TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)在昆明軌道交通中的運(yùn)用

昆明地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司

摘要：軌道交通通信系統(tǒng)中，無線集群通信系統(tǒng)是一個(gè)重要組成部分。作為目前常用的數(shù)字集群通信技術(shù)，TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)提供無線通信服務(wù)。昆明軌道交通首期工程無線通信系統(tǒng)采用美國MOTOROLA公司的TETRA專用數(shù)字集群通信系統(tǒng)，在日常運(yùn)營(yíng)中，發(fā)揮著舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字集群；TETRA；軌道交通

基于TETRA 數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)建立的城市軌道交通無線通信系統(tǒng)是一個(gè)以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，集話音、數(shù)據(jù)為一體的無線通信系統(tǒng)，它是城市交通信息化建設(shè)的重要組成部分，可以保障交通部門對(duì)城市軌道交通進(jìn)行科學(xué)有效的指揮調(diào)度，充分發(fā)揮城市軌道交通的運(yùn)載潛力，解決城市交通堵塞日趨嚴(yán)峻的問題。

1 認(rèn)識(shí)TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)

集群通信誕生于20世紀(jì)70年代末，是一種智能化的無線通信信道管理技術(shù)。所謂“集 群”，在通信意義上，就是將有限的通信資源（無線電信道）自動(dòng)分配給大量用戶共同使用。集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動(dòng)選擇信道功能，它是共享資源、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的專業(yè)無線調(diào)度通信系統(tǒng)。集群移動(dòng)通信系統(tǒng)保持常規(guī)專業(yè)網(wǎng)的快速可靠的特點(diǎn)，采用信道共用技術(shù)和數(shù)字信令，顯著提高了頻率利用率，豐富了系統(tǒng)的各種功能，提高了無線通信調(diào)度網(wǎng)的使用效率。

TETRA即Terrestrial Trunked Radio（地面集群無線通信），是由歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）1990 年開始制定的一種多功能數(shù)字集群無線電標(biāo)準(zhǔn)，TETRA系統(tǒng)是一種非常靈活的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是兼容性好、開放性好、頻譜利用率高、保密功能強(qiáng)，是目前國際上制定得最周密、開放性好、技術(shù)最先進(jìn)、參與生產(chǎn)廠商最多的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。TETRA系統(tǒng)既支持話音通信、又支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于TETRA標(biāo)準(zhǔn)的開放性，及其在快速數(shù)據(jù)傳輸、集群通信等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它已成為世界性標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 TETRA標(biāo)準(zhǔn)

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）于1995年正式確定陸地集群無線電通信（TETRA）標(biāo)準(zhǔn)，1998年起全面推廣，歐盟聲稱在專業(yè)移動(dòng)通信（PMR）和公共接入移動(dòng)通信（PAMR）領(lǐng)域惟一支持TETRA標(biāo)準(zhǔn)。

TETRA是基于數(shù)字時(shí)分復(fù)用（TDMA）無線通信技術(shù)的系列標(biāo)準(zhǔn)，它包括一系列已定義的開放接口、呼叫服務(wù)和協(xié)議。它不僅為組織機(jī)構(gòu)提供了一對(duì)一、一對(duì)多（群）的卓越調(diào)度功能，還可以提供一對(duì)一全雙工數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話服務(wù)、短信息服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù)。TETRA對(duì)于那些正在為本企業(yè)或本組織機(jī)構(gòu)尋找創(chuàng)新與高度靈活的調(diào)度通信手段的用戶而言，無疑是一個(gè)理想的平臺(tái)。TETRA先進(jìn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也為無線通信網(wǎng)絡(luò)添加許多功能。TETRA比以往的集群通信系統(tǒng)可以提供更高的頻率利用率、高穩(wěn)定的系統(tǒng)覆蓋、綜合話音及數(shù)據(jù)通信、以及髙速數(shù)據(jù)傳輸。

TETRA是一個(gè)強(qiáng)大的多功能數(shù)字集群移動(dòng)通信系列標(biāo)準(zhǔn)，用戶和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者可利用 TETRA的豐富功能來滿足自己的需要。TETRA的通信業(yè)務(wù)包括話音、電路方式數(shù)據(jù)傳輸、短數(shù)據(jù)信息及分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TETRA標(biāo)準(zhǔn)還支持豐富的補(bǔ)充業(yè)務(wù)，其中許多補(bǔ)充業(yè)務(wù)是TETRA特有的。

1.2 TETRA技術(shù)特點(diǎn)

TETRA的主要優(yōu)點(diǎn)在于它可以在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸及電話服務(wù)，因此只需一套系統(tǒng)就可以滿足一個(gè)組織的多種無線通信需求。此外，TETRA作為一種數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，可以支持廣區(qū)通信覆蓋，話音淸晰，具有以下特點(diǎn)：

（1）能為行業(yè)應(yīng)用提供必要的帶寬，無須通過用戶接口即可同時(shí)發(fā)送或接收話音和數(shù)據(jù)。

（2）在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，TETRA系統(tǒng)允許最多使用4個(gè)時(shí)隙，可支持如慢速掃描視頻和數(shù)字圖形、圖像傳輸、電子郵件、高分辨率傳真、數(shù)字和文件發(fā)送等多種數(shù)據(jù)應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)的互連。

（3）可以動(dòng)態(tài)地分配帶寬，它允許一個(gè)通信鏈路最多容納4個(gè)時(shí)隙。

（4）在TETRA系統(tǒng)中每個(gè)基本時(shí)隙的通信能力為7.2kb/s，在25kHz帶寬內(nèi)，總體通信速率最髙可達(dá)28-8kb/s.只要總的通信量沒有超過最高限，任何一種應(yīng)用都可以在一個(gè)單獨(dú)的用戶機(jī)平臺(tái)上同時(shí)或單獨(dú)使用。

（5）TETRA系統(tǒng)在一個(gè)物理信道機(jī)內(nèi)可以容納4個(gè)時(shí)分信道，數(shù)據(jù)可以在不同的時(shí)隙中被接收和發(fā)送，從而大大提高無線電頻譜的利用率。

（6）TETRA系統(tǒng)支持對(duì)話音和數(shù)據(jù)加密，支持開放式信道信令，即允許來自多個(gè)設(shè)備制造商的不同產(chǎn)品使用同一個(gè)公共通信信道。

1.3 TETRA工作頻率

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)最早是為了滿足歐洲國家特別是“申根”組織的國家公共安全部門的無線指揮通信需要而設(shè)計(jì)的。為了實(shí)現(xiàn)TETRA網(wǎng)絡(luò)之間的漫游，特別是跨國家漫游，有關(guān)國家的無線電管理機(jī)構(gòu)必須為TETRA系統(tǒng)分配公共的頻譜。

TETRA標(biāo)準(zhǔn)本身并沒有限制TETRA體制的使用頻率，要想實(shí)現(xiàn)國家之間的漫游，統(tǒng)一的頻段是必要的條件。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來許多工作業(yè)務(wù)國際化，統(tǒng)一的頻率和自動(dòng)漫游會(huì)給跨境工作的用戶帶來很大的便利，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)有利于產(chǎn)品規(guī)?；档统杀?；統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)有利于促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，為用戶帶來好處。

我國的信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局已明確規(guī)定數(shù)字集群通信系統(tǒng)的工作頻段（包括TETRA 和iDEN）和模擬集群通信系統(tǒng)都使用如圖所示的頻段。

我國使用的806?821MHz和851?866MHz頻段，和800MHz模擬集群通信系統(tǒng)使用的頻段是一致的。

1.4 TETRA的控制功能

TETRA的特性之一是具有各種各樣的控制模式，它們反映各種不同的工作情況，如負(fù)荷重或負(fù)荷輕的基站、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量等。

基站覆蓋一個(gè)地理區(qū)域，支持覆蓋區(qū)域里的通信業(yè)務(wù)。信道的數(shù)量決定基站所能支持的業(yè)務(wù)能力。信道的一部分容量將用于傳輸控制信息，即控制信道。在一個(gè)基站上有兩種控制信道：公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）和專用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）。這兩種控制信道都可以稱為主控制信道（Main Control Channel，MCCH），它總是占用基站的第一個(gè)載波中的第一個(gè)時(shí)隙，如圖所示。

2.TETRA系統(tǒng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)

2.1 TETRA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

TETRA標(biāo)準(zhǔn)定義了一組TETRA網(wǎng)絡(luò)組成功能設(shè)備之間的接口。這就使得TETRA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，規(guī)?？纱罂尚。δ茉O(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受限制。

網(wǎng)絡(luò)的核心部分稱為交換和管理基礎(chǔ)設(shè)施（Switching and Management Infrastructure，SwMI）。在一個(gè)大型TETRA網(wǎng)絡(luò)中，SwMI由多個(gè)基站、傳輸鏈路、交換設(shè)備和數(shù)據(jù)庫等組成。在小型網(wǎng)絡(luò)中，它可能只有一個(gè)基站和通過一條鏈路連接的調(diào)度臺(tái)。SwMI還可以包括接入到其他通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)管理單元的接口。

TETRA用戶通過移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）或有線臺(tái)（Line Station，LS）接入網(wǎng)絡(luò)，理論上，移動(dòng)臺(tái)和有線臺(tái)可以有相同功能，但實(shí)際上，大多數(shù)用戶使用移動(dòng)臺(tái)，而有線臺(tái)只提供調(diào)度功能。此外，移動(dòng)臺(tái)可以支持直通工作方式，在這種操作方式下，移動(dòng)臺(tái)能與其他移動(dòng)臺(tái)互通，而不需要SwMI介入。網(wǎng)絡(luò)管理提供控制、配置、告警指示和收集有關(guān)TETRA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和單元運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)資料。

2.2 基站

基站由基站收發(fā)信機(jī)、基帶處理部分、控制器等組成。

基帶處理部分包括差錯(cuò)控制、邏輯信道到物理信道的映射、突發(fā)脈沖的成型等。PCM-ACELF話音編碼變換器既可以放在基站，也可以放在交換中心。由于基站負(fù)責(zé)處理包括控制信道在內(nèi)的所有載頻上的各個(gè)時(shí)隙，從而使得在基站上的基帶處理部分比較復(fù)雜?；具€要處理到達(dá)或來自移動(dòng)臺(tái)、交換機(jī)的信令，處理對(duì)收發(fā)信機(jī)進(jìn)行操作和維護(hù)的指令。此外，基站還包括合路器、濾波器、隔離器、接收信號(hào)分配器、雙工器、饋線和天線等單元。

2.3TETRA的無線參數(shù)

TETRA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小取決于基站和移動(dòng)臺(tái)位置以及其他多種因素。網(wǎng)絡(luò)對(duì)于手持臺(tái)和車載臺(tái)有不同的覆蓋范圍，和車載臺(tái)相比，手持臺(tái)一般發(fā)射功率較小、天線功率較低。

移動(dòng)無線環(huán)境下的無線電波傳播可用包括反射、繞射和散射的離散多徑等模型來描述。因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)是運(yùn)動(dòng)的，每一部分電磁波都有多普勒頻移，多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)的速度和入射角有關(guān)。到達(dá)的時(shí)延和多普勒頻移的部分波干擾接收機(jī)，引起被傳送信號(hào)的頻率和時(shí)間選擇性衰落。

在標(biāo)準(zhǔn)ETS 300 392-2中，規(guī)定了給定接收機(jī)輸入電平時(shí)，以誤碼率（BER）或消息刪除率（MER）表示的最小接收機(jī)性能，稱為參考靈敏度電平。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)（多徑衰落）環(huán)境下基站和移動(dòng)臺(tái)的參考靈敏度要求如表所示

設(shè)備類型靜態(tài)條件動(dòng)態(tài)條件噪聲系數(shù)

基站-115dBm-106dBm6.4dB

移動(dòng)臺(tái)-112dBm-103dBm9.4dB

3.TETRA在昆明軌道交通無線通信系統(tǒng)中的運(yùn)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，軌道交通已成為現(xiàn)代化城市理想的交通工具。在我國的人口商密集及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)較快的幾個(gè)大城市中，如北京、上海、廣州、天津、南京等地的軌道交通發(fā)展很快，建設(shè)城市軌道交通是解決大城市交通擁擠的一種有效擠施，昆明也已經(jīng)于2013年5月20日進(jìn)入地鐵時(shí)代。

3.1 昆明軌道交通首期工程概況

昆明市軌道交通首期工程由線網(wǎng)規(guī)劃中的2號(hào)線一期工程和1號(hào)線一期工程和二期工程組成，首期工程線路全長(zhǎng)41989.820m，其中高架段長(zhǎng)11501.480m，地下段長(zhǎng)29603.944m，路基307.396m，高架與地下過渡段長(zhǎng)577.000m。全線共設(shè)兩段一場(chǎng)：大梨園車輛段、嚴(yán)家山車輛段、五臘村停車場(chǎng)；其中，大梨園車輛段設(shè)臨時(shí)控制中心；全線設(shè)北部汽車站、龍頭街站、羊腸村站、司家營(yíng)站、霖雨橋站、北辰站、金星站、白云路站、火車北站、穿心鼓樓站、交三橋站、東風(fēng)廣場(chǎng)站、塘子巷站、環(huán)城南路站、昆明火車站、福德站、日新路站、巫家壩站、昌宏西路站、曉東村站、珥季路站、星耀路站、新亞洲體育城站、南部汽車站、斗南站、春融街站、駝峰街站、聯(lián)大街站、誼康南路站、大學(xué)城站、大學(xué)城南站，共31座車站；其中，地下車站25座，高架車站6座；平均站間距1375.430m，最大站間距為4526.710m（斗南站～春融街站），最小站間距為502.000m（交三橋站～東風(fēng)廣場(chǎng)站）。

3.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)是由多個(gè)TETRA基站形成的一個(gè)有線、無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，由移動(dòng)交換控制中心設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理設(shè)備、調(diào)度臺(tái)、TETRA基站/光纖直放站、列車車載臺(tái)、車站固定臺(tái)、移動(dòng)人員便攜臺(tái)、天饋系統(tǒng)（含功分器、耦合器、漏泄同軸電纜和天線）以及傳輸通道組成。

在臨時(shí)控制中心通信機(jī)房設(shè)TETRA移動(dòng)交換控制中心設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理設(shè)備，中央控制室行車調(diào)度、防災(zāi)、維修等調(diào)度值班員處設(shè)調(diào)度臺(tái)，車輛段設(shè)行車調(diào)度臺(tái)、運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度臺(tái)；沿線各車站和車輛段設(shè)置TETRA基站設(shè)備，各基站通過有線傳輸通道與控制中心的移動(dòng)交換控制中心設(shè)備相連，移動(dòng)人員配置便攜臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)以行車調(diào)度功能為主的包括環(huán)控、維修、車輛段/車場(chǎng)多個(gè)用戶群并存的鏈狀專用無線通信網(wǎng)。

昆明地鐵無線通信系統(tǒng)采用美國MOTOROLA公司的TETRA專用數(shù)字集群通信系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

3.3 系統(tǒng)功能

1、通話功能

（1）固定用戶與移動(dòng)用戶之間，以及移動(dòng)用戶之間具有通話呼叫功能，根據(jù)不同種類用戶的性質(zhì)、功能、可組成相互獨(dú)立的通話組；

（2）行車調(diào)度與列車司機(jī)之間的通信；

（3）在保證重要用戶通信的前提下，各無線用戶間通信采用自動(dòng)轉(zhuǎn)接方式通信。

2、呼叫功能

（1）固定用戶與移動(dòng)用戶之間，以及移動(dòng)用戶之間根據(jù)管理模式呼叫具備選呼、組呼、全呼、多方通話、緊急呼叫等呼叫連接方式；

（2）移動(dòng)用戶可使用移動(dòng)終端標(biāo)識(shí)碼及功能號(hào)進(jìn)行呼叫。

3、數(shù)據(jù)信息承載功能。無線系統(tǒng)的調(diào)度臺(tái)、車載臺(tái)、手持臺(tái)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力。

4、存儲(chǔ)功能、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能。

5、其他功能。

6、另外，該系統(tǒng)還提供對(duì)外接口，如與信號(hào)專業(yè)ATS接口、與列車廣播系統(tǒng)接口、與時(shí)鐘系統(tǒng)接口等，以提供其它一些必要的服務(wù)。

4.結(jié)束語

TETRA 作為目前世界上使用最為廣泛的數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)，憑借其專業(yè)數(shù)字集群的特點(diǎn)，在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的運(yùn)用具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。隨著TETRA系統(tǒng)的市場(chǎng)推廣和國產(chǎn)化工作的進(jìn)一步深入，它將在我國的城市軌道交通通信系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，在城市交通信息化建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭祖輝，鮑智良，經(jīng)明，鄭嵐，數(shù)宇集群移動(dòng)通信系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2002

[2]郭梯云，鄔國揚(yáng)，李建東，移動(dòng)通信.西安：西安電f科技大學(xué)出版社，2000

[3]郭梯云，楊家瑋，李建東，數(shù)字移動(dòng)通信.北京：人民郵電出版社，1995

[4]鄭祖輝，張炎欽等，集群移動(dòng)通信工程.北京：人民郵電出版社，1996