TETRA数字集群系统的技术特性和组网方法

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1、移动通信2003 年第 8 期 TETRA数字集群系统的技术特性和组网方法 TETRA数字集群系统的技术特性和组网方法 孙 昕 北方交通大学 孙 溪 吉林省通化市移动公司 【摘要】【摘要】本文首先介绍了 TETRA 数字集群系统的基本技术特性，然后说明了 TETRA 数字集群系统的组网方法，最后给出了条状网和面状网的组网方法的实例，为 TETRA 数字集群系统的工程设计提供参考。 1 引言引言 TETRA （TerrestriaI Truncked RAdio） 数字集群系统是一种高级专用移动通信系统， 是共享资源、分担费用、共用信道设备和服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。TETRA数字

2、集群系统将数字技术、集群技术和扩充的数据业务与传统的调度业务结合起来，具有数字通信系统数字系统的各种优点：频谱利用率高；信号抗衰落能力好；多种业务服务；保密性能好，为用户提供话音鉴权技术；网络管理和控制更加有效和灵活；采用数字处理技术使信道机与移动台价格较低廉，并且移动台重量轻，体积小，耗电少。TETRA数字集群系统广泛应用于制造业、能源、公安、安全、交通、水利、社会服务、教育、军队等各方面。 我国已经组建 TETRA 数字集群技术实验网，马克尼公司已经在四川成都组建技术实验网，诺基亚公司和摩托罗拉公司也在武汉与湖北全通电讯有限公司合作成功组建了技术实验网。铁道部已经在秦皇岛至沈阳段上使用 T

3、ETRA 数字集群系统作为无线传输手段解决列车调度与列车控制问题。水利部、上海公安系统以及地铁系统已经使用 TETRA 数字集群系统作为无线调度指挥的手段。 目前，北京市 TETRA 数字集群网和天津市 TETRA 数字集群正在安装和调试，铁通公司也正在准备在长春、沈阳和重庆建设 TETRA 数字集群网。组网方法则是 TETRA 数字集群网建设的关键环节组网方法对通信网络规划、保证工期、保证质量、节约投资、采用新技术，取得最好的经济效益等起着关键性的作用。 2 TETRA 数字集群的技术特性数字集群的技术特性 TETRA数字集群有三种工作方式：V+D（语音+数据） ；PDO（分组数据优化） ；

4、DMO（直通模式） 。在V+D工作方式中，系统提供一个能同时支持语音、数据和图像通信的多媒体业务。话音业务包括个呼、群呼和应急呼叫。数据业务包括短数据消息、状态消息、分组数据和电路交换数据，数移动通信2003 年第 8 期 据传输速率最高可达28.8kbit/s。PDO工作方式主要应用在信息和电子信箱、快速管理的调度、媒介信息、远端数据基本接入、计算机文件传输、视频和多媒体等方面。V+D和PDO两种技术规范是基于同一物理无线电平台 （相同的调制， 可以工作于相同的频率） ， 但在物理层不能实现互操作， 在ISO的第3层完全可以实现互操作。目前，PDO工作方式还没有开发。 TETRA 数字集群系

5、统的主要技术包括提高频率使用效率技术和扩大使用范围的网络技术。 前者包括多址技术、调制解调、抗干扰编解码等技术；后者包括信息交换、存贮、处理等技术。 TETRA 数字集群系统的工作频段为：上行为 806-821MHz（移动台发送，基站接收） ；下行为806-821MHz（移动台接收，基站发送） 。系统输入信号是数字脉冲串，而模拟集群输入信号为模拟信号。输入数字脉冲串经过编码、重排、交织和加扰等技术，使得 TETRA 数字集群系统具有强的抗干扰能力。 TETRA 数字集群系统的信道复用采用 TDMA 时分多址技术，每个载波由 4 个时隙组成，每个载波的总速率为 36kbit/s，最高传输速率为

6、28.8kbit/s。TETRA 数字集群系统使用/4-DQPSK 调制方式，这种调制方式是线性非恒包络方式，具有高的频谱利用率。单交换机工作时，呼叫建立时间为 300ms，多交换机工作时，呼叫建立时间为 500ms。 TETRA 数字集群系统的网络技术主要包括网络的移动性管理、越区切换、互操作性、以及与其它网络的接口等。 对于网络的移动性管理来说，当用户登记到归属蜂窝小区时，该蜂窝小区可以含有若干个基站也可以只有一个基站。用户在该蜂窝小区内能够自由移动并互相通信。 如果在一个通信连接中，当移动设备检测到无线传输条件有所退化时，它会检查相邻蜂窝小区链路的可用性，并请求重新分配一个信道，这时呼叫

7、不会丢失。TETRA 标准规定了一系列小区重选过程，用于越区切换过程。这些过程被称为“小区重选” ，因为会通知被服务和新蜂窝小区变更的情况。蜂窝小区重选的过程有以下 3 种，其速度由快至慢降序排列： 类型 1：移动台在决定离开它正服务小区之前知道新小区和该小区的业务信道分配； 类型 2：移动台在改变之前知道新小区，但预先不知道新小区的信道分配； 类型 3：移动台在改变之前不需要知道新小区。移动台仅告之旧小区它需要换区。 对于互操作性来说，所有蜂窝小区，包括网络都提供相同的业务，并且所有的无线终端都能够支持这些业务。每个用户在终端上都保存其配置文件，并定义了该用户被授权的业务。 系统与其它 TE

8、TRA 系统之间通过标准系统互连接口 ISI 互连， 因此无论用户在哪里都可得到全部服务。不同制造商的 TETRA 系统之间的互操作细节将会按照 ETSI 的 ISI 接口规范进行。系统可与 PSTN、PABX、PDN、ISDN 等互连。 移动通信2003 年第 8 期 对于网络安全性管理来说，防止通信系统被人窃用和窃密，是系统和用户都十分关心的问题。在 TETRA 数字集群系统中，为了防止窃用和窃密，采用了三种措施：即鉴权、空中接口加密和端对端加密。 系统周期性地对每个无线单元进行鉴权。鉴权的目的是核查该无线单元的合法性，决定是否允许其使用系统。鉴权需要使用鉴权密钥。如果一个无线单元试图盗用

9、合法用户的号码来进行通信，若其不知道鉴权密钥，则将鉴权失败，不能进入系统。鉴权密钥是秘密分派的。用户必须经过核查，并采用口令才能进入系统。调度台和网络管理与维护中心须经过核准才能接入系统数据。 空中接口加密是对无线链路上传送的话音、数据、用户身份码以及信令处理。对于个呼，采用单独分配给该无线单元的密钥进行加密。对于群呼，则采用群密钥进行加密。单密钥和群密钥均由系统产生和派送。系统将周期地更改密钥。 端对端加密是为对安全性有特殊要求的部门而设置的。在这种情况下，系统只提供端对端加密接口和透明通道。密钥的产生和管理均由用户自己实施，系统并不知道密钥。 TETRA 数字集群系统不仅具有普通调度功能，

10、还具有虚拟专用网功能；系统为群体用户提供专用调度台，利用与其它群体共享的网络基础设施组成虚拟专网，向用户提供一般专用网络所具有的功能，各虚拟专网之间在工作上相互独立，各虚拟网可单独调节运行参数，也可各自根据需要选择功能。 虚拟专用网(VPN)在构成上与实在的网络不同， 它是建立在实际集群网络基础上的一种功能性网络；但对用户来说，在功能上则相当于实在的专用网络，能向用户提供传统专业网的功能。集群系统能为不同集体用户提供各项所需的优良服务，使公众网的公共性和专业网的独立性比较好地得到协调解决，使每个原拟单独建网的部门都从该集群系统的虚拟专用网中感到一样方便，一样安全可靠。 3 组网方法组网方法 T

11、ETRA 数字集群组网方法一般包括人工网络规划方法和计算机网络规划方法。 目前广泛使用的是计算机网络规划方法。TETRA 数字集群网络规划设计的主要内容如下： （1）建立规划区（需要服务的区域）的电子地图（地形地貌数据库） 确定某一地区要开展移动通信业务的地区电子地图，在计算机内，这种电子地图上必须有这一地区的地形（山、河流、隧道、村庄、湖泊等）和地貌（高楼、街道及其走向、开阔地等）的数据，此电子地图是必不可少的。 移动通信2003 年第 8 期 （2）场强预测 场强预测是整个网络规划设计工作的关键。在电子地图的基础上，人工输入某一基站的位置后，可以按照系统的要求（大区制、中区制或小区制）采用

12、相应的场强预测模型，则可以在屏幕上得到场强值和场强分布图。目前，场强预测模型主要有平面大地模型、Bullington 模型（BM） 、Egli 模型、Okumura（奥村）模型、CCIR 模型、CAM 模型、AP(Allsebrooke Parsons)模型、Malaga 模型、LR模型等，其中 Okumura（奥村）模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于 UHF 和 VHF 频段，是较通用的预测模型。我们使用的场强预测模型是通过实际场强测试对上述场强预测模型进行修正的模型。通过场强分布值和场强分布图，可以进行小区边界确定、频率规划和话音质量预测工作。 （3）频率规划 利用人工规划方法进行频

13、率规划时，采用分区分组或等频距的方法，这种方法较落后。计算机软件规划方法则利用计算机高速计算能力，使用本蜂窝小区的基站发送信号在相邻小区产生的场强分布值，以同频干扰比 C/Ic=19dB 为准选择最佳的频率组合，这种方法是目前使用的方法。 （4）话音接收质量预测 在场强预测工作已经完成的基础上，获得载波信号的大小，然后对某接收点的环境估计干扰大小就可以得到 C/I 值。接着可以以 MOS 来预测某接收点的接收质量。 （5）系统容量预测 根据系统用户话务量密度分布情况和初步确定的基站所覆盖的范围，预测每个基站所配置的载波数能否满足用户的容量，以及基站的覆盖是否合理。 （6）基站位置的最优选择和基

14、站数量最小化 根据系统的要求，最后对基站的位置、天线的高度、发射功率等作出调整，以实现系统基站位置最佳，基站个数最小。 4 条状网的组网方法条状网的组网方法 条状网是指用户的分布呈条状或带状的网络，例如：河流、铁路、公路、狭长城市等。 4.1 话务量模型和小区容量话务量模型和小区容量 目前，条状网的 TETRA 数字集群调度系统主要用于城市轨道交通中。通过天津轻轨 TETRA 数字集群调度系统，说明条状网的 TETRA 数字集群调度系统组网方法。TETRA 数字集群系统每对载波能容纳 4 个信道(时隙)，其中 1 个信道为控制信道，假设数据传输占 30%，语音传输占 70%，其移动通信2003

15、 年第 8 期 中行车调度指挥语音传输占 50%。呼损率为 10%，系统忙时话务量为： 36001CTKa = 其中：C 为每个用户每天平均呼叫次数；T 为每次呼叫平均占用信道的时间（秒/次） ；K 为忙时集中系数。 当进行数据传输时，C=3 次，T=120 秒/次，K=10%，则忙时话务量为 0.01Erl/户；当进行行车调度语音传输时，最终共计 19 个车站，每次离开车站时通话 1 次，每次运行全程大约 1 小时，一天有 16 个小时列车运行，T=5 秒/次，K=10%，则忙时话务量为 0.0422Erl/户；当进行其它调度语音传输时， C=20 次， T=15 秒/次， K=10%， 则

16、忙时话务量为 0.0083Erl/户。 系统总忙时话务量为 0.02576Erl/户。因此，在不同载波情况下，利用爱尔兰公式可以得到用户数为： 载波数 信道数 系统话务量 最大用户数 1 3 1.271 49 2 7 4.666 181 3 11 8.487 329 根据上表，如果基站采用一对载波，基站可以容纳话音通信的最大用户数为 49；如果基站采用二对载波，基站可以容纳话音通信的最大用户数为 181，基站可以容纳的话音通信的最大用户数为329。 4.2 系统频率配置系统频率配置 对于带状服务区来说，若系统使用无方向性的收发天线，在某一点处的同频干扰比为： ) 1(1)(100=RmrrD mIC其中： C/I 为同频干扰比，TETRA 数字集群系统的标准规定同频干扰比为 C/I=19dB； D 为同频复用距离； R0 为小区覆盖半径；为路径损耗指数，与覆盖半径有关，当覆盖半径为 4 公里时，=4；m 为干扰源总数（使用同一频率的基站数目） ，设 m，R为同频复用比。利用上式可以计算出 D/r06，两个同