衛(wèi)星集群組呼業(yè)務(wù)通知過程*

陳姜晶子,徐子平

(1.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院研究生2隊(duì),江蘇南京210007;2.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院,江蘇南京210007)

衛(wèi)星集群組呼業(yè)務(wù)通知過程*

陳姜晶子1,徐子平2

(1.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院研究生2隊(duì),江蘇南京210007;2.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院,江蘇南京210007)

集群通信在指揮調(diào)度及搶險(xiǎn)救災(zāi)中發(fā)揮中重要作用,目前地面集群通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有限,在處理有些緊急事件時(shí)可能會(huì)超出網(wǎng)絡(luò)覆蓋。依托通信對(duì)距離不敏感的衛(wèi)星移動(dòng)通信,在GMR-1標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)組呼呼叫業(yè)務(wù)功能,可以擴(kuò)大集群通信的覆蓋面積。對(duì)空閑模式下組呼通知過程進(jìn)行了研究,對(duì)處于空閑模式下的移動(dòng)臺(tái)使用簡(jiǎn)化的NCH監(jiān)聽機(jī)制做了概述,最后提出了組呼通知信道的配置方法,計(jì)算得到NCH信道可以支持的話務(wù)量,與現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)通信的相比具有更高的尋呼效率、可以承載更大的用戶數(shù)量。

GMR-1 衛(wèi)星集群通信 組呼業(yè)務(wù) NCH信道

0 引 言

數(shù)字集群通信能夠提供安全可靠的語音和數(shù)據(jù)通信,是一種高效使用無線信道資源的專用指揮調(diào)度通信[1],目前在交通、公共安全、軍隊(duì)、政府部門等單位都得到了廣泛應(yīng)用。地面通信網(wǎng)絡(luò)已趨于完善,但受地理?xiàng)l件限制不能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋,且發(fā)生重大毀滅性自然災(zāi)害時(shí)地面網(wǎng)絡(luò)將遭到破壞,但是衛(wèi)星移動(dòng)通信可以正常運(yùn)行。所以依靠目前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信的資源,建設(shè)覆蓋全球的數(shù)字衛(wèi)星集群通信具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 組呼話音業(yè)務(wù)VGCS

衛(wèi)星移動(dòng)通信成本低、覆蓋范圍大、可靠性高、對(duì)通信距離不敏感,相比于傳統(tǒng)的地面集群網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù),在GMR-1標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)組呼可以提供覆蓋范圍更廣的服務(wù),只要用戶在衛(wèi)星波束覆蓋范圍之內(nèi)都可以進(jìn)行組呼呼叫,突破了地面集群集群網(wǎng)絡(luò)受覆蓋范圍限制的缺點(diǎn)。

組呼話音業(yè)務(wù)采用半雙工的方式,任意數(shù)量移動(dòng)臺(tái)可組成一個(gè)組。組呼由一個(gè)組呼標(biāo)識(shí)確定,組呼標(biāo)識(shí)由組呼ID和組呼區(qū)域ID構(gòu)成,組呼區(qū)域ID用來表示組呼所覆蓋的以波束為基本單位的地理范圍[2]。每個(gè)組使用一對(duì)上下行話音信道進(jìn)行組呼通信,講話的移動(dòng)臺(tái)使用組呼信道上行信道向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送話音,該組的其他所有用戶在組呼信道的下行信道上收聽由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的講話方的話音。組呼通信獲得了最高的無線資源利用效率,一個(gè)組呼比一對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的雙工單呼節(jié)省了一半的無線帶寬資源。

引入組呼話音業(yè)務(wù),需要對(duì)GMR-1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)加以改進(jìn),GMR-1體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。GMR-1系統(tǒng)組成元素包括有地球同步衛(wèi)星、信關(guān)站GS、衛(wèi)星操作中心SOC和大量的地球站即用戶終端MES。衛(wèi)星操作中心SOC負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星的相關(guān)工作進(jìn)行監(jiān)視和管理。信關(guān)站通過外部接口與地面固定電信網(wǎng)絡(luò)和GSM移動(dòng)性管理網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)。信關(guān)站由以下幾部分組成:一個(gè)或多個(gè)信關(guān)站收發(fā)子系統(tǒng)GTS;一個(gè)或多個(gè)信關(guān)站控制器GSC;一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)交換中心MSC,GMR-1系統(tǒng)可以直接使用GSM網(wǎng)絡(luò)中的MSC;一個(gè)業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)TCS,它用于支持與地理位置相關(guān)的業(yè)務(wù)、選擇最佳路由以及其它衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)。

圖1 GMR-1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Network structure of GMR-1

增補(bǔ)的集群功能不影響原有電路域呼叫功能,當(dāng)不具備集群功能的移動(dòng)臺(tái)訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí),只是不能獲得集群服務(wù),原有的功能不變;當(dāng)具備集群功能的移動(dòng)臺(tái)訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí),除原有的功能保持不變以外,同時(shí)還能獲得集群通信服務(wù)。

在GMR-1系統(tǒng)信關(guān)站核心網(wǎng)中增加一個(gè)組呼功能實(shí)體組呼寄存器GCR(Group Call Register)。為了處理衛(wèi)星集群組呼業(yè)務(wù),將與組呼相關(guān)的功能實(shí)體從原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來,構(gòu)成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能配置單元,稱為組呼控制服務(wù)器GCS (Group Control Server)。圖2是在GMR-1系統(tǒng)中加入組呼控制服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置。

圖2 加入組呼控制服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置Fig.2 Configuration of system with GCS

2 VGCS通知過程

通知過程要通知處于空閑模式下的移動(dòng)臺(tái)和通知處于組接收模式、組發(fā)送模式和專用模式下的移動(dòng)臺(tái)。通過通知過程移動(dòng)臺(tái)可以得知網(wǎng)絡(luò)中新發(fā)生的組呼和正在進(jìn)行的組呼,通知過程向用戶提供加入新組呼,查詢正在進(jìn)行的組呼,重新加入正在進(jìn)行的組呼,離開組呼以及釋放組呼等一系列的功能[3]。通知消息可能在NCH(Notification Channel)信道、PCH (Paging Channel)信道發(fā)送,當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于專用模式或組接收模式時(shí)則在FACCH信道上發(fā)送。

網(wǎng)絡(luò)廣播的通知消息通過通知信道NCH信道發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)。為了便于剛進(jìn)入組呼區(qū)域的組成員加入組呼,或是離開的成員重新加入組呼,通知消息需要周期性進(jìn)行。在每個(gè)組呼區(qū)域內(nèi)所有波束下的用戶都能收到通知消息,通知消息中應(yīng)該包括組呼標(biāo)識(shí),還可能包括對(duì)組呼信道的描述。如果在通知消息中包含了組呼信道的描述,則該組的成員的在收到通知消息后立刻調(diào)整到指定信道上參與語音通信;如果通知信息中沒有相關(guān)信道的描述,則移動(dòng)臺(tái)要建立專用連接響應(yīng)通知消息,然后網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供有關(guān)組呼的信道描述[4]。

3 NCH信道監(jiān)聽

3.1 空閑模式的NCH監(jiān)聽

剛到小崗學(xué)校任教時(shí)，楊芬多次想要離開。“那會(huì)兒學(xué)校一共0.6 hm2地。”楊芬指著兩棟教學(xué)樓的中間說，“那邊有堵圍墻，以前學(xué)校就是從這到校門那么大，典型的鄉(xiāng)村小學(xué)。所有老師擠在一間辦公室，乒乓球臺(tái)是辦公桌，唯一一臺(tái)電腦被扔在雜物間。”

空閑模式下的移動(dòng)臺(tái)要同時(shí)監(jiān)聽PCH信道和NCH信道,以收聽點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫的尋呼消息以及組呼的通知消息,引入簡(jiǎn)化的NCH監(jiān)聽機(jī)制來節(jié)省移動(dòng)臺(tái)的功率[5]。如果移動(dòng)臺(tái)收到NCH信道消息中包含NLN參數(shù),則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中使用了簡(jiǎn)化的NCH信道監(jiān)聽機(jī)制。采用簡(jiǎn)化的NCH監(jiān)聽機(jī)制時(shí),網(wǎng)絡(luò)要提供NLN(Notification List Number)和NLN狀態(tài)兩個(gè)參數(shù):

NLN是一個(gè)模4計(jì)數(shù)器,NCH信道上有一個(gè)新的組呼通知消息時(shí)NLN參數(shù)就會(huì)發(fā)生變化。為使得簡(jiǎn)化的NCH信道監(jiān)聽機(jī)制能夠發(fā)揮較好的作用,網(wǎng)絡(luò)要保證移動(dòng)臺(tái)能夠足夠頻繁的接收到NLN參數(shù),因此通知過程必須在整個(gè)組呼呼叫過程中持續(xù)進(jìn)行。

當(dāng)NCH信道上與新呼叫無關(guān)的信息發(fā)生變化時(shí),NLN狀態(tài)參數(shù)就隨之改變。

這兩個(gè)參數(shù)包含在NCH,PCH和SACCH等信道消息中,空閑模式下的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入波束后,通過BCCH信道上的系統(tǒng)消息推斷波束下存在NCH信道,則應(yīng)讀取NCH信道消息,且至少要接收到2條包含NLN參數(shù)的通知消息。最新接收到的兩個(gè)NCH消息中的NLN參數(shù)相同時(shí),移動(dòng)臺(tái)就停止收聽NCH信道,只收聽PCH信道。當(dāng)在PCH信道上收到的NLN或NLN狀態(tài)參數(shù)與先前接收到的不同,說明網(wǎng)絡(luò)中廣播的通知消息發(fā)生了變化,則移動(dòng)臺(tái)重新開始收聽NCH信道。重新接收NCH信道后,當(dāng)最后接收到兩個(gè)具有相同的NLN的NCH消息時(shí),移動(dòng)臺(tái)可以再次停止收聽NCH信道而只收聽PCH信道,重復(fù)以上過程。

3.2 非空閑模式下的NCH監(jiān)聽

非空閑模式包括專用模式、組接收模式以及組發(fā)送模式。對(duì)處于非空閑模式下的移動(dòng)臺(tái),收到通知消息后,應(yīng)該比較當(dāng)前呼叫與新呼叫的優(yōu)先級(jí)。

當(dāng)前呼叫的優(yōu)先級(jí)高于新呼叫時(shí),提示有新呼叫。當(dāng)退出當(dāng)前呼叫后可以繼續(xù)接收新呼叫的通知消息。

當(dāng)前呼叫的優(yōu)先級(jí)不高于新呼叫時(shí),用戶可以選擇進(jìn)入新的呼叫或者是拒絕新的呼叫停留在當(dāng)前呼叫,可以在當(dāng)前呼叫與新呼叫之間切換。

4 NCH信道

4.1 NCH信道位置配置

GMR-1系統(tǒng)中的BCCH廣播邏輯信道的映射重復(fù)周期基于系統(tǒng)消息廣播循環(huán)周期,每個(gè)系統(tǒng)消息循環(huán)周期是64個(gè)TDMA幀。在GMR-1標(biāo)準(zhǔn)中, CBCH信道的配置使用的是配置的幀序列對(duì)方法,即根據(jù)由BCCH信道發(fā)出的系統(tǒng)信息來選擇幀對(duì)[6]。系統(tǒng)消息中的4 bit參數(shù)SA_CBCH_CONFIG用來指示配置CBCH信道的幀對(duì)位置,CBCH信道的配置由BCCH信道廣播消息中的4比特參數(shù)SA_ CBCH_CONFIG來指示,SA_CBCH_CONFIG的值取反即NCH的位置。

假設(shè)SA_CBCH_CONFIG參數(shù)的bit0為最低位比特位,則當(dāng)SA_CBCH_CONFIG的第[(FN div 2) mod 4]比特為1時(shí),其所對(duì)應(yīng)的FN為CBCH的幀對(duì)位置。具體見表1。

表1 NCH幀對(duì)位置配置Tabel 1 Interpretation of the SA_CBCH_CONFIG parameter

在語音組呼業(yè)務(wù)中NCH信道是一個(gè)相當(dāng)重要的信道,但是在GMR-1標(biāo)準(zhǔn)中并沒有定義NCH信道。因此我們規(guī)定GMR-1中定義的CBCH信道最多只能占用三個(gè)幀對(duì),保留最后一幀對(duì)給NCH信道使用。

根據(jù)BCCH信道的三個(gè)參數(shù)SA_CBCH_CONFIG、SA_CBCH_RF_CH、SA_CBCH_TS就可以確定CBCH的信道位置[7],其中SA_CBCH_CONFIG指定了CBCH信道使用的幀對(duì),SA_CBCH_RF_CH指示了CBCH使用的PC6突發(fā)的頻率,SA_CBCH_TS指示了CBCH信道使用的PC6突發(fā)的起始時(shí)隙。

按照我們提出的方法,假設(shè)NCH信道使用CBCH信道位置的最后一幀,即在參數(shù)SA_CBCH_CONFIG=1 000時(shí),NCH信道的位置對(duì)應(yīng)所有(FN/ 2)mod 4=3的所有幀,如圖3所示。再根據(jù)SA_ CBCH_RF_CH和SA_CBCH_TS兩個(gè)參數(shù)可以得使用的NCH信道位置。

圖3 NCH信道在復(fù)幀中的位置Fig.3 NCH multiplexed in a PC6d

4.2 NCH信道容量計(jì)算

話務(wù)量是用來衡量電話負(fù)荷大小的,與用戶占用信道的次數(shù)和占用時(shí)間長(zhǎng)度有關(guān),用公式表達(dá)為:A=m·l·t/3600(Erl),其中A為流入話務(wù)量,m為系統(tǒng)中組呼用戶組數(shù),l為單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)組的通話次數(shù),t為每個(gè)呼叫平均占用的時(shí)間。

一個(gè)BCCH系統(tǒng)消息最多只能配置一個(gè)NCH信道,也就是說每8幀有連續(xù)的2幀中有NCH信道,一個(gè)系統(tǒng)循環(huán)周期(64TDMA幀=2.56 s)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)16個(gè)NCH信道,平均每一秒時(shí)間內(nèi)NCH信道出現(xiàn)的次數(shù)為6.25次。參考GMR-1標(biāo)準(zhǔn)中的CBCH信道,NCH信道使用的是DC6突發(fā),即占用連續(xù)的6個(gè)時(shí)隙,持續(xù)時(shí)間為10 ms。

每個(gè)通知消息(notification)是23個(gè)字節(jié),NCH信道使用的是DC6突發(fā),DC6突發(fā)的有效比特是458個(gè)比特,則每個(gè)NCH信道可以承載2個(gè)通知消息。由此可以計(jì)算出一個(gè)NCH信道可以承載的通知消息為16×2/2.56=12.5次/s,假設(shè)每個(gè)組呼語音通話持續(xù)的時(shí)間為60 s,則一個(gè)NCH信道可以承載的業(yè)務(wù)量12.5(次/s)×60/3600=0.21Erl。

在GSM網(wǎng)絡(luò)中,對(duì)組合BCCH信道來說,每秒鐘尋呼信道數(shù)是12.7個(gè),對(duì)非組合BCCH信道來說,每秒鐘尋呼信道數(shù)是38.25個(gè)每個(gè)尋呼信道可以承載的用戶數(shù)是3.6個(gè)。而衛(wèi)星集群通信中NCH信道每秒可以承載的組呼通知消息為12.5～50次,每個(gè)組呼可以擁有最多50個(gè)成員,因此衛(wèi)星集群通信有更高的尋呼效率且可以承載更多的用戶。

5 結(jié) 語

GMR-1標(biāo)準(zhǔn)中并沒有對(duì)語音組呼業(yè)務(wù)做出描述,借鑒3GPP中的對(duì)VGCS的定義,在GMR-1基礎(chǔ)上定義語音組呼業(yè)務(wù),對(duì)組呼的通知過程進(jìn)行描述并定義了組呼通知信道NCH信道。網(wǎng)絡(luò)要為正在進(jìn)行的組呼呼叫以及新發(fā)生的組呼呼叫分配NCH信道,分析了一條NCH信道可以支持的話務(wù)量,與現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)通信的相比具有更高的尋呼效率、可以承載更大的用戶數(shù)量。

[1] 劉軍輝,李彤.基于移動(dòng)通信網(wǎng)的集群通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2010,43(06):172.

LIU Jun-hui,LI Tong.Design and Implementation of Trunking Communication System Based on Mobile Communication Network[J].Communications Technology, 2010,43(06):172.

[2] 3GPP TS 42.068 V7.8.0,Technical Specification Group Services and System Aspects,Voice Group Call Service (VGCS)[S].ETSI,2007:6-7.

[3] 葉青.GSM-R系統(tǒng)VGCS/VBS通知監(jiān)聽的研究[D].北京:北京交通大學(xué),2008.

YE Qing.Research on GSM-R System of VGCS/VBS Notification Monitoring[D].Beijing:Beijing Jiaotong U-niversity,2008.

[4] 3GPP TS 44.068 V7.8.0,Technical Specification Group Core Network,Group Call Control(GCC)protocol[S]. [s.l.]:ETSI,2007:22-24.

[5] 3GPP TS 43.068 V7.8.0,Technical Specification Group Core Network and Terminals,Voice Group Call Service (VGCS)[S].[s.l.],Stage 2:ETSI,2007:24.

[6] ETSI TS 101 376-5-2 V1.2.1,GEO-Mobile Radio Interface Specifications,Part 5:Radio Interface Physical Layer Specifications,Sub-part 2:Multiplexing and Multiple Access;Stage 2 Service Description[S].[s.l.]: ETSI,2001:26.

[7] ETSI TS 101 376-4-8 V1.2.1,GEO-Mobile Radio Interface Specifications,Part 4:Radio Interface Protocol Specifications,Sub-part 8:Mobile Radio Interface Layer 3 Specifications[S].[s.l.]:ETSI,2005:160.

CHEN JIANG Jing-zi(1989-),female,M. Sci.,majoring in broadband exchange,digital trunking based on satellite.

徐子平(1959—),男,碩士,教授,主要研究方向?yàn)閷拵Ы粨Q。

XU Zi-ping(1959-),male,M.Sci.,professor,mainly engaged in broadband exchange.

Notification Procedure of Satellite Trunking Communication

CHEN JIANG Jing-zi1,XU Zi-ping2
(1.Postgraduate Team 2 ICE,PLAUST,Nanjing Jiangsu 210007,China; 2.College of Communication Engineering,PLAUST,Nanjing Jiangsu 210007,China;)

Trunking Communication plays an important role in dispatching and disaster relief.At present, the coverage of ground cluster communication network is limited,thus the network coverage may be exceeded in the treatment of some emergencies.Relying on the mobile satellite communication unsensitive to the distance,the group call service function based on the GMR-1 standard could be realized,which would expand the coverage area of the trunking communication.This article studies the notification procedure in idle mode and the MES reduced NCH monitoring mechanism,proposes a solution of NCH configuration,and then calculates the traffic that would be supported.Compared with the existing GSM network communication,this mechanism has higher paging efficiency and larger users.

GMR-1;satellite trunking communication;voice group call service;NCH

TN91

A

1002-0802(2014)06-0630-04

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.06.010

陳姜晶子(1989—),女,碩士,主要研究方向?yàn)閷拵Ы粨Q、數(shù)字衛(wèi)星集群;

2014-03-18;

2014-05-06 Received date：2014-03-18;Revised date：2014-05-06組呼是在GMR-1的基礎(chǔ)上,通過增加組呼業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字集群功能。組呼話音業(yè)務(wù)(VGCS,Voice Group Call Service)定義了一種由多個(gè)用戶參加,其中一部分用戶可以講話、多個(gè)用戶收聽的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的語音通信方式。