TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)1

1、專用通信集群通信在我國的發(fā)展集群通信模擬集群通信數(shù)字集群通信20世紀80年代之前20世紀80年代初20世紀80年代初80年代末20世紀90年代國內(nèi)外主要數(shù)字集群技術(shù)比較TETRA系統(tǒng)的發(fā)展TETRA:Trans European Trunked Radio,全歐集群無線電,后更名為:Trans Trunked Radio,陸地集群無線電。標準由ETSI制定。20世紀80年代末，歐洲開始研究數(shù)字集群通信體制；1995年ETSI只是確定TETRA標準；1998年起全面推廣；2001年800MHz頻段TETRA系統(tǒng)進入我國市場；2003年12月350MHz頻段TETRA系統(tǒng)開始在我國組網(wǎng)試驗。TET

2、RA系統(tǒng)的發(fā)展方向今后，TETRA將主要沿著以下幾個方向發(fā)展： 高級無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)DAWS(Digital Advanced Wireless Services)的研究開發(fā)； 頻率擴展，爭取覆蓋130MHz1GHz，以適應(yīng)市場的需要； 更新和完善TETRA SIM卡，與第三代移動通信兼容； 進一步增強互連性；開發(fā)研究多模終端TETRA和iDEN的主要技術(shù)特性TETRA的主要技術(shù)特性: 多址方式：TDMA 信道帶寬：25kHz 每信道時隙數(shù)：4 適用頻段：350MHz和800MHz 帶寬：15MHz 收發(fā)雙工間隔：45MHz 調(diào)制方式:/4DQPSK 調(diào)制信道比特率：36kbps 語音編碼速率：

3、4.567kbps(ACELP) 用戶數(shù)據(jù)速率 7.2kbps(每時隙) 數(shù)據(jù)速率可變范圍：2.4kbps28.8kbps 接入?yún)f(xié)議時隙：ALOHAiDEN的主要技術(shù)特性： 多址方式：TDMA信道寬度：25kHz每信道時隙數(shù)：6 適用頻段：800MHz和15GHz帶寬：15MHz收發(fā)雙工間隔：45MHz調(diào)制方式：M-16QAM 調(diào)制信號比特率：64kbps話音編碼：4.2kbps(VSELP)信道檢錯編碼：循環(huán)冗余校驗碼CRC信道糾錯編碼：多碼率格形前向糾錯碼TETRA系統(tǒng)的特點（1）虛擬網(wǎng)概念各機構(gòu)可根據(jù)自身需求在同一個物理網(wǎng)絡(luò)中組建各自的虛擬網(wǎng)。（2）直通工作方式終端之間可脫離基站和網(wǎng)絡(luò)實

4、現(xiàn)通信。（3）良好的開放型TETRA定義了各種標準接口，可以支持不同廠家的設(shè)備。（4）多業(yè)務(wù)特性TETRA支持包括單呼、組呼、廣播多種話音業(yè)務(wù)，支持包括短消息、狀態(tài)消息、分組數(shù)據(jù)消息和電路交換數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。（5） 系統(tǒng)采用/4DQPSK信道調(diào)制方式，提高信道利用率。TETRA的優(yōu)點 TETRA系統(tǒng)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)字通信標準，可以支持廣區(qū)覆蓋。TETRA的基本通信方式（1）V+D，語音加數(shù)據(jù)通信方式：提供許多與語音和數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的用戶終端業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補充

5、業(yè)務(wù)。（2）PDO，優(yōu)化分組數(shù)據(jù)通信方式：符合TETRA(PDO)規(guī)范的設(shè)備只支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在25KHz信道中，其有效數(shù)據(jù)傳輸率可高達36kbps。（3）DMO，直通通信方式：即TETRA終端之間不需要通過基站就可以直接通信的脫網(wǎng)通信模式。TETRA的業(yè)務(wù)劃分TENT或MTTETRA網(wǎng)可能的傳輸網(wǎng)終端網(wǎng)ISDN或TETRA網(wǎng)NT或MTTE承載業(yè)務(wù)用戶終端業(yè)務(wù)終端接口人機接口移動臺或有線臺移動臺或有線臺TE終端設(shè)備；NT網(wǎng)絡(luò)終端； MT移動終端 TETRA支持的用戶終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)根據(jù)業(yè)務(wù)接入點的不同，TETRA的基本業(yè)務(wù)可劃分為：用戶終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)。TETRA支持的各種業(yè)務(wù)（1）用戶

6、終端業(yè)務(wù)包括：單呼(點對點)、組呼(點對多點)、廣播(單向點對多點)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；（2）承載業(yè)務(wù)包括：分組數(shù)據(jù)、電路數(shù)據(jù)。承載業(yè)務(wù)提供下列用戶比特率： 未保護的話音或數(shù)據(jù)為7.2kbps(最高可達28.8kbps)； 低保護度數(shù)據(jù)為4.8kbps (最高可達19.2kbps)； 高保護度的數(shù)據(jù)為2.4kbps (最高可達9.6kbps)；（3）補充業(yè)務(wù)包括：專業(yè)調(diào)度型補充業(yè)務(wù)和電話型補充業(yè)務(wù)。806MHz821MHz866MHz中國使用的數(shù)字集群頻段45MHz雙工間隔上行鏈路下行鏈路851MHz380MHz390MHz中國使用的數(shù)字集群頻段10MHz雙工間隔上行鏈路下行鏈路400MHzTETRA

7、的頻率劃分(中國)TETRA的多址技術(shù)3 4 1 2 3 4 1 21 2 3 41 2 3 4 1 2 3 4fTCH1下行鏈路TCH1上行鏈路MS1MS1t1、TETRA的FDMA和TDMA2、發(fā)射和接收時分多址信號示意圖pt基站發(fā)射信號功率(下行)(a)發(fā)射機發(fā)射信號電平示意圖基站接收信號功率(上行)(b)發(fā)射機接收信號電平示意圖最大電平TETRA幀結(jié)構(gòu)1、TETRA時隙結(jié)構(gòu)2341234123421幀：56.67ms 14.167 msSSN1SSN2僅上行鏈路子時隙：7.08ms 234123412342156.67 ms14.167 ms2、TETRA幀結(jié)構(gòu)12345601超幀=6

8、0復(fù)幀(=61.2s) 12341718控制幀1復(fù)幀=18TDMA幀(=1.02s) 12341TDMA幀=4時隙(=56.67ms) 123455085095101時隙=510調(diào)制比特時段(=14.167ms) TETRA猝發(fā)結(jié)構(gòu)1、上行鏈路猝發(fā) 上行鏈路控制猝發(fā) 上行鏈路移動臺功放線性化猝發(fā) 上行鏈路常規(guī)猝發(fā)34躍升和功放線性化4尾比特84擾頻碼比特30延伸的訓(xùn)練序列84擾頻碼比特4尾比特15保護比特0.94ms0.42ms240躍升和功放線性化15保護比特6.66ms34躍升和功放線性化4尾比特216擾頻碼比特塊122延伸的訓(xùn)練序列216擾頻碼比特塊24尾比特14保護比特2、下行鏈路猝發(fā)

9、 下行鏈路常規(guī)猝發(fā) 下行鏈路同步連續(xù)猝發(fā) 下行鏈路常規(guī)斷續(xù)猝發(fā) 下行鏈路同步斷續(xù)猝發(fā) 下行鏈路線性化猝發(fā)TETRA的無線特性靈敏度、干擾抑制度1、靈敏度定義 TETRA接收機的靈敏度定義為在話音信道(TCH/S)產(chǎn)生4%未解碼誤碼率時所需的輸入信號電平。2、參考靈敏度電平和參考靈敏度性能 標準ETS 300 392-2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)環(huán)境下基站和移動臺的參考靈敏度要求如下標： 設(shè)備類型靜態(tài)動態(tài)噪聲系數(shù)基站-115dBm-106dBm6.4dB移動臺-112dBm-103dBm9.4dB3、等

10、效能噪比 靜態(tài)：10dB； 動態(tài)：19dB。4、干擾抑制度標準ETS 300 392-22規(guī)定參考干擾抑制度： 同頻干擾比：C/Ic=19dB； 鄰頻干擾比：C/Ia=-45dB。對靜態(tài)條件下干擾抑制度建議值： 同頻干擾比：C/Ic=10dB； 鄰頻干擾比：C/Ic=-54dB。 TETRA系統(tǒng)的基站覆蓋半徑受限于兩個因素：第一是信號強度；第二是同步。這兩個條件同時滿足時才能完成正常的信號接收,而信號強度問題好解決，因此系統(tǒng)極限覆蓋半徑主要受限于上行同步。 上行猝發(fā)同步保護時段為14bit，因此系統(tǒng)極限覆蓋半徑為：3108m/s14bit27.78us/b10-6258kmTETRA系統(tǒng)覆蓋半

11、徑1、系統(tǒng)極限覆蓋半徑2、系統(tǒng)實際覆蓋半徑 系統(tǒng)實際的覆蓋半徑取決于基站天線的高度和現(xiàn)場環(huán)境，不同的基站天線高度和現(xiàn)場環(huán)境（如城市或鄉(xiāng)村地區(qū)）系統(tǒng)覆蓋半徑有時相差很大。TETRA系統(tǒng)容量計算 TETRA系統(tǒng)每對載波能容納4個信道(時隙)，其中1個信道為控制信道，假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸占30%，語音傳輸占70%，其中行車調(diào)度指揮語音傳輸占50%。呼損率為10%，系統(tǒng)忙時話務(wù)量為：a=CTK*1/3600 其中：C為每個用戶每天平均呼叫次數(shù)；T為每次呼叫平均占用信道的時間（秒/次）；K為忙時集中系數(shù)。 當(dāng)進行數(shù)據(jù)傳輸時，C=3次，T=120秒/次，K=10%，則忙時話務(wù)量為0.01Erl/戶；當(dāng)進行行車調(diào)度

12、語音傳輸時，C=100,T=15秒/次，K=10%，則忙時話務(wù)量為0.0422Erl/戶；當(dāng)進行其它調(diào)度語音傳輸時，C=20次，T=15秒/次，K=10%，則忙時話務(wù)量為0.0083Erl/戶。系統(tǒng)總忙時話務(wù)量為0.02576Erl/戶。因此，在不同載波情況下，利用愛爾蘭公式可以得到用戶數(shù)為：載波數(shù)信道數(shù)系統(tǒng)話務(wù)量最大用戶數(shù)131.27149274.6661813118.487329TETRA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SwMI:Switching and Management Infrastructure, 交換和管理基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)管終端移動臺其他網(wǎng)絡(luò)調(diào)度臺SwMITETRA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖話音交換機 交換中心調(diào)

13、度數(shù)據(jù)交換機電話網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)TETRA集群通信網(wǎng)配置示意圖調(diào)度臺BTS寧啟鐵路TETRA系統(tǒng)（1）寧啟鐵路簡介 寧啟（南京-啟東）鐵路南京至海安段全長約210 公里，西起南京鐵路樞紐的林場站，東至新長鐵路的海安站，途經(jīng)南京、揚州、泰州等地區(qū)，是鐵道部和江蘇省共同投資建設(shè)的一條國家級干線鐵路。 系統(tǒng)主要由一個移動交換中心、兩個三載波基站和10 個兩載波基站、 5套調(diào)度終端，200臺手持終端、10臺車載臺、15臺固定臺組成。其中交換中心(含系統(tǒng)網(wǎng)管終端)設(shè)在寧啟鐵路揚州通信站。（2）系統(tǒng)組網(wǎng)構(gòu)成示意圖深圳地鐵TETRA系統(tǒng)（1）深圳地鐵簡介 深圳地鐵一期工程范圍包括東西向1號線13個車站，全程14.9

14、89km，南北向4號線5個車站，全程4.479km。 深圳地鐵調(diào)度控制中心(OCC)設(shè)在竹子林，該中心配置如下：控制交換機(數(shù)字集群交換機-DXT)1臺，網(wǎng)絡(luò)交換機(局域網(wǎng)集線)2臺，調(diào)度臺控制器(語音通道-DSC)1臺，調(diào)度臺4臺，服務(wù)器3臺，打印機2臺，錄音機1臺。 系統(tǒng)主要設(shè)備： 基站：8； 干放：10； 功分器：二功分2，3功分8，四功分6； 耦合器：6dB4，15dB2，20dB14。（2）系統(tǒng)組網(wǎng)構(gòu)成示意圖220V/48電源DXT64交換機傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備TBS 1TBS 2 手機機網(wǎng)管終端調(diào)度終端E1E1E1E1E1車臺DSCDIAAE1系統(tǒng)組網(wǎng)構(gòu)成示意圖（3）基站與從屬中繼器相

15、向引出的漏纜的截斷間距示意圖 耦合/分配器耦合/分配器雙工器基站雙工器中繼器雙工器DL1abLL2（4）深圳地鐵干放的主要技術(shù)指標 工作頻段：上行806821MHz，下行851866MHz；載頻數(shù)：2個； 帶內(nèi)波動：1.5dB； 增益：50dB； 增益調(diào)整范圍：30dB，2dB步進； 下行輸出：36dBm/載頻； 上行輸出：27dBm/載頻； 噪聲系數(shù)：5dBm； 時延：5us； 帶外抑制：45dB； 結(jié)構(gòu)尺寸：1300(H)610(W)650(D)mm3 。（5）系統(tǒng)主要用到的無源器件 射頻電纜：1-5/8”，1/2”，7/8”； 電纜接頭：N型，7-16DIN型； 功分器：2功分，3功分，4功分； 耦合器：6dB，10dB，15dB，20dB； 天線： 室內(nèi)吸頂天線； 室外全向天線； 定向天線。 北京正通數(shù)字集群通信網(wǎng)是目前亞洲地區(qū)系統(tǒng)容量、覆蓋范圍最大的數(shù)字集群系統(tǒng)，于2004 年初聯(lián)網(wǎng)試運行。 2005年6月30日，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基站數(shù)目達到174個，直放站42個，2 個車載機動站。這樣在城八區(qū)，基本實現(xiàn)室外覆蓋，保證重點場所室內(nèi)的覆蓋；在郊區(qū)，實現(xiàn)重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)的覆蓋，基本實