杨波靖+魏蕾

摘 要：针对集群通信系统中定距寻呼必须使用地理位置系统辅助参与的问题，文中基于LTE技术上行同步、链路预算测距方法，通过途径衰落和能量损耗加权系数计算，提出了一种集群通信系统架构下，基站与移动终端间的全新定距寻呼方法，并应用此方法在现有集群通信系统中进行实际部署和有效验证。

关键词：LTE；集群通信系统；上行同步；链路预算；定距寻呼

中图分类号：TN929.52 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）09-00-03

0 引 言

LTE（Long Term Evolution，LTE）通信标准是第四代移动通信技术与标准之一，是由我国自主研发的LTE技术，已经被3GPP组织定义为LTE主要组成部分[1]。国际无线电协商委员会（CCIR）将集群通信系统命名为“Trunking Communication System”，即我国统称的集群移动通信系统，也可称为集群通信系统或集群系统[2]。集群通信系统是专用的调度移动通信系统，该系统除了具备公众蜂窝移动通信网所能提供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编控，保密性高，功能丰富[3]。近年来，随着国内外大范围推广部署LTE商用网络，集群通信系统也逐步从原有的2G/3G网络升级为LTE网络。由于集群通信系统的专用性和特殊性，在寻呼业务上有别于现有公网业务，尤其在组呼业务过程中，经常会使用定距寻呼业务。但现有技术主要依靠地理位置信息系统进行辅助测距寻呼，此举扩大了系统冗余性，不利于业务的推广实施。针对上述问题，本文提出了一种将LTE上行同步过程与链路预算加权算法相结合进行测距的方法，依据测距结果进行定距寻呼，并在现有集群通信系统上进行部署和实施。

1 集群通信系统及定距寻呼

1.1 集群通信系统

集群通信系统从移动公共网络系统中衍生出来，不仅具备移动公共网络的业务特性，还具有自身特性。主要包括应用侧、网络侧、设备侧三部分，集群通信系统结构如图1所示。其应用侧、网络侧、设备侧的主要功能如下所示：

（1）应用侧主要进行自动/人工调度业务的并发处理及相关集群业务的触发；

（2）网络侧主要负责资源管理、移动性管理、接入管理及广播业务管理；

（3）设备侧主要为使用者终端和其他使用者提供集群通话服务及相关业务。

1.2 集群通信系统特征及应用

集群通信系统是为了满足行业用户指挥调度需求而开发的、面向特定行业应用的专用无线通信系统，集群系统中无线用户可共享无线信道，以指挥调度为主体应用，是一种多用途、高效能的无线通信系统[4]。此外，该系统还具有特有的组呼、快速呼叫以及呼叫接续快、支持私密呼叫、支持组呼且共享下行链路组播接收、支持半双工通信PTT（Push To Talk）等特性。

集群通信系统在政府部门、公共安全、通信电力、民航石油和军队等领域有着广泛的应用。随着技术的不断拓展，出租、物流、物业管理和工厂制造也逐步转向集群通信系统。因此，集群通信系统逐渐成为公众移动通信之外的专用通信系统，然而LTE无线通信相对于集群通信业务还处于起步阶段。

1.3 无线定距寻呼

从图2可以看出，基站侧通过对其接收范围内所有终端进行测距，并估算出指定距离范围内的终端列表，根据列表进行相关寻呼业务。定距寻呼业务在集群通信系统应用场景中非常重要。

2 基于上行同步和链路预算技术的测距设计思想

通常情况下，基站和终端之间的路径估算需要借助地理位置定位系统才能定位物理位置，从而推算出路径距离。但在实际应用中，集群通信系统和相关终端有可能提供地理定位功能。在该场景下，通过终端与基站之间上行同步过程和链路预算过程也能够推算出基站和终端间的路径距离[5]。

基于此设计方法，本文提出了通过上行同步链路预算加权过程测距方法，进行集群系统内定距寻呼。

基站、终端不支持地理位置系统定位测距，需要利用终端与基站间上行同步、链路预算过程进行测距估算。终端和基站间的上行同步过程主要利用物理随机接入信道PRACH（Physical Random Access Channel，PRACH），随机接入信号包括CP（Cyclic Prefix）、序列（Sequence）、GT（Guard Time）三部分[6]。随机接入信号如图3所示。

终端和基站间存在两种随机接入过程，基于竞争的随机接入过程和非竞争随机接入过程如图4所示。

图4中两种接入过程的终端和基站间都传递周期的交互时频信息。时频信息包括终端和基站间传输调整时延和频率衰减损耗等信息，基站和终端间的链路预算主要对两者间的传输过程功率损耗进行预算，评估出路径损耗、阴影衰落、人体损耗、穿透损耗。通过理论传输功率进行推导计算，得出终端和基站传输路径的加权系数。

通过上行同步过程时频信息能够得到理论传输距离，结合通过链路预算得到的加权系数，可以最终得到实际终端和基站间的实时传输距离。

如果基站、终端不支持地理位置系统定位测距，集群调度中心向网络侧移动性管理实体发起临时测距请求，并将需要测距的终端信息列表和基站信息一并下发。当移动性管理实体收到请求后进行有效性判断，排除已不在指定基站下的终端，之后向指定eNodeB发起终端、基站测距请求，请求中包含终端信息列表。eNodeB收到测距请求后，进行上行同步和链路预算两个过程并将最终计算结果即传输距离，返回到移动性管理实体。移动性管理实体收到终端基站间的传输距离后，将指定基站下实际使用终端的传输距离封装成临时地理信息，上报到应用侧增强型归属用户服务器，并通知集群调度中心完成测距请求。集群调度中心收到测距完成信息后对指定基站下实际使用的终端进行寻呼业务。

3 定距寻呼在集群系统中的部署和应用

结合上行同步、链路预算测距设计思想，在LTE宽带数字集群通信系统下设计一种定距寻呼方法，并结合实际组网形式进行相关设计部署，具体实施步骤如下，整体方法如图5所示。

应用侧有线调度台向集群调度中心发起定距寻呼请求，其中寻呼请求包括了eNodeB基站站点信息、寻呼距离范围、寻呼次数、寻呼类型等。集群调度中心收到请求且权限核实通过后，通过应用侧接口从移动性管理实体（MME）获取当前指定基站下的所有终端列表。如果基站、终端支持地理位置定位测距，终端（UE、固定台、车载台、调度台）和基站设备（eNodeB）将实际地理位置信息实时上报到应用侧的增强型归属用户服务器（eHSS）。增强型归属用户服务器记录各基站下支持地理位置定位的终端的具体地理位置信息。

集群调度中心根据获得的终端列表逐一在增强型归属用户服务器（eHSS）进行测距估算。若强型归属用户服务器能够对指定基站、指定终端进行测距估算，计算基站和终端间的传输距离，且两者间传输距离在有线调度台请求寻呼范围内，则进行相关集群寻呼业务并发。如果强型归属用户服务器无法估算传输距离，则将未定位设备列表返回到集群调度中心。

集群调度中心根据返回的终端列表，通过应用侧接口向网络侧移动性管理实体（MME）进行临时测距请求。请求包括基站站点信息与未定位终端列表信息。移动性管理实体收到请求后进行有效性判断，剔除未定位终端列表中已经不在指定基站下的终端，而后向指定基站eNodeB发起终端、基站测距请求，请求包括待测距终端信息列表。eNodeB收到测距请求后，进行上行同步和链路预算两个过程，并将最终计算得到的传输距离返回移动性管理实体。通过如下步骤实现上述功能：

（1）根据上行同步随机接入过程中交互的时频信息，利用传输时延推算理论传输距离；

（2）根据链路预算对基站、终端间传输过程的功率损耗进行预算，预算过程评估出路径损耗、阴影衰落、人体损耗、穿透损耗参数；

（3）根据路径损耗、阴影衰落、人体损耗、穿透损耗参数，通过理论传输功率进行推导计算，最终得到终端和基站传输路径的加权系数；

（4）根据上行同步过程时频信息能够得到理论传输距离，结合通过链路估算得到的加权系数，最终计算得到终端和基站间的实际传输距离。

eNodeB逐一对测距终端信息列表进行终端和基站间实际传输距离测量。eNodeB测距完成后，将测距终端信息列表和其对应的实际传输距离发送到移动性管理实体。移动性管理实体收到eNodeB回应的测距信息后，将指定基站下实际使用终端的传输距离封装成临时地理信息并上报到应用侧增强型归属用户服务器，同时通知集群调度中心完成测距请求。

集群调度中心收到测距完成信息，并根据移动性管理实体回应的实际使用终端信息列表逐一在增强型归属用户服务器（eHSS）进行测距估算。如两者间传输距离在有线调度台请求寻呼范围内时，进行相关的集群寻呼业务并发。

4 结 语

通过将上行同步、链路预算测距方法的研究应用到集群通信系统中，文中设计了一种全新的定距寻呼方法并介绍了此方法的基本思想及实施部署方案，重点阐述了上行同步、链路预算关键技术，从而为集群通信系统提供一种高效、快速、安全的方法。此外，本次研究针对用户多元化的需求可以提供有力的业务支撑，便于业务扩展。

参考文献

[1] 郑祖辉，陆锦华，丁锐，等.数字集群移动通信系统[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 董晓鲁.我国数字集群通信发展的几点考虑[J].电信网技术，2005（2）：19-22.

[3] 侯民术，赵国锋.集群移动通信中直通模式的分析与研究[J].信息技术，2008（5）：56-159.

[4] 谭学治，孟维晓.宽带无线多媒体集群系统方案与关键技术[J].移动通信，2014（1）：41-44.

[5] 杨波靖.集群通信系统的定距寻呼方法、集群通信系统及基站：中国，CN201210166700[P].2012-10.

[6] 3GPP，TS36.201，LTE physical layer. General description[S].Europe，3GPP，2012.