TD-LTE與TETRA在軌道交通行業的對比分析

岳曉東

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編者按 近幾年，TD-LTE，LTE-U，LTE-M等4G主流技術得到了廣泛應用，為城市軌道交通工程安全運營做出了重要貢獻，各地也積累了很多經驗，并在此基礎上開始思考向5G技術平滑過渡方案，本期《熱點研討》選登了5篇相關論文供讀者參考，期望無線傳輸新技術在軌道交通中發揮更大的作用。

TD-LTE與TETRA在軌道交通行業的對比分析

岳曉東

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100044）

從數字集群通信建設情況切入，選取國內在軌道交通廣泛應用的窄帶數字集群通信系統（TETRA體制）和寬帶數字集群通信系統（TD-LTE技術），對兩種方式的系統特性、建設應用情況進行歸納總結，并結合軌道交通行業現狀和業務需求，詳細對比兩者技術參數和支持業務的能力。對寬帶數字集群通信系統在國內軌道交通的發展現狀做出分析總結，展望寬帶數字集群通信系統在國內外的發展前景，為軌道交通無線通信的發展提供參考。

軌道交通；集群系統；陸上集群無線電（TETRA）；長期演進

1 集群通信的現狀

集群通信系統又稱集群調度系統，簡稱集群系統（trunking system），是為了滿足行業指揮調度需求而開發的，面向行業應用的專用無線通信系統。由于集群通信系統主要側重于指揮調度通信，其應用可遍及公共安全、交通運輸、公共事業等領域，尤其可以在應對突發事件和自然災害的過程中發揮優勢。

與公眾移動通信系統類似，集群通信系統也經歷了從第一代模擬集群通信系統，到第二代窄帶數字集群通信系統的發展歷程。第二代窄帶數字集群通信系統是當前國際、國內市場上應用最廣泛的集群通信系統，其代表有：歐洲電信標準協會（ETSI）的陸上集群無線電TETRA（terrestrial trunked radio）系統、美國Motorola的綜合數字增強網絡iDEN（integrated digital enhanced networks）系統、瑞典的增強性數字接入通信系統EDACS（enhanced digital access communications system）、基于碼分多址技術CDMA（code division multiple access）的開放式集群架構GoTa系統[1]和基于全球移動通信系統GSM（global system for mobile communications）的GT800系統。

2 數字集群介紹

2.1 窄帶數字集群

數字集群調度系統存在若干種標準和體制。經過詳細的對比研究，我國于21世紀初選定TETRA和iDEN兩個標準作為我國數字集群通信系統行業推薦性的標準。其中TETRA標準由歐洲電信標準協會（ETSI）開發，是一個空中接口信令開放的系統，面向專用調度和共用集群通信網，在我國應用最為廣泛。

2.1.1 TETRA典型特征

TETRA是基于傳統大區制調度通信系統的數字化形成的一個專用移動通信無線電標準。它大量借鑒了GSM的概念，采用TDMA多址方式和類似的邏輯信道。TETRA基于TDMA方式，在25 K帶寬內時分4個信道，調制方式p/4-DQPSK，也支持連續蜂窩的廣域覆蓋。TETRA系統在指揮調度方面考慮的比較多，可完成話音、電路數據、短數據消息、分組數據業務的通信及以上業務的直通模式，并可支持多種附加業務。在大區制條件下最大覆蓋半徑為56 km。

2.1.2 TETRA建設應用情況

國外主要有英國（3 500個基站、20萬用戶）、德國（4 000個基站）、芬蘭（1 200個基站、2.6萬用戶）等國家建設了全國性數字集群通信網，比利時、韓國、挪威也在全國主要城市建設了TETRA數字集群通信網。

我國的北京（350個基站、5萬用戶）、廣州（179個基站、4萬用戶）、上海（159個基站、4.5萬用戶）、深圳（82個基站、3萬用戶）、山東（163個基站，1.3萬用戶）、山西（42個基站、3 800個用戶）等地也分別建有TETRA數字集群通信網。截至2014年，全國共有29個地市城市建設了TETRA網（表1為部分建設情況），并通過2008年北京奧運會、2009年濟南全運會、2010年上海世博會、廣州亞運會和2011深圳大運會等大型安保活動的實際應用，充分驗證了其系統的可靠性和穩定性。

表1 TETRA建設情況

2.2 寬帶數字集群

當前基于窄帶數字集群由于技術成熟、建網及維護成本低、簡單易用等優勢，在集群通信市場仍然會有一定的生命周期。隨著云計算、物聯網、大數據等新興應用，集群通信對于通信過程中“全面掌控、現場可見”的需求日益激增，以語音為主的窄帶集群系統，因對視頻、圖片等的傳輸能力不足，面臨的系統性能與業務需求、技術發展趨勢及市場應用成熟度等多方面的壓力日益激增。數字集群技術發展跟隨通信技術飛速更新換代，也實現“跨越式”發展，逐漸趨向數據寬帶化、應用多樣化、架構全IP化、終端多模化等方向；寬帶數字集群技術替代窄帶通信技術成為了一種發展必然。寬帶數字集群技術基于不同的寬帶無線通信技術實現，可通過一張網絡來實現承載語音、高速數據、視頻業務，并可將專業通信系統與內部管理系統進行無縫集成。隨著LTE技術的逐步成熟并應用于專網通信領域，數字集群通信行業技術應用也“跳躍3G直奔4G”，基于LTE的寬帶集群系統成為數字集群的演進主流方向[2]。

2.2.1 TD-LTE典型特征

TD-LTE（time division long term evolution）是移動通信主流標準之一，是移動通信與寬帶無線接入融合的典范，基于TD-LTE的寬帶集群通信系統不僅可以繼承TD-LTE系統高速率、大帶寬等諸多優點，滿足現代集群通信網絡在容量、帶寬、傳輸速率和頻譜利用率等方面的需求，同時系統具有很好的擴展性，可以和其他現有的網絡互連互通；可滿足當前及未來一段時間內行業發展需求[3]。2014年我國成立了寬帶集群B-TrunC產業聯盟，以推動寬帶集群的產業化和國際化，基于B-TrunC標準的寬帶集群已經成為產業發展的共識。2015年我國制定了基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群通信標準，也為寬帶集群通信產業發展奠定了技術基礎。TD-LTE的寬帶集群通信系統在系統研發的自主性方面具有其他寬帶通信技術不可比擬的優勢。TD-LTE產業鏈的規模發展，將大大降低TD-LTE用于寬帶數字集群系統的成本。同時TD-LTE后續演進路線清晰，作為寬帶數字集群技術，可持續為行業發展提供完善的業務能力[4]。

2.2.2 TD-LTE建設應用情況

1）軌道交通行業。溫州S1線、廣州21號線正在建設基于TD-LTE的寬帶數字集群系統。

2）其他行業。目前，遵循B-TrunC標準的產品已經部署于北京政務網、南京政務網、天津政務網、上海政務網、加納國家安全網等多個實踐案例中。2014年8月南京青奧會期間，LTE無線寬帶政務專網成功地為青奧會提供了PPDR通信服務，讓青奧會更綠色、更平安、更高效、更智慧，這也是遵循B-TrunC標準的4G LTE寬帶多媒體數字集群在國際重大賽事中的首次應用，并得到南京市政府相關部門的高度認可[5]。上海虹橋和浦東機場、海南三亞機場、河南新鄭機場、廣西南寧機場陸續采用基于B-TrunC標準的LTE寬帶集群專網建設其新一代寬帶無線網絡，進行機坪移動作業管理應用[6]。

3 軌道交通行業現狀及需求特點

集群系統的主要業務大致可分成兩個部分，即語音業務和數據業務。

語音業務的基本業務包括組呼、單呼、廣播呼叫、緊急呼叫、優先呼叫等。基于集群調度的語音特色業務有全雙工通信、電話互聯呼叫、遇忙排隊、遲后進入、動態重組、遠程監控、話語權申請排隊、呼叫專業等待保持、強插強拆、監聽、限時通話、故障弱化、遙斃復活、直通模式等。

數據業務包括終端速率、狀態信息、數據定位、短數據消息、數據調度、移動辦公、視頻回傳、視頻對講、同時發生語音和數據、同時發生語音和視頻等。

目前，集群通信主要是為地鐵運營的固定用戶（控制中心、車輛段/停車場調度員、車站值班員等）和移動用戶（列車司機、防災人員、維修人員）之間的語音和數據信息交換提供可靠的通信手段；同時，在地鐵運營出現異常情況和有線通信出現故障時，亦能迅速提供防災救援和事故處理等指揮所需要的通信手段[7]。

具體功能包含：

1）通話功能：系統具備全雙工、半雙工、單工等各種通話方式，實現移動用戶之間、移動用戶和固定用戶、移動用戶與調度臺之間的通話。2）呼叫功能：單呼、組呼、廣播組呼叫和全呼功能以及普通呼叫、緊急呼叫功能。3）數據傳送功能：系統數據承載業務包括狀態數據、短數據業務和分組數據業務。4）輔助業務功能：遠端調度臺的接入，中心調度員的監聽及自動錄音，空中接口加密、端到端加密，虛擬專網，故障弱化等。

隨著軌道交通對視頻（流媒體）接入需求的高速增長，對信道數據傳輸能力的功能需求會日益緊迫，例如控制中心調度員、車站值班員、維修人員需要快速接收和下發、處理故障現場的圖片與視頻，這樣就能夠快速地進行處理，啟動應急預案，更加有效地指揮行車[8]。

4 技術比選

4.1 技術參數對比

不同的集群系統參數有區別，表2主要是從通信制式、信道帶寬、使用頻段、支持群組數上進行對比[9]。

表2 TETRA與TD-LTE參數對比

4.2 支持業務對比

語音業務能力對比情況分析見表3，數據業務能力對比見表4，技術發展優勢對比見表5。

表3 TETRA與TD-LTE語音業務能力對比

表4 TETRA與TD-LTE數據業務能力對比

表5 TETRA與TD-LTE發展優勢對比

從表3～表5可以看出，TETRA可以很好地支持語音業務，TD-LTE寬帶集群完全支持各種語音業務，通過對數據業務的對比，可以發現TETRA對視頻業務無線進行數據承載，而TD-LTE寬帶集群對普通數據業務和視頻業務都能夠很好地進行承載[10]。

5 結論

綜上所述，并結合全國數字集群的建設和使用情況，可以分析得出，TETRA系統相對比較成熟，其實現的各項功能比較豐富全面，特別是在軌道交通行業多年的運行經驗；基于TD-LTE的寬帶數字集群技術在其他行業有較多的運營，在軌道交通行業還處于起步階段，但是其能夠貼合軌道交通行業的新增需求，想必隨著技術規范的制定、標準化工作的深入、TD-LTE產品的不斷豐富，二次開發功能不斷完善，可以預見，基于TD-LTE的寬帶數字集群通信系統將成為未來城市軌道交通無線通信系統的主流解決方案。

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[3] 夏景輝, 孫寰宇. TD-LTE車-地無線寬帶集群解決方案[J]. 現代城市軌道交通, 2013(6): 16-20.XIA Jinghui, SUN Huanyu. Solutions for TD-LTE train- ground wireless broadband cluster[J]. Modern urban transit,2013(6): 16-20.

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[9] 陶宇龍, 賈萍, 趙東霞. 寬帶數字集群在城市軌道交通中的應用[J]. 都市快軌交通, 2014, 36(6): 1-3.TAO Yulong, JIA Ping, ZHAO Dongxia. Application of broadband digital trunked communication in urban rail transit[J]. Urban rapid rail transit, 2014, 36(6): 1-3.

[10] 張承健. 談LTE技術在城市軌道交通車地無線通信系統中的應用[J]. 城市建設理論研究: 電子版, 2015(20).

（編輯：曹雪明）

Comparative analysis of TD-LTE and TETRA Digital Trunking Systems in the Rail Transportation Industry

YUE Xiaodong

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100044)

From the perspective of the construction of digitally-trunked communication, this paper aims to analyze the application and system performance of TETRA and TD-LTE, the two most popular systems that are widely used in the domestic rail transit industry. In addition, the paper shows the comparison of the technical parameters and business supportive capabilities of the two skills concerning current demand within the rail transit industry. Finally, the paper predicts the worldwide prospect of the development of TETRA and TD-LTE, which is particularly instructive to the future of rail transit wireless communication.

railtransit; trunking system; TETRA; LTE

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.001

U231.1

A

1672-6073(2018)05-0001-04

2017-12-08

2018-05-06

岳曉東，男，碩士研究生，從事軌道交通通信系統設計，xd_85@163.com