组网和外部网络的互联互通是运营商重点关注的问题，因为这直接关系到网络质量问题以及用户使用的方便性问题。下面以中国卫通在十运会上成功使用的CDMA制式的集群系统进行互联互通的讨论，简称数字集群。
　　2.1　CDMA制式的系统特点
　　CDMA制式数字集群系统结构如图1所示。

图1　CDMA制式数字集群的系统结构

　　CDMA制式的集群系统主要包括3大部分：a）可以通过MSC/VLR完成传统的移动电话全双工的语音通话，这在以前的很多集群系统中是无法完成的；b）完成半双工的集群业务的通话，通过DSS系统完成专业集群用户所需要的功能；c）实现2.5代的数据传送业务，可以实现集群用户153.6kbit/s的浏览和下载功能，实现图像和数据的传送功能。主要业务分为基本业务和补充业务。
　　2.2　2.5G数字集群系统内部网络的互联互通
　　共网集群有较大的用户容量和丰富的业务接口，互联互通往往会涉及很多不同厂家的设备，要使不同厂家的设备能够完成互联互通，关键是要有标准的通用接口。CDMA制式的集群系统都能很好地实现互联互通（以单载频组网或多载频组网为例）。
　　1）更软切换
　　当集群用户从一个扇区移动到本BTS的另一个扇区时（如从BTS1的扇区1到扇区2），需要进行切换，由于CDMA制式的集群系统可以很好地实现软切换（即在切换时，旧的连接还没有断掉，新的连接已经建立，这样可以最大限度避免掉话），而且，由于在同一BTS上，连声码器单元都不用更换，进一步提高了切换成功率。由于每个天馈都有馈线连接到BTS，所以完成更软切换时并不需要增加新的硬件设备，只需在后台制作相邻扇区即可完成更软切换。
　　2）同一MSC下的软切换
　　当集群用户在同一MSC下的不同的BTS或BSC之间移动时，为了完成软切换，需要增加硬件设备和进行数据制作。硬件设备中需要增加BSC之间互联互通的支持A3/A7接口协议的中继单板，并直接将需要进行邻区切换的BSC通过E1线连接起来。需要在后台数据配置中增加邻接小区以及配置邻接小区间的A3/A7中继电路，这样就完成了在同一MSC下的不同BSC或不同BTS之间的集群用户的漫游功能。
　　3）MSC之间的切换
　　当集群用户在不同的MSC之间移动时，可以完成软切换和硬切换（在切换时，首先断开原先连接的链路，然后再建立新的连接链路）。
　　当需要进行软切换时，可以通过相同厂家之间的支持A3/A7接口协议的中继板进行不同MSC之间和不同BSC之间的连接，完成软切换。
　　若MSC采用不同厂家的设备，目前只能完成硬切换，通过不同MSC之间的E1接口来完成，切换成功率将会有所降低。
　　CDMA制式的数字集群系统内部通过A3/A7接口完成不同BSC之间的软切换，提高了切换成功率，这是以前的集群系统所不具备的，通过MSC之间的E1接口以及Internet，完成了CDMA制式的集群系统的内部互联互通。
　　2.3　2.5G数字集群系统与外部网络的互联互通
　　CDMA制式的数字集群系统与其他网络的互联互通如图2所示。

图2　CDMA制式的数字集群系统与其他网络的互联互通

　　CDMA制式的集群系统与其他数字集群系统以及其他通信系统进行互联互通时，需要通过集群通信系统的网关局完成与其他通信系统的互联。
　　在图2中，关口局主要完成与外网的互联互通功能：a）完成与本系统内各MSC的E1连接；b）完成与其他通信系统的E1连接；c）完成与本系统内的七号信令连接；d）完成与其他通信系统的七号信令连接；e）完成本系统内部与其他通信系统之间的话路转接；f）完成本系统内部与其他通信系统之间的七号信令的信令转接；g）完成与系统内部PDSN和PDS的TCP/IP协议的连接；h）完成与Internet或VPN的TCP/IP协议的转发。
3、3G数字集群系统的互联互通
　　随着用户需求和通信技术的快速发展，移动通信从模拟技术到2G，再到目前的2.5G，并正在向3G的方向不断发展，数字集群系统向3G方向发展也是必然趋势，而且CDMA制式的2.5G数字集群可以平滑过渡到3G数字集群。
　　3.1　3G数字集群的特点
　　3G数字集群有以下特点：a）呼叫控制、业务、承载分离的软交换技术；b）大容量交换和分布式处理；c）对外提供丰富的标准接口；d）网元可分可合，组网灵活；e）开放的信令接口，易与其他设备对接；f）高效的端对端呼叫路由；g）业务多样化，支持开放的业务接口；h）提供全套网络解决方案；i）完善的网管功能；j）具有前向2.4M的下载能力和反向1.8M的上传能力，真正实现宽带化的集群网络。
　　3.2　3G数字集群系统内部的互联互通
　　CDMA制式的3G集群系统的核心网产品和BSS的产品都是基于IP分组网络进行设计的，依据控制与承载分离的软交换思想，把2.5G CDMA移动网络中的MSC网元拆分为MSCe和MGW两个核心网网元，LMSDS网元包括MSCe、HLRe和SCPe三个网络实体，LMSDS内部均是基于IP传输的，核心网网元与3G全IP基站通过IP进行连接，3G核心网可以同时接入2.5G基站系统，3G核心网提供与PSTN、2G移动系统的接口。
　　在CDMA制式的3G数字集群系统中，采用了以IP平台作为系统的架构，同时组网也采用以IP的方式，为了兼容2.5G和2G的产品，3G CN也有丰富的接口进行对接，保证了2G或2.5G产品能够平滑扩容到3G，保护了用户的投资。
　　对于同一BTS下的不同扇区之间的更软切换，3G的方式与2.5G没有任何区别，对于在同一MSCe下的不同BTS之间或不同BSC之间的软切换，由于在BSC与BTS之间可能采用IP协议的方式进行传送，所以在完成Abis协议处理时需要进行协议的变换处理。
　　对于不同MSCe之间的切换，由于不同的MSCe都通过IP网络相连，所以只需要在后台进行数据配置就可以完成相互之间的软切换或这硬切换。
　　3.3　3G数字集群系统外部的互联互通
　　3.3.1　3G数字集群在本地的互联互通
　　在本地的互联互通中，信令网与承载网络完全分离，BSS分别通过E1和IP接入到MGW中，信令采用直联的方式接入到MSCe中，分别传送BSSAP和RANAP信令。MGW之间通过IP网连接，组成承载网络，疏通相互间的话务。MSCe也需要与IP网连接，传送MSCe与MGW间的H.248信令以及MSCe间的SIP-T信令。MSCe与No.7信令网连接，实现到HLR、SCP和PSTN的信令互通。对于具有IP信令端口的HLRe和SCPe设备，MSCe可以直接通过SIGTRAN与其进行互通。PSTN通过E1与MGW进行连接，疏通移动网络与PSTN网络间的话务。
　　采用这种组网方式，要求MSCe实现的接口较多，能同时支持PCM和IP信令接口，因此需要实现内置SG功能。对MGW要求较低，需要实现承载层接口（E1接口、IP接口），信令接口需要实现IP信令接口。在小规模网络中，MSCe可以同时作GMSCe和VMSCe。
　　3.3.2　3G数字集群与长途网的互联互通
　　3G数字集群与长途网的互联互通如图3所示。

图3　3G数字集群与长途骨干网的互联互通

　　在与长途网的互联互通中，cdma2000 ALL IP核心网通过GMSCe实现与NGN的互通。GMSCe与SS之间采用SIP信令，核心网的MGW与NGN的MGW之间为IP承载。GMSCe负责MSCe与SS之间的控制层信令互通。各地城域网可以通过国家或省骨干网进行互通。本地MSCe作为GMSCe时主要负责连接SS7，以便本地网与PSTN、电路交换的移动网（包括GSM）以及WIN、H.323网络的互通。当本地网需要与NGN互通时，各本地MSCe需要连接到单独的GMSCe，由它负责完成本地MSCe与Softswitch之间的信令转接，这样构成了长途网。
　　GMSCe与本地MSCe之间采用SIP-T信令，与SS之间采用SIP信令，核心网的MGW与NGN的MGW之间为IP承载。GMSCe负责MSCe与SS之间的控制层信令互通。
　　图3中，各本地网的MGW内置SGW功能，疏通MSCe与PSTN、BSC、NO.7信令网间的信令话务。
　　各本地网的MSCe之间、与GMSCe之间通过IP网进行互通。各地IP网可通过国家或省骨干网进行互通。
4、结束语
　　数字集群系统是通信技术发展的必然趋势，而3G和共网集群系统则是客户追求高质量的集群通信服务以及更低价格的必然结果，共网集群能满足用户与其他集群网络的用户，甚至与其他移动网络、固定网络的共网用户进行通话和数据传送的要求，全国十运会的召开为共网集群系统提供了绝好的展示机会，CDMA制式2.5G的数字集群系统在十运会上的成功应用证明了共网集群具有强大生命力。CDMA制式的2.5G集群系统在互联互通方面也具有无比的优越性，能与联通、移动、电信以及网通的网络进行很好的互联互通（CDMA制式的集群系统全部采用公开的标准接口），在数据传送方面也走在技术的前沿，目前的传输速率最大为153.6kbit/s。随着3G进程的不断深入，CDMA制式的数字集群系统不会过时，它将与时俱进，平滑升级到3G的数字集群系统，并与3G网络、2.5G网络以及2G网络共同完成互联互通的组网，让集群系统焕发强大的生命力。我们有理由相信，中国的共网2.5G集群系统及3G共网数字集群系统的互联互通将能与公网的移动网络一样好，并将达到甚至超过国际水平。