摘要 文章介绍了某钢铁基地的无线网络覆盖方案，对其中采用的基于CDMA技术的QChat集群系统的特点、性能、应用及优势作了描述，阐述了该钢铁基地QChat集群系统的组网方案。使用QChat集群系统，钢铁基地无需进行网络建设，无维护成本。
关键词 QChat CDMA2000 无线集群 钢铁基地
1 某钢铁基地无线网络覆盖方案
对于某钢铁基地，中国电信通过“3G+WiFi”打造无缝覆盖宽带网络，包括：
(1)由CDMA2000网络提供3G移动通信服务；
(2)WiFi无线宽带提供高速上网服务；
(3)无线集群系统提供无线控制及指挥调度。
1.1天翼3G网络
天翼3G网络，除了提供语音服务外，还可提供上行1.8Mbps、下行3.1Mbps的高速联网服务，为公众移动通信、无线宽带上网、无线调度提供网络基础。天翼3G网络也可为固网提供无缝的网络路由备份，增强网络抗风险能力。
1.2WiFi网络
(1)建设目标(按需建设)
1)办公室、会议室等需要覆盖的场所；
2)为用户在这些场所通过宽带无线接入Internet及办公网提供灵活的技术手段。
(2)网络结构
WLAN是有线宽带网络的无线延伸，完成业务通道建立、用户权限控制、业务QoS保障等功能。AP设备处于WLAN网络的末端，可根据为用户分配公网或私网地址而选用桥接或路由模式。AP设备通过EPON、LAN、xDSL和Mesh等多种方式上连至城域网，在城域网上实现计费／认证和网络远程管理。
(3)技术特点及优点
在局部区域(如会议室)，采用WLAN网络覆盖，没有线缆限制。引入了OFDM(正交频分复用)调制方式，速率
可以达到54Mbps；目前最大速率达108Mbps，最终将达到320Mbps～600Mbps，明显优于其它运营商。
WLAN和CDMA网络互补共存，1X网络以话音接入为主，并承载部分中低速数据，提供与竞争对手相当的网络覆盖；1X增强型系统重点解决市区及重要交通干道的移动中高速数据业务需求；WLAN解决公共热点区域的半移动高速数据业务需求，使拥有C+W客户端的用户可以根据网络搜索结果选择最佳的接入。平均每用户单向吞吐量不低于200kbps的前提下，设备最少可支持20个用户同时工作，并可支持至少64个用户同时附着。
2 基于CDMA技术的QChat系统
2.1QChat集群系统特点
QChat系统由高通公司开发，并于2002年1月公开发布。QChat是一种基于3G分组域的PTT(Push-to-Talk)业务，其特点是半双工、高速呼叫建立、群组管理。用户通过按PTT键瞬间即可与其它QChat用户快速建立连接，实现个人与个人和个人与群体问的集群通信。全球最大的PTT业务运营商Sprint／Nextel，已经于2008年第一季度正式商用Qchat；全球最大的CDMA运营商Verizon，也正在进行QChat系统商用。中国电信积极致力于推动QChat系统商用化进程，完善QChat系统的业务和功能，并于2009年开始商用部署QChat系统。QChat集群系统特点如下：
(1)QChat系统属电信级集群系统，核心网独立设置，无线接入部分采用现有的电信3G网络，真正具有公网的跨区覆盖能力，使网络既有专网集群系统的独立处理能力，又能充分利用公网固有的基站布点提高信号的覆盖率，确保在厂区内实现无缝覆盖；
(2)电信级的独立核心网，完善的设备备份，基站传输系统采用环形保护，确保系统获得更大的可靠性、安全性。在附近电信某机房放置区域服务器，保证外网中断时基地内集群终端使用不受影响；
(3)采用CDMA技术确保系统完全满足容量需求，利用扩频通信技术提高系统的抗干扰能力，特别适合于厂区的内部应用；
(4)开放式空中接口，终端多厂家支持，通过定制的方式实现终端的防暴、防尘、防震、高音输出、GPS定位等。
2.2QChat集群系统性能
(1)接续时延和抢权时延
接续时延和抢权时延是集群业务最关键的两个技术指标，直接影响着用户的生产调度能力。QChat多播情况下的接续时延小于465ms，抢权时延小于298ms，相比其他专用集群业务性能指标优势明显，满足专业集群调度用户快速呼通的基本要求。
(2)大组呼叫
组内用户数目不受限制，满足大型调度、应急联动等专业集群调度的要求。
(3)集中性大组呼叫
“突发性集中大组呼叫”是专业集群应用的基本特点。QChat单载频同时支持7～21个大组呼叫，每组用户
数不受限，保证多个“大组呼叫”不会对网络造成冲击。
(4)覆盖稳定可靠性
采用电信级公网基站覆盖，优化系统容量，合理设置站间距，消除系统呼吸效应对覆盖的影响，确保覆盖信号稳定，使调度作业安全可靠。
(5)优先级控制
通过网络设置，实现群组用户语音接入优先级大于一般用户语音接入优先级，确保集群专网优先运行。
2.3QChat集群系统应用
(1)网间电话互联
与固话、其它移动终端用户互通，多个城市组呼互通。
(2)单呼
只允许一方讲话，另一方只能接听，当讲话者释放话权后，另一方可以申请话权。
(3)组呼
只允许一方讲话，其他群组成员只能接听，当讲话者释放话权后，所有群组成员可以申请话权。
(4)广播呼
只有发起者具有话权，其他用户只能接听。
(5)临时组呼
PTT用户选择多个用户组成临时群组，发起临时群组呼叫。系统将分配临时群组号码，并邀请其他成员参加该群组会话，当会话结束后系统自动删除该临时群组。
(6)动态重组
系统操作员或VPN操作员可对群组／群组成员进行增加、删除、修改操作。动态重组操作会向终端发送操作提示信息，群组的管理操作能对已建立的群组会话进行相应的变更。
(7)迟后接入
未开机、未进入服务网络的用户，可以选择迟后接入；用户主动放弃加入会话，也可以迟后接入会话中。
(8)VPN管理
通过共用网络基础设施组建虚拟专用网，各虚拟专用网在工作上独立，共享网络资源。虚拟网可单独进行调度控制和业务管理，提供短号、优先权(话权优先级设置0～7)、功能号码等等。
(9)一体化指挥中心
支持调度台组呼、群组短信、呼叫排队、强拆、强插、订阅状态等。
(10)合法监听
可以监听网络任一移动用户的通信内容，可以是组或者单个用户，被监听通信内容可以输出到移动台或者特定监听终端。
(11)环境监听
发送语音数据到监听终端。
(12)定位监控
人员定位、车辆定位、车辆分布信息在线更新。
2.4QChat集群优势
QChat集群优势有以下几点：
(1)2008年国外开始商用，采用独立的集群专用核心网，无线接入网采用现网的3G站点进行覆盖。系统具有公网的覆盖连续性、稳定性、可靠性，同时又具有比专业系统更优的商业应用。
(2)终端接入时延小于500ms，明显优于其它专业集群系统。
(3)CDMA在容量和覆盖方面都较GSM有很大优势，覆盖方面CDMA单基站覆盖能力约为GSM的2倍，容量方面CDMA约为GSM的6倍。扇区载频最大同时激活的多播群组数为21组。QChat系统多播采用信道共享方式，理论上每群组用户数无限制。
(4)在主机房放置区域服务器，保证外网中断时基地内集群终端使用不受影响，系统具有较强的防灾能力。
(5)美国高通等主流厂家技术参与，多厂家互连互通，终端种类繁多，国外厂商三星、三洋、LG、MOTO，国内厂商海信、酷派、创维都有支持QChat业务的终端，定制终端具备高音输出、GPS定位、防震等特点。包括华为终端公司在内的多家终端厂商，愿意为集群客户订制满足特殊需求的终端。
3 某钢铁基地无线集群调度系统
3.1无线集群需求
某钢铁基地集群系统的主要应用包括：生产管制、设备管制、能源管制、运输车辆调度、应急联动(防汛、防台、突发、救援等)无线调度通信。要求数字集群通信系统在厂区内实现室内外无缝覆盖，确保封闭厂房内部无线信号满足正常通话要求，并保证容量设计满足日常生产以及突发场景下集中性大组呼叫的通信要求。
某钢铁基地对于无线集群通信性能具体要求如下：
(1)为保障生产安全，呼叫建立时延要求小于1s，抢权时延小于500ms；
(2)保证公网系统用户变化不会影响集群系统的正常工作；
(3)鉴于厂区高温高噪音的恶劣环境，要求集群终端具备防爆、耐摔、高音量的特性，并且支持GPS定位；
(4)支持单呼与组呼功能；
(5)要求在厂房中安置调度中心，提供包括添加组呼成员、插播、抢权等呼叫及用户成员管理的功能；
(6)用户呼叫可以分优先级设置；
(7)预计总用户规模为12000门。
3.2QChat系统组网方案
(1)覆盖目标
在该钢铁基地工业园区内，有自备电厂、工作车间等劳动密集型厂房和原料场、码头等开阔型区域(人员的密集将产生高话务量)，是本次规划的重点覆盖对象。
(2)覆盖解决方案
由于是新开发的工业区，无线传播环境相对市区来说较简单。室外的信号覆盖，可根据实际需要灵活采取宏基站、分布式基站、射频拉远等站型结合组网的方式，还可有针对性地对某些关键建筑建设室内分布系统。
面覆盖方面，基地工业园一期的原料场、码头、工作车间厂房等高话务量区域，目前尚未建站，计划新增8个室外站点，考虑与其他运营商的共建。
点覆盖的建设。是落实整个网络建设目标的关键，也是网络可持续发展的原动力。由于工业区内的建筑大部分内部结构简单，应主要通过室外宏基站穿透覆盖方式完善室内信号的覆盖；对于少数“重要楼宇建筑”，则采用室内覆盖系统+信号源的解决方式。这里的“重要楼宇建筑”，应根据详细规划中建筑物的功能情况，结合话务需求预测情况、市场调研情况、室外基站的规划情况综合考虑选定。因此，室分系统的建设规模还需根据工业区后续规划方案的调整而调整。
(3)规划汇总
综上所述，本期工程计划新增8个室外基站和5套室分系统来解决某钢铁基地工业园一期的覆盖需求。新建基站方案如表1、2，基站规划方案图如图3：
(4)频率规划
CDMA网的工作频段为：825MHz～835MHz(基站收，移动台发)，870MHz～880MHz(基站发，移动台收)，共计10MHz频段。
CDMA系统沿用AMPS系统的频道号，频道号n与中心频率F(n)的关系为：
F(n)=825.00+0.030*n(移动台发、基站收)
F(n)=870.00+0.030*n(基站发、移动台收)
频道间隔为1.23MHz，双工收发频率间隔为45MHz。在10MHz频段内，CDMA系统有283号、242号、201号、160号、119号、78号和37号7个频道，均保持适当的保护带宽。
CDMA不需进行频率规划，各小区可以使用相同频道。根据规范，283频点为CDMA的基本频道，随着移动用户的增加和扩容的需要，可逐步从高段向低段扩展。
(5)网络容量规划
基地集群系统用户预计总规模为12000户，容量设计应满足日常生产以及突发场景下的集群通信。
QChat系统每扇载最大支持1321用户，厂方最大终端需求数为12000，即共需约9.1个扇区。本方案采用8个站点及外加RRU方式，站型配置全部采用S222 3G站点，可提供最少24个扇区，完全满足容量的覆盖。在无线调度方式下，QChat多播方式通常只使用前向资源的1／4，在边界覆盖307.2kbps时，扇区载频最大同时激活的多播群组数为7～21组。QChat多播采用信道共享方式，理论上每群组用户数无限制。考虑到端到端系统的处理能力，即时延要求，每群组最大用户数推荐为500，系统可支持集群终端总数为500(每群组最大用户数)*7(多播群组数)*3(3个扇区，站点)*8(站点数)=84000；考虑园区内覆盖交叠区，切换比例为40％，可支持群组最多60000个用户同时在线使用(即：设×为软切换率，x／(1－X)=0.4，算出x为4／14，支持群组最大用户数=84000*(1-4／14)=60000)。
厂区内5个3G基站配置可以完全满足12000个集群终端的需求。为保障基地集群终端不受公网话务影响，同时避免由于用户分布不均匀而产生的局部话务过高等问题，通过以下两种方案给予强有力的保障：
1)厂区内基站为QChat集群终端设定最高优先等级，避免公众网占用信道；
2)QChat资源预留1／2。该基站支持的QChat群组数和用户数是原来的2倍。
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