TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)在昆明軌道交通中的運用

昆明地鐵運營有限公司

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)為城市軌道交通運營提供無線通信服務(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)，在日常運營中，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)字集群移動通信系統(tǒng)建立的城市軌道交通無線通信系統(tǒng)是一個以信息網(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城市軌道交通進行科學(xué)有效的指揮調(diào)度，充分發(fā)揮城市軌道交通的運載潛力，解決城市交通堵塞日趨嚴(yán)峻的問題。

1 認識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）自動分配給大量用戶共同使用。集群移動通信系統(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)。集群移動通信系統(tǒng)保持常規(guī)專業(yè)網(wǎng)的快速可靠的特點，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（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)點是兼容性好、開放性好、頻譜利用率高、保密功能強，是目前國際上制定得最周密、開放性好、技術(shù)最先進、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特優(yōu)勢，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（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)移動通信（PMR）和公共接入移動通信（PAMR）領(lǐng)域惟一支持TETRA標(biāo)準(zhǔn)。

TETRA是基于數(shù)字時分復(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。它不僅為組織機構(gòu)提供了一對一、一對多（群）的卓越調(diào)度功能，還可以提供一對一全雙工數(shù)字蜂窩移動電話服務(wù)、短信息服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù)。TETRA對于那些正在為本企業(yè)或本組織機構(gòu)尋找創(chuàng)新與高度靈活的調(diào)度通信手段的用戶而言，無疑是一個理想的平臺。TETRA先進的數(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是一個強大的多功能數(shù)字集群移動通信系列標(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)還支持豐富的補充業(yè)務(wù)，其中許多補充業(yè)務(wù)是TETRA特有的。

1.2 TETRA技術(shù)特點

TETRA的主要優(yōu)點在于它可以在同一技術(shù)平臺上提供指揮調(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：

（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發(fā)送或接收話音和數(shù)據(jù)。

（2）在收發(fā)數(shù)據(jù)時，TETRA系統(tǒng)允許最多使用4個時隙，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，最終實現(xiàn)與因特網(wǎng)的互連。

（3）可以動態(tài)地分配帶寬，它允許一個通信鏈路最多容納4個時隙。

（4）在TETRA系統(tǒng)中每個基本時隙的通信能力為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)用都可以在一個單獨的用戶機平臺上同時或單獨使用。

（5）TETRA系統(tǒng)在一個物理信道機內(nèi)可以容納4個時分信道，數(shù)據(jù)可以在不同的時隙中被接收和發(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，即允許來自多個設(shè)備制造商的不同產(chǎn)品使用同一個公共通信信道。

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)計的。為了實現(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)一的頻率和自動漫游會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)模化，降低成本；統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)有利于促進競爭，促進技術(shù)進步，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，如負荷重或負荷輕的基站、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量等。

基站覆蓋一個地理區(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載波中的第一個時隙，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)簡單，規(guī)模可大可小，功能設(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）。在一個大型TETRA網(wǎng)絡(luò)中，SwMI由多個基站、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，它可能只有一個基站和通過一條鏈路連接的調(diào)度臺。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用戶通過移動臺（Mobile Station，MS）或有線臺（Line Station，LS）接入網(wǎng)絡(luò)，理論上，移動臺和有線臺可以有相同功能，但實際上，大多數(shù)用戶使用移動臺，而有線臺只提供調(diào)度功能。此外，移動臺可以支持直通工作方式，在這種操作方式下，移動臺能與其他移動臺互通，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)備和單元運行的統(tǒng)計資料。

2.2 基站

基站由基站收發(fā)信機、基帶處理部分、控制器等組成。

基帶處理部分包括差錯控制、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。由于基站負責(zé)處理包括控制信道在內(nèi)的所有載頻上的各個時隙，從而使得在基站上的基帶處理部分比較復(fù)雜。基站還要處理到達或來自移動臺、交換機的信令，處理對收發(fā)信機進行操作和維護的指令。此外，基站還包括合路器、濾波器、隔離器、接收信號分配器、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臺位置以及其他多種因素。網(wǎng)絡(luò)對于手持臺和車載臺有不同的覆蓋范圍，和車載臺相比，手持臺一般發(fā)射功率較小、天線功率較低。

移動無線環(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。因為移動臺是運動的，每一部分電磁波都有多普勒頻移，多普勒頻移與移動臺的速度和入射角有關(guān)。到達的時延和多普勒頻移的部分波干擾接收機，引起被傳送信號的頻率和時間選擇性衰落。

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

設(shè)備類型靜態(tài)條件動態(tài)條件噪聲系數(shù)

基站-115dBm-106dBm6.4dB

移動臺-112dBm-103dBm9.4dB

3.TETRA在昆明軌道交通無線通信系統(tǒng)中的運用

隨著經(jīng)濟的發(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)濟增長較快的幾個大城市中，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日進入地鐵時代。

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號線一期工程和1號線一期工程和二期工程組成，首期工程線路全長41989.820m，其中高架段長11501.480m，地下段長29603.944m，路基307.396m，高架與地下過渡段長577.000m。全線共設(shè)兩段一場：大梨園車輛段、嚴(yán)家山車輛段、五臘村停車場；其中，大梨園車輛段設(shè)臨時控制中心；全線設(shè)北部汽車站、龍頭街站、羊腸村站、司家營站、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)廣場站）。

3.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)是由多個TETRA基站形成的一個有線、無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，由移動交換控制中心設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)維護管理設(shè)備、調(diào)度臺、TETRA基站/光纖直放站、列車車載臺、車站固定臺、移動人員便攜臺、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。

在臨時控制中心通信機房設(shè)TETRA移動交換控制中心設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)維護管理設(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，車輛段設(shè)行車調(diào)度臺、運轉(zhuǎn)調(diào)度臺；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交換控制中心設(shè)備相連，移動人員配置便攜臺，構(gòu)成一個以行車調(diào)度功能為主的包括環(huán)控、維修、車輛段/車場多個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）固定用戶與移動用戶之間，以及移動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、可組成相互獨立的通話組；

（2）行車調(diào)度與列車司機之間的通信；

（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轉(zhuǎn)接方式通信。

2、呼叫功能

（1）固定用戶與移動用戶之間，以及移動用戶之間根據(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）移動用戶可使用移動終端標(biāo)識碼及功能號進行呼叫。

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

4、存儲功能、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能。

5、其他功能。

6、另外，該系統(tǒng)還提供對外接口，如與信號專業(yè)ATS接口、與列車廣播系統(tǒng)接口、與時鐘系統(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)字集群移動通信系統(tǒng)，憑借其專業(yè)數(shù)字集群的特點，在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的運用具有得天獨厚的優(yōu)勢。隨著TETRA系統(tǒng)的市場推廣和國產(chǎn)化工作的進一步深入，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。

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