TETRA數字集群通信系統在露天礦山的應用

郭文馨

摘 要：該文介紹了TETRA數字集群通信系統的概念及在準能集團公司兩個露天礦山的應用。通過現有基站運行現狀和用戶需求分析，結合兩個露天礦預選位置的信號強度測試和需求用戶容量計算，提出了符合準能集團公司露天礦山實際的TETRA數字集群通信系統技術方案，實現更豐富的調度手段以提高露天礦山生產的效率和準確性，以推動和加強生產調度指揮工作。

關鍵詞：TETRA 數字集群通信系統 信號強度 用戶容量 調度指揮

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0026-02

隨著數字化礦山的高速發展，礦山調度指揮工作日益繁重，對無線通信調度指揮提出更高的要求。而現有的單站集群模式逐漸顯露出種種不足，解決這一矛盾的有效辦法就是網絡化。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio—陸上集群無線電）數字集群通信系統是基于數字時分多址技術的專業移動通信系統。該系統具有信令標準公開、頻譜利用率高、抗干擾能力強、易于擴容等優點，并可在同一技術平臺上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，它不僅提供多群組的調度功能，而且還可以提供短數據信息服務、分組數據服務以及數字化的全雙工移動電話服務，適應于未來技術的發展。

1 準能集團公司兩個露天礦無線基站的運行現狀

神華準能集團有限責任公司黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦生產指揮調度的800兆無線基站使用的是Motorola四載頻基站，為單站集群模式運行。隨著露天礦采坑區的移動變化，如黑岱溝露天礦坑已經遠離基站達4km以上，礦坑內無線信號衰耗增加，出現掉線和無法呼出現象，哈爾烏素露天礦同樣存在這種現象。多年來兩礦一直采用直放站補盲方式，但此方法存在同頻干擾、信號漂移等現象，造成部分用戶終端無法正常使用。

2 準能集團公司兩個露天礦TETRA系統的需求分析

在黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天空礦坑口附近分別新建一套基站，改善礦坑信號覆蓋較弱區域的通訊狀況。通過中心交換實現兩礦四基站信號聯網，當其中一個基站信號覆蓋較弱時，可利用其他基站信號網絡進行交換呼叫，實現信號全覆蓋。

3 準能集團公司兩個露天礦的信號強度測試和用戶容量計算

3.1 信號強度測試

MTS4測試基站架設在預選站點，天饋安裝好。車輛攜帶測試設備進入測試區域行進測量。將筆記本電腦與MTP850手臺通過專用串口線連接好，將手臺的天線擰下，把手臺連接到車載臺天線上。通過多次改變MST4測試基站的安裝位置并測試信號強度，最終確定新建基站的安裝位置，通過測試數據可以看出架設坑口基站，礦坑內信號覆蓋達到-85dbm以內，完全滿足用戶呼叫的需要。

3.2 系統用戶容量計算

TETRA系統所能支持的無線用戶數主要取決于下面三個參數：每個站可用的業務信道數量、話務量數據、所呼損率 （GoS）、語音服務質量（Qos）。在TETRA系統中，每個收發信機能支持4個邏輯信道，3載頻基站共有1個控制信道，11個業務信道。

根據話務量參照模型：業務類型話音業務占90%，電話和單呼占5%，數據業務占5%，用戶忙時話務量0.012Erl，無線呼損率5%，通過愛爾蘭公式和愛爾蘭呼損B表可以計算出，當呼叫延遲概率為5%時，單基站話務量為7.08 Erl的話務量，4個三載頻固定基站TETRA系統能夠提供28.32 Erl的話務量。在每用戶的忙時話務量為0.012 Erl的前提下，數字集群系統（4個固定基站）的用戶容量為：28.32/0.012=2360用戶，每個基站的用戶容量約為590，由此可知設計方案完全滿足用戶呼叫的需要。

4 準能集團公司兩個露天礦TETRA數字集群通信系統技術方案

根據對兩礦現場勘察和分析表明，要明顯改善礦坑信號覆蓋較弱區域，需增加一套中心交換設備和兩套坑口基站。結合實際電測報告數據選取了黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦坑口位置的兩個點作為實際基站位置。在黑岱溝露天礦坑口，建設一座50 m固定鐵塔、建造一間集裝箱式機房，采用E1協議與中心進行信號網絡交換。在哈爾烏素露天礦坑口，利用原有卡調系統30 m塔架設天饋線系統、建造一間集裝箱式機房，采用E1協議與中心進行信號網絡交換。通過中心交換實現兩礦四基站信號聯網，當其中一個基站信號覆蓋較弱時，可利用其他基站信號進行交換呼叫，不同基站間用戶呼叫延時應小于500 ms。當個別區域需要采用直放站補盲時，可采用選頻直放站，能夠避免直放站之間的同頻干擾，同時實現統一管理、自動漫游等功能。

TETRA數字集群通信系統的形成將準能公司整體無線系統構成一個一中心四基站的星形拓撲結構的網絡，中心配備網絡管理器，可以對網內用戶、網絡設備、遠端基站進行統一管理，功能上實現自動漫游。當基站與中心交換機的傳輸發生故障時，基站可以進入單站集群功能，終端可以在本站信號覆蓋區域內執行基本功能，不會使系統處于完全癱瘓狀態。

系統各基站聯網采用雙鏈路連接方式：第一鏈路（主用）架設2條GYTA-24B1通信光纜，結合現有的光纜線路將黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦基站，與中心交換機連接形成一套數字集群廣域網。第二鏈路（備用）采用一套無線網橋方式，當光纖鏈路中斷時可自動啟動實現無損切換，保證800M數字廣域集群系統正常運行。聯網雙鏈路的連接方式使得系統更加穩定。

方案中交換控制中心（MSO）與基站（MTS4）采用星形拓撲結構連接，即每個基站通過E1與TETRA交換機直接連接。這種連接方式簡單、可靠。一條基站鏈路的斷開不會影響其他基站的正常運行。

考慮到露天礦山的高速發展和未來調度系統的用戶增長，該技術方案中的TETRA數字集群通信系統可以平滑升級，交換控制中心MSO最大可支持25個基站，共75個載頻，MTS4型基站可以支持8個載頻。最大限度的保護了投資，同時星形拓撲又是比較經濟實用的，將來隨著基站的增加，拓撲結構擴容和更改也十分方便。

5 TETRA數字集群通信系統的可靠性設計

該技術方案采用了可靠性設計。無論是MSO交換機還是基站都采取了多種策略保證系統的可靠運行。能夠提供連續、不間斷、有效暢通的通信保障。

（1）MSO交換中心主要設備和基站MTBF值（平均故障間隔時間）最小為38 515h，網管、調度臺和用戶臺MTBF值最小為46 000h，完全能夠滿足各個生產調度對可靠性的要求。

（2）MSO交換機關鍵部件采用1+1熱備份配置，相關網元設備采用冗余熱備份，由此調度指揮業務獲得最高級別的可靠性。當主設備檢測到故障時，會觸發自動切換。即使是在滿負荷工作的情況下，切換過程也僅有十幾秒。特別是節點控制器的冗余設計不僅針對故障，同時允許系統在不間斷工作的情況下進行軟件升級，這樣就減少了計劃的和非計劃的中斷時間。

（3）系統設備采用標準化和模塊化的元器件，同類型的設備基本模塊是相同的，具有互換性，極大地增強了設備的可靠性和可擴展性。

（4）系統可對用戶數據、系統數據、各類參數及配置進行備份，當發生數據丟失時能用備份數據進行數據恢復?；九渲密浖ESS可以將基站數據、參數和其他配置存為一個文件，存儲在系統管理平臺上，一旦基站發生故障，可以利用這些備份數據進行恢復。

（5）系統同其他通信系統及計算機網絡進行互聯應用時是通過邊界路由器進行安全隔離的。這樣保證了其他網絡或系統不會影響本系統的正常運行。外界網絡是無法訪問和攻擊系統的網元設備和數據庫。

6 TETRA數字集群通信系統的功能

TETRA數字集群系統具有豐富的功能，可滿足準能集團露天礦山生產部門各種調度指揮的要求。系統可實現的主要功能分為基本功能、擴展功能、單站集群功能等幾個大類。

（1）基本功能包括組呼，單呼（私密呼叫），緊急呼叫，通播組呼叫，直通模式（DMO）。

（2）擴展功能包括優先呼叫，自動重發，遲后加入，預占優先呼叫，區域選擇，限時通話，呼叫顯示，呼叫提示，講話方識別顯示，縮位尋址，呼叫限制，電話互聯限制，二次撥號，發射關閉，超出服務區指示，動態重組等。

（3）單站集群功能，系統基站能在中心站故障或通信鏈路中斷時自動進入單站集群狀態，基站用戶仍能進行單基站內的組呼，且通話組狀態和編組不發生變化；當故障排除后，系統自動恢復到正常運行狀態，且用戶的通信功能不受到任何影響。整個切換控制過程都由基站控制器自動完成，無需人工干預。單站集群功能主要包括：基站入網登記、基站信道動態分配、控制信道備份、組呼、緊急呼叫、遇忙排隊、回叫遲后、加入新近用戶優先、講話方號碼顯示、單站集群提示等。

7 結語

當前，準能集團兩個露天礦處于生產的高峰期，產量逐年增長，準能集團公司TETRA數字集群通信系統安裝完成后，形成一套完整的TETRA數字集群通信系統，它不僅能夠為日常生產提供更加穩定、可靠、精準的調度指揮模式，還提高了工作效率，更加確保了日常生產的安全性。今后TETRA數字集群通信系統將在露天礦生產中發揮更重要的作用。

參考文獻

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