基于數(shù)字集群異系統(tǒng)的互聯(lián)互通設計

張成斌 康志杰

摘要：軌道交通領域專用無線通信系統(tǒng)的建設多采用TETRA數(shù)字集群無線通信系統(tǒng)承載，但是各TETRA系統(tǒng)廠家之間互聯(lián)互通方面并沒有開放接口，嚴重制約了地鐵網絡化運營的發(fā)展。設計了一種新型的異系統(tǒng)互聯(lián)互通的網關設備，實現(xiàn)了不同品牌TETRA無線通信系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，重點闡述了互聯(lián)網關的系統(tǒng)架構、設計實現(xiàn)方案；論證了互聯(lián)網關設計應用于軌道無線通信領域的可行性和可擴展性。

關鍵詞：無線通信；互聯(lián)互通；互聯(lián)網關

中圖分類號：TN929文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）05-65-3

0引言

在城市軌道交通建設中，一般多采用TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)使用[1]，各TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)廠家之間無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，雖然TETRA ISI規(guī)范中定義了TETRA系統(tǒng)設備間互聯(lián)互通的接口，但只是建議規(guī)范，目前各TETRA系統(tǒng)廠家之間相互封閉，為了各自商業(yè)利益，均不愿意開放系統(tǒng)間互聯(lián)互通接口。各個城市地鐵建設中，因有需求要實現(xiàn)跨線運營、統(tǒng)一調度及跨系統(tǒng)漫游等[2]，對TETRA異系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通需求十分迫切。

目前市場上TETRA系統(tǒng)間互通方式主要是通過背靠背車載臺的方式實現(xiàn)互聯(lián)，但這種異系統(tǒng)間互聯(lián)互通方式有局限性，它并沒有實現(xiàn)全集群業(yè)務的互聯(lián)互通，只能實現(xiàn)一路組呼，在實際使用中存在擴容復雜、功能業(yè)務受限的問題，已無法滿足用戶越來越多的業(yè)務需求。基于現(xiàn)狀，迫切需要實現(xiàn)一種新型異系統(tǒng)互聯(lián)互通網關設備，能夠滿足用戶各種豐富的業(yè)務需求，搭建方便，對雙方系統(tǒng)的依賴性小，并且能夠同時支持多路呼叫。

1總體方案

由于TETRA異系統(tǒng)之間尚未開放互聯(lián)接口，因此無法通過TETRA ISI接口與其他TETRA系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，可借助異系統(tǒng)互聯(lián)互通網關設備實現(xiàn)與異系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

互聯(lián)網關的工作原理是在本端和對端的TETRA系統(tǒng)中配置需要互通的個人號碼和群組號碼，利用TETRA標準空中接口協(xié)議[3]，將需要互通的個人號碼和群組號碼通過構造注冊和附屬的空口信令的方式發(fā)送到對端TETRA系統(tǒng)中，實現(xiàn)將本端TETRA系統(tǒng)下的個人和群組鏡像注冊到對端TETRA系統(tǒng)中，如圖1所示。

此方案不需要窄帶系統(tǒng)開放系統(tǒng)間接口，互聯(lián)網關通過TETRA標準的空口信令實現(xiàn)互聯(lián)互通，利用TETRA空口嚴格標準性，采用更加靈活的方案設計，通過互聯(lián)網關而非背靠背終端的方式，實現(xiàn)了TETRA異系統(tǒng)間的互通。除了呼叫、短消息等基本互通功能外，系統(tǒng)還支持動態(tài)重組等跨線調度功能[4]，而且并發(fā)業(yè)務不受限。

2設計方案

2.1配置管理模塊

互聯(lián)網關是在原TETRA基站設備基礎之上，將收發(fā)頻段互異所得，即原正常TETRA信道機發(fā)射頻段為851～866 MHz[5]，接收頻段為806～821 MHz，而TETRA系統(tǒng)互聯(lián)設備的發(fā)射頻段為806～821 MHz，接收頻段為851～866 MHz。對于接收板而言，就是輸入信號由原來的806～821 MHz改為了851～866 MHz，以上通過上層的配置軟件下發(fā)反轉后的頻點給互聯(lián)網關設備。

2.2注冊模塊

注冊模塊主要功能是向MOTO系統(tǒng)和AcroTetra系統(tǒng)發(fā)起用戶注冊請求，以及組附屬請求，注冊模塊對注冊相關信息進行轉換，然后調用MM協(xié)議棧對注冊和組附屬進行處理，實現(xiàn)了一種基于全時隙終端協(xié)議棧的跨域TETRA異系統(tǒng)互聯(lián)網關。采用了多實例多并發(fā)的鏡像簇技術，能夠以反向終端的身份模擬注冊信令同時接入不同廠家的TETRA網絡，并執(zhí)行網絡協(xié)議轉換，實現(xiàn)了TETRA跨系統(tǒng)間通信。

2.3信令模擬處理模塊

由于TETRA系統(tǒng)的高實時性要求，需要及時處理對端TETRA系統(tǒng)的空口消息，在接收到對端TETRA系統(tǒng)的空口消息后的2個時隙內回復上行消息，因此需要互聯(lián)網關設備在1個時隙的時間內完成下行信令的接收、解調、解碼、信令適配轉換以及上行信令的編碼、調制及發(fā)射等處理，如圖2所示。

本方案實現(xiàn)了一種高效高并發(fā)的信令模擬處理機制，實現(xiàn)了多信道消息并發(fā)處理，能夠將媒體數(shù)據(jù)和控制信令進行分離處理且互不影響，有效地增強了互聯(lián)網關對TETRA異系統(tǒng)空口消息的處理速度。

2.4空口數(shù)據(jù)組裝模塊

互聯(lián)網關需要接收處理來自對端TETRA系統(tǒng)基站的控制信令和語音數(shù)據(jù)，因時隙驅動為14.167 ms[6]，這就要求互聯(lián)網關的處理時延要求在6 ms以內才能保證信令不丟失。本方案設計了一種零時延高密輪詢的空口數(shù)據(jù)塊組裝方法，收到來自LLC及U面應用的數(shù)據(jù)，UMAC將其暫存，不耗費CPU去進行協(xié)議編碼；收到來自LMAC的時隙請求，UMAC直接將已經組裝好的空口數(shù)據(jù)塊發(fā)往LMAC[7]，以保證空口數(shù)據(jù)的精確性。UMAC層數(shù)據(jù)組裝模塊如圖3所示。