TD-SCDMA网络上的PTT技术比较

TD-SCDMA网络上的PTT技术比较
张堂辉 葛方晖
普天信息技术研究院

摘要：本文对PTT业务在TD-SCDMA网络上的实现进行了描述，介绍了集群网和公网方式下各自的技术特性和网络结构，并对这两种方式的差异和技术难点进行了分析比较。

1. 概述

PTT（Push To Talk）其实指的是即按即说的通讯方式，通常指的是能够通过按下通讯键就能和预定义的组内成员进行一对多快速通话，通话过程一般是半双工的。实际上很多网络都具有这种特性，比如常见的对讲机，专用集群网，以及在公网上的实现的PoC。

专用集群网天然的具有PTT业务的特点，快速的一对多呼叫是集群网的基本要求。美国无线运营商Nextel引人注目的PTT业务也就是在摩托罗拉公司的iDEN集群网上实现的。正式因为Nextel PTT业务的良好盈利状况，使得其他运营商期望能够拷贝这种商业模式，导致了PoC技术的诞生。

PoC（Push To Talk Over Cellur）是在公网上实现PTT的一种技术，在最近这几年得到了广泛的关注，它的主要特点是本身是一种VoIP应用。由于PoC能够快速进行一对多的呼叫，很适合用于家人，朋友之间的联系。而状态呈现等和呼叫的结合满足了年轻人对时尚的要求。此外很重要的一点是，PoC业务不需要改变已有的网络结构，只需要增加新的PoC服务器就可以完成部署。由于投资规模较小，而能够有效增加ARPU值，因此PoC技术受到了运营商的欢迎。

TD-SCDMA是我国提出的3G标准，具有频谱利用率高，系统容量大，成本低的特点。它能够提供高速的分组数据传送能力，因此TD-SCDMA技术非常适用于PoC业务。对于专用集群网来说，TD-SCDMA只需要很窄的频带就可以工作，工作于TDD模式，而且呼吸效应不明显，这都是非常有利于集群业务的实现。国内制定的数字集群标准GT800也正是选择了TD-SCDMA技术作为演进发展的第二阶段。

这两种实现PTT的方法的差别是很大的，下面我们将从网络结构，时延问题，信道共享，功率控制等几个主要方面来具体分析中间的差异。

2. 网络结构

集群网和公网实现PTT技术的首要差别就是网络结构的不同。专用集群网最核心的功能是实现各种调度功能，例如强插，强拆，动态编组，优先级呼叫，语音广播，组内优先级等等。而PoC只是在现有的分组域承载上增加PTT功能，调度功能很弱。由于需求的不同导致这两种方式实现PTT技术的网络结构差异很大。

下图是一个TD-SCDMA数字集群系统的结构图，主要包括调度无线子系统（DRNS），调度交换子系统（DSS），DCC（调度控制台），BILL（计费系统），OMC（操作维护中心），短消息中心（SMC）等组成。系统还可以和PSTN等外部网络互连。

TD-SCDMA集群系统结构图

调度无线子系统（DRNS）包括了基站（Node B）和基站控制器（RNC）的功能，在集群系统中，这两个实体功能集中在同一物理实体上实现。这样很多原来的外部接口变成了内部接口，可以加快信令和数据的处理。

调度子系统（DSS）则包括了移动交换机（MSC）和归属位置寄存器（HLR）的功能。它是集群呼叫的核心控制部分，完成集群呼叫的处理，用户的鉴权，用户和组的注册等功能。

调度控制台（DCC）是用户进行业务控制和管理的重要设备，调度的控制主要通过这个设备完成。调度控制台可以有多个。

计费系统（BILL）用来统计通话的数据，生成话单等功能

操作维护中心（OMC）是进行网管的实体，负责网络设备和性能的监控，告警管理等。

图2 PoC网络结构

从网络结构看，只需要在公众移动网上添加PoC服务器就可以实现PTT功能，不需要改动现有的网络结构，实现比较简单。而且PoC系统采用了VoIP技术，基本的呼叫协议是基于IP的SIP协议。它的架构保证了PoC系统有比较好的互通性，而且在向下一代IMS核心网系统的演进中，很容易实现平滑过渡。PoC业务的架构还很容易扩展成一个多媒体服务平台，开展诸如Push To Video等业务。虽然PoC系统也能够实现一些简单的调度功能，有很简单的分组优先级，但是和集群网比起来，功能要弱的多。

通过上面我们可以看出，集群系统为了适应集群通讯的要求，很多设备和功能都集成在了一起，使得结构更加紧凑，而且需要增加调度的功能。当然对于呼叫的控制过程进行了简化，这都需要对标准的协议进行修改。而PoC只需要现网上添加PoC设备，实现则要简单的多。

3. 时延问题

PTT业务的特点就是即按即说，一般认为这个通话时延对于集群网不应该超过1秒，对于PoC方式不应该超过2秒。这就对通信网络提出了很高的要求，但是在集群网上和公网上的解决方法也是不相同的。

对于PoC系统而言，根据[2]的描述，我们可以知道，在初次建立会话时的延时，主要分成三部分。信令建立延时，RAB承载建立延时，SIP信令传输处理延时。

其中信令建立延时和RAB承载建立延时是最大的部分，但是由于PoC系统不更改标准的通话信令过程，如果PoC系统和UTRAN设备提供商不相同，那么所以这部分只能做一些配置参数的优化，可以缩短时延的手段是很有限的。第二种解决思路是在PoC用户注册的时候就保持RAB承载连接不释放，详细的一些配置方案可以参考[2]。这种方法缺点是由于承载不释放，用户注册的时候总要占用一定的无线资源，系统容量做不大，在系统部署初期可以采用这种办法。第三种方式是采用早期建立会话的方式，把一些媒体参数协商的交互放到注册过程中，这样实际通话时可以简化操作。如果和自动应答模式结合在一起，那么可以在端对端连接还未完成的时候，就提示用户可以开始说话，这样也减少了延时[3]。

SIP信令传输和处理延时是比较容易改进的地方，目前见到的很多工作也集中在这里，不过根据[2]的分析，这部分能够减少的系统延迟也是很有限的。

对于集群网而言，由于标准并不完善，这些系统可以改动的余地比较大。所以缩短时延的方法很多。首先从上一节可以看出，集群系统采用了比较紧凑的结构设计，这样很多接口变成了系统内部接口，可以加快系统的处理速度。其次对于集群网，呼叫过程一般都对无线接口的信令进行了简化，去除了很多不必要的信令交互过程，这样也提高了呼叫接续的过程。再次，集群系统使用的是真正的信道共享，同一个小区用户使用的承载是相同的，这样承载建立时间也就大大缩短了。

总的来说，集群网因为收到标准的限制少，设备都是专用的，所以可以改进的地方很多，可以采用一切办法来减少PTT呼叫时延。而PoC技术由于不能对现有系统设备进行改动，可以采用的手段有限。但是时延问题也是影响PTT业务服务质量的关键点。

4. 信道共享

无线通信系统核心的问题是资源管理的问题，尤其是无线资源的管理。

PoC其实是一种VoIP业务，它通过PoC服务器实现一种点到多点呼叫的业务。也就是说为了实现群组呼叫，实际上要为每个用户建立一条无线承载通道。而集群业务使用完全信道共享方式实现点到多点的呼叫，在同一个小区内，多个用户使用的是同一个无线承载通道。从无线资源的利用效率来说，集群网要比PoC方式有效的多。

PoC在TD-SCDMA网络上实现的时候，也可以在共享信道上进行承载[1]，但是这里的共享信道的概念其实是根据用户的情况，同一传输信道按照时间片划分给不同用户使用。如下图3所示，图中有三个用户U1，U2，U3，在同一个信道上的不同时间他们共享使用这条信道。例如U1可能是个PoC用户，U2是一个上网的业务，U3是另外一个PoC用户。

t U3 U1 U2

图3 TD-SCDMA的共享信道示意图

而集群网络的信道共享，对于PTT业务，上行业务信道也是用户分时共享的，和PoC类似。下行通道则是类似广播信道的方式，同一个小区内的多个用户都监听下行通道的数据，从而实现真正的共享。

正是因为共享信道处理方式的不同，所以集群网单基站的用户容量要比普通公众网要大的多。全共享信道的分配和使用是集群中的技术难点。

5. 功率控制

由于PoC业务实际上是为每个用户单独分配无线承载通道，因此功率控制相对会比较简单。根据文档[2]中的方案，PoC系统的无线承载可以在TD-SCDMA的共享信道上实现，这时候功率控制方法控根据情况有所不同。比如一种常见的配置方案是信令在专用信道DCH上承载，数据在共享信道USCH和DSCH上承载，这种方式下可以实现闭环功率控制。

对于集群通信系统，对同一个小区内的组呼仅分配一对上下行通道，这时候功控问题要比一般通信系统要复杂。上行信道因为任何时刻总是只有一个用户能使用，和相对容易处理一些，和PoC中共享信道处理方式类似。但是对于下行信道的功控问题，就比较困难，具体方法还有待进一步的研究。简单的处理方法是选择和广播信道一样进行全功率发射，但是这可能会带来很多其他问题。

功率控制问题是CDMA系统中较核心的问题之一，TD-SCDMA系统呼吸效应不明显，主要是码道受限的系统，这也是国有的GT800集群标准选择TD-SCDMA技术作为第二阶段实现的主要理由之一。这也体现了TD-SCDMA技术在实现集群系统上的优势。

6. 结束语

在本文中，我们对PTT业务在TD-SCDMA系统上的两种主要实现方式的差异进行了分析比较。虽然表面上看用户使用方式是相似的，但集群网和PoC方式有着自己不同的技术特点，市场定位也是完全不同的。目前无论是PoC还是集群网，国内都很重视它们的发展，CCSA也已经启动了相关标准化的工作。而TD-SCDMA作为我国提出的3G标准，在PTT业务的实现，无论是集群网方式还是PoC方式，都是大有可为的。希望通过本文的介绍，能够澄清一些容易混淆的概念，并起到抛砖引玉的作用。

7. 参考文献

[1] 张堂辉. TD-SCDMA应用共享信道承载PoC业务的研究.。TD峰会论文集，2005

[2] 张堂辉. TD-SCDMA网络实现PoC业务的关键技术分析。移动通信，2005.3

[3] OMA PoC Release 1.0，2005.3

发表于《当代通信》2005年11期

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