主页（http://www.pttcn.net）：数字集群通信系统在轨道交通中的应用 上海轨道交通维护保障中心通号公司 冯敏
摘要：TETRA数字集群通信系统是目前全世界应用范围最广、技术最先进和最具发展前景的专用无线通信系统，也是未来全球集群通信市场的热点。本文首先从TETRA系统的起源与发展入手，对其技术特点及其在军事和民用领域的应用情况进行了介绍，然后就上海市轨道交通如何在现有条件的基础上建设一套合理的应急通信指挥系统作了深刻的讨论。同时，对TETRA技术研究与应用领域的领先代表——摩托罗拉公司（Motorola）的TETRA产品与解决方案的特点进行了分析，并对其未来发展前景进行了展望。 关键词: 应急通信；数字集群通信；摩托罗拉；无线移动通信；轨道交通 Abstract:TETRA is the most widely applied, most advanced, and the most promising radio digital trunk system in the world. It’s also the hotspot in the future global trunk communication market. In this paper, starting from the source and developing of TETRA, its characteristics and applications in military and commercial uses are introduced. This paper makes a profound discussion about the Shanghai Metro that based on the existing conditions to construct a excellent emergency communication command system. At the same time, the leading spokesman of TETRA technology and application, Motorola and its TETRA products & solutions, are analyzed. The expectation of its future development is involved as well. Key words:Emergency communications；digital trunk；Motorola；Wireless Mobile Communications; Metro
绪 论 近十多年来,以现代信息技术为核心的高新技术发展为世界地铁注入了新的活力,使地铁在与其它现代交通运输方式的竞争中,占据优势,进入新的发展时期。 通信是地铁信息化的基础设施,也是提高地铁运营服务质量、管理水平和实现地铁现代化及使地铁面向市场的重要手段。建立现代的通信系统,在拓展地铁运输市场、满足用户要求、提高运输效率和服务质量、降低运输成本、优化宏观决策等方面都发挥了很突出的作用。 上海轨道交通专用无线通信系统采用MOTO-TETRA制式。该系统为轨道交通的调度人员、车站人员、列车司机、维修人员等，提供固定用户和移动用户、移动用户和移动用户之间，包含语音和数据信息交换在内可靠的通信手段；除了日常的、正常的生产运营，当轨道交通运营出现异常情况和有线通信发生故障时，亦能迅速提供防灾救援和事故处理等所必需的通信服务。它对行车安全、提高运营效率和管理水平、改善服务质量提供了重要保证。 目前，上海轨道交通已经投入运营的线路有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11号线，随着上海轨道交通网络化建设和运营进程的不断推进和深入，网络化理念得到不断地稳固和提升，网络化运营突出特征之一是实现有限资源的网络级共享。因此，专用无线通信MOTO-TETRA系统在服务于网络化运营生产和管理工作时，有机地将有限的频率资源与实际现状以及运营需求结合起来，起到了促进系统功能发挥、提升管理水平、降低建设投入和提高工作效率的作用。 此论文的重点提出了MOTO-TETRA在上海轨道交通中的应用，详细介绍了系统的构造和应用情况。
1 数字集群通信系统概述 1.1数字集群通信系统概念 移动通信系统按其使用性质可以分为公用移动通信系统和专用移动通信系统。集群通信系统属于专用移动通信系统，它是一种专用高级指挥调度系统。随着数字话音编码、数字调制技术、多址技术、抗衰落技术以及数字信令控制和数字语音终端等数字技术在集群通信系统中的广泛应用，九十年代出现了数字集群通信系统。其特点是系统内所有可用信道为系统内的全体用户共享，具有自动选择信道功能。它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。由于集群系统主要侧重于指挥、联络、调度，其应用需求可遍及铁道运输、公路交通、民航航运、公安消防以及重大事件与突发事件应对等各行各业的方方面面。因此，近两年数字集群系统在欧洲乃至世界得到了快速的发展。 1.2数字集群通信系统功能 数字集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，它不仅提供多群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务。数字集群系统还支持功能强大的移动台脱网直通（DMO）方式，可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密。数字集群系统同时还具有虚拟专网功能，可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务。数字集群系统具有丰富的服务功能、更高的频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用（如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等）都已得到实现。 1.3数字集群通信关键技术 1.3.1数字话音编码 在数字通信中，信息的传输是以数字信号形式进行的，因而在通信的发送端和接收端，必须相应地将模拟信息转换为数字信号或将数字信号转换成模拟信号。在通信系统中使用的模拟信号主要是话音信号和图像信号，信号的转换过程就是话音编码／话音解码和图像编码／图像解码。 在集群移动通信中，使用最多的信息是话音信号，所以话音编码的技术在数字集群移动通信中有着极其重要的关键作用。话音编码为信源编码，是将模拟话音信号变成数字信号以便在信道中传输。这是从模拟网到数字网至关重要的一步。高质量、低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术同时为数字集群移动通信网提供了优于模拟集群移动通信网的系统容量。话音编码方式可直接影响到数字集群移动通信系统的通信质量、频谱利用率和系统容量。 1.3.2数字调制技术 数字调制解调技术是集群移动通信系统中接口的重要组成部分，在不同的应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。 在给定信道条件下，寻找性能优越的高效调制方式一直是重要的研究课题。数字移动通信系统有两类调制技术，一是线性调制技术，另一类是恒定包络数字调制技术，前者如PSK、16QAM，后者如MSK、GMSK等(也称连续相位调制技术)。 美国MOTOROLA新研制生产的800M数字集群移动通信系统，在16QAM调制技术基础上，自己研发的M16QAM技术。 1.3.3多址方式 在蜂窝式移动通信系统中，有许多移动用户要同时通过一个基站和其它移动用户进行通信，因而必须对不同移动用户和基站发出的信号赋予不同的特征，使基站能从众多移动用户的信号中区分出是哪一个移动用户发来的信号，同时各个移动用户又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号，解决上述问题的办法就称为多址技术，多址技术包括频分多址、时分多址。 频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。 时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，再根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排。在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。 1.4数字集群通信系统的特点 1.4.1频谱利用率高 模拟的集群移动通信网可实现频率复用，从而提高了系统容量，但是随着移动用户数量急剧增长，模拟集群网所能提供的容量已不再能满足用户需求，问题的关键是模拟集群系统频谱利用率低，模拟调频技术很难进一步压缩已调信号频谱，从而就限制了频谱利用率的提高。与此相比，数字系统可采用多种技术来提高频谱利用率，如果用低速语音编码技术，这样在信道间隔不变的情况下就可增加话路，还可采用高效数字调制解调技术，压缩已调信号带宽，从而提高频谱利用率。另外，模拟网的多址方式只采用频分多址(FDMA)，即一个载波话路传一路话音。而数字网的多址方式可采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)，即一个载波传多路话音。尽管每个载波所占频谱较宽，但由于采用了有效的语音编码技术和高效的调制解调技术，总的看来，数字网的频谱利用率比模拟网的利用率提高很多。数字系统在提高频谱利用率方面有着不可低估的前景，因为低速语音编码技术和高效数字调制解调技术仍不断发展着。频谱利用率高，可进一步提高集群系统的用户容量。对于集群移动通信来说，系统容量一直是网的首要问题，所以不断提高系统容量以满足日益增长的移动用户需求是集群移动系统从模拟网向数字网发展的主要原因之一。 1.4.2信号抗信道衰落的能力提高 数字无线传输能提高信号抗信道衰落的能力。对于集群移动系统来说，信道衰落特性是影响无线传输质量的主要原因，须采用各种技术措施加以克服。在模拟无线传输中主要的抗衰落技术是分集接收，在数字系统中，无线传输的抗衰落技术除采用分集接收外，还可采用扩频、跳频、交织编码及各种数字信号处理技术。由此可见，数字无线传输的抗衰落技术比模拟系统要强得多。所以数字网无线传输质量较高，也就是说数字集群移动通信网比模拟集群移动通信网的话音质量要好。 1.4.3保密性好 数字集群移动通信网用户信息传输时的保密性好。由于无线电传播是开放的，容易被窃听，无线网的保密性比有线网差，因此保密性问题长期以来一直是无线通信系统设计者重点关心的问题。在模拟集群系统中，保密问题难以解决。当然模拟系统也可以用一些技术实现保密传输，如倒频技术或是模／数／模方式，但实现起来成本高、语音质量受影响。由此，模拟系统保密非常困难。利用目前已经发展成熟的数字加密理论和实用技术，对数字系统来说，极易实现保密。 采用数字传输技术，才能真正达到用户信息传输保密的目的。 1.4.4支持多种业务 数字集群移动通信系统可提供多业务服务。也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，容易实现与综合数字业务网ISDN的接口，这就极大的提高了集群网的服务功能。在模拟集群网中，虽也可传输数字，但是占用一个模拟话路进行传输的。首先在基带对数据信息进行数字调制形成基带信号，然后再调制到载波上形成调频信号进行无线传输，用这种二次调制方式，数据传输速率一般在1200bit／s或是2400bit／s。这么低的速率远远满足不了用户的要求。在目前，计算机网及各种数字网已经十分发达，用户的数据服务要求日益增加。 1.4.5网络管理和控制更加有效和灵活 数字集群移动通信网能实现更加有效、灵活的网络管理与控制。对任何一种通信系统网络管理与控制都是至关重要的，它影响到是否能有效地实现系统所提供的各种服务。在模拟集群系统中，管理与控制依靠网内所传输的各种信令来实现，而模拟集群网的管理与控制信令是以数字信号方式传输的，而网的用户信息是模拟信号，这种信令方式与信号方式的不一致，增加了网管理与控制的难度。在数字集群网中，用户话音比特源中插入控制比特是非常容易实现的，即信令和用户信息统一成数字信号，这种一致性克服模拟网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。总而言之，全数字系统能够实现高质量的网络管理与控制。 1.5数字集群通信系统的应用 随着指挥调度和应急通信需求的增长，数字集群通信系统的重要性日益显著。同时，政府政策部门也在进行积极的支持与引导。从2003年4月起，信息产业部已批准中国电信、中国网通、中国联通等五家基础电信运营商在国内部分城市进行共网数字集群业务商用试验。其中，中国联通国脉（现已归中国卫通，更名为中卫国脉）公司在上海开通了iDEN运营共网；北京正通公司已开始在北京建设TETRA移动政务共网；中国卫通和中国铁通也分别在天津、重庆等六个城市筹建数字集群通信试验运营共网。目前福建集群电话公司、深圳运联通公司和上海国脉公司3个运营公司都采用iDEN系统。 从我国已建设的专网来看，采用TETRA系统的占多数，如Motorola公司建成的九龙到广州铁路和广州地铁的2号与3号线等三个800MHzTETRA（Dimetra）网；Nokia公司在天津建成的我国第一个水利数字集群通信网；铁道部采用马可尼的800MHzTETRA陆地集群无线电系统；广州110社会联动系统；Nokia为济南国际机场提供的首个民航机场集群通信网；上海市公安局采用Motorola公司的Dimetra系统建成的我国第一个公安警察网等。另外，最近广州地铁4号线已由Nokia中标，而成都的应急联动系统的移动标则由Motorola获得。城市应急联动系统是数字集群应用的一个主要方面，目前国内南宁、北京、成都、深圳、上海、成都等城市已经建设或开始建设城市应急联动系统，其中南宁和上海采用的是iDEN系统，其它几个城市采用的是TETRA系统。当前还有一些部门和单位在积极准备筹建数字集群通信网。目前进入中国市场的TETRA系统已达到了七八家，厂商间的竞争十分激烈。 1.6目前的发展情况 数字集群技术从20世纪90年代中期在全球范围内兴起，得到了广泛的应用并取得了良好的社会效益和经济效益。在发达国家，随着社会活动和经济活动节奏加快、范围扩大以及信息传输量剧增，社会作为一个有机整体，更需要各方面的协调配合，许多专业团体对可用于指挥调度的集群通信网络的需求目益迫切，为发展集群通信系统提供了经济和市场基础。 中国在1989年开始引进模拟集群系统，1990年投入使用。随着数字通信技术的发展，集群通信系统也开始向第二代的数字技术发展，最主要的特点是采用了TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）通信方式。但是，目前我国的集群通信应用主要还停留在模拟技术水平，数字集群的应用较少。同时，由于各集群使用企业为了满足其各自不同的使用要求，采用了独立建设集群通信网络的方案，所以众多企业的集群网络在网间互联互通性、频率资源使用、整体建设等方面存在诸多问题。此外，国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒，使得内部接口基本不公开，技术开放性很差，系统和终端设备市场价格居高不下，也制约了国内数字集群的产业化进程和规模应用。针对国内数字集群产业发展的“尴尬”情况，信息产业部牵头制定了国内集群技术的发展规划，并在新的《电信管理条例》中第一次将数字集群纳入基本电信业务范畴，同时组织国内六大电信运营商在国内开展800兆数字集群商用实验。 从1997年开始，信息产业部就专门组织了数字集群通信标准组来制订中国的数字集群通信标准，并于2000年12月28日发布了中国《数字集群移动通信系统体制》标准，但这是一项电子行业推荐性的部颁标准，还不是国家标准。此标准主要参照国际标准TETRA(体制A)和Motorola公司提出的美国国家标准iDEN(体制B)，确定了两种集群通信体制。体制A面向专用调度和共用集群通信网，体制B主要适用于共用集群通信网。同时标准规定了集群通信系统的工作频段为806～821 MHz/851～866 MHz，双工频率间隔为45 MHz。 2 数字集群通信系统的分类 2.1 iDEN数字集群通信系统 IDEN(Integrated Digital Enhanced Networks)这个系统是利用先进的M—16QAM、TDMA、VSELP及越区跟踪等技术，能在25kHz的信道内容纳6个话音信道，在现有的800MHz模拟集群信道上增容6倍，再加之频率复用技术和蜂窝组网技术，从而使得有限频点的集群通信网具有大容量、大覆盖区、高保密和高通话清晰度的特点。该系统具有蜂窝无线电话、调度通信、无线寻呼台及无线数传功能。 2.2 GoTa数字集群通信系统 以中兴通讯为代表的中国厂商，在多年的技术沉淀和积累的基础之上，提出了基于cdma2000 1x技术的数字集群通信系统——GoTa（Global open Trunking architecture），应该说是具有中国自主知识产权的集群通信产业发展的一个良好开端。 GoTa采用目前移动通信系统中所采用的最新无线技术，并拥有多项专利核心技术；GoTa在符合集群系统技术要求的同时，又具有很强的共网运营能力和业务发展能力，以满足集群通信未来发展的需求。 GoTa数字集群通信系统，可以提供多种共网集群和专业调度统一的业务模式，系统指挥调度功能强大，同时还兼有很强的双工电话互联、高速数据业务和短消息等其它一些业务功能。 2.3 GT800数字集群通信系统 GT800数字集群系统吸取了目前公众移动通信网和数字集群通信技术的优势，并将其有机的融合在一起。综合考虑客户需求急迫性、技术成熟度和开敖性以及可持续发展能力，GT800数字集群系统分两个阶段发展： 第一阶段：以成熟的GSM技术为基础，参考、借鉴国际上现有成熟集群通信系统的业务特性，对现有GSM网络的呼叫流程、和网络结构进行优化、扩展，提供快速呼叫、组呼、动态重组、优先级控制、遥开遥毙、环境监听、故障弱化、虚拟专网等业务特性，使GT800系统具备专业集群调度通信系统的性能指标和调度能力。 第二阶段：继承第一阶段的业务特性，拟引入TD．SCDMA技术，提供高速数据业务和更高的系统容量；同时对网络和终端功能进行增强，提供端到端加密、终端直通等安全、保密方面的业务特性，满足特殊行业用户的需求。 与传统数字集群通信系统相比，GT800数据传输能力有了较大的提高，分组数据能力。在第一阶段可以达到200kb／s，第二阶段可以达到2Mb／s；业务功能方面，在已有数字集群通信系统的业务基础上进行了扩展与完善。 2.4 TETRA数字集群通信系统 2.4.1 概述 TETRA自1995年颁布以来，一直都在进行不断的修订和完善，并在原有的基础上增加了一些新的标准。TETRA标准在1999~2000年间部分修订了ETS 300 392（V+D）的网络设计、网内互连接口（ISI）、网关、加密等。ETS 300 396（DMO）的类型1路由器空中 接口、类型2路由器空中接口、网关空中接口等。起草了移动台-移动台接口、直接模式的类型1路由器和直接模式的网关等的SDL模型。 欧洲电信标准协会（ETSI）认为TETRA版本1标准适合专业的PMR/PAMR（专用/共用）领域，商用获得成功，标准成熟，有多厂家支持，得到世界广泛接受。为了满足市场发展要求，补充'3G'领域，必须加强TETRA标准，以扩大ETSI对全球的影响。因而拟订了3年工作计划，估计要花130人月，进行TETRA版本2的研究与起草。 2.4.2 业务介绍 根据接入点不同TETRA基本业务可划分为承载业务和用户终端业务。 TETRA 支持的用户终端业务包括：单呼（点对点）、组呼（点对多点）、应答组呼、广播呼叫（单向点对多点）以及上述各种情况的明话或密话。 TETRA支持的承载业务包括：分组数据、电路数据。 承载业务提供下列的用户比特率： - 未保护的话音或数据为7.2kb/s（最高可达28.8kb/s）； - 低保护度的数据为4.8kb/s（最高可达19.2kb/s）； - 高保护度的数据为2.4kb/s（最高可达9.6kb/s）。 TETRA支持的补充业务包括：专业调度类型补充业务和电话型补充业务。专业调度型补充业务包括：接入优先、预占优先、优先呼叫；包容呼叫、动态转移、迟后进入；调度台核查的呼叫、监听、侦听；区域选择；缩位寻址；讲话识别；动态重组等。电话型补充业务包括：列表搜索呼叫、呼叫转移、呼叫限制、呼叫报告、呼叫等待、呼叫保持、主叫/被叫识别显示、主叫/被叫识别显示限制、至繁忙用户/至无应答时的呼叫完成；计费通知；呼叫保留等。补充业务适用于大多数承载业务和用户终端业务。 2.4.3 性能特点及技术优势 目前，国外各大厂商分别研制出适合800MHz的TETRA数字集群系统，除了具有传统专业移动通信网上的组呼、广播呼叫、紧急呼叫、强插强拆、优先呼叫和动态重组等调度指挥功能外，还具有数据传输功能（状态信息和短消息业务），目前在TETRA数字集群系统上已经开发了基于电路方式的数据传输功能，其中无保护传输速率为7.2kbit/s，低保护传输速率为4.8kbit/s，高保护传输速率为2.4kbit/s。同时还开发了4个时隙同时传输的数据传输业务，可以实时地传输动态图像。 在设备制造方面，800MHz的TETRA数字集群系统的交换机和基站已经形成产品，同时基站能提供故障弱化功能。已经生产出中文界面手机，不同厂商的手机可以进行互可操作，可以实现端到端的加密功能。在二次开发方面，国外各大TETRA厂商都公开它们的API（应用程序接口），以便开发适合本系统实际需要的设备。在器件生产方面，国外公司还推出了低噪声的射频模块，同时希望与中国合作开发数字集群系统。 TETRA数字集群系统的基站具有故障弱化功能，在交换机或交换机与基站链路出现故障时，单个基站仍然可以为有限的区域提供网络服务。TETRA数字集群系统还具有直通工作方式（DMO），无线用户可以不经过网络基础设施，而使用不受基站和交换机控制的无线频率，直接用移动台进行相互间的通信。因此，基站的故障弱化模式可以作为发生灾难时的通信保证，而直通工作方式作为最后的应急通信措施。 TETRA数字集群系统可以提供足够安全的通信保密措施，即具有鉴权、空中接口加密和端对端加密等加密方式，可满足普通、商业、秘密、机密等不同级别需要。网络接入的鉴权是网络总体安全性的基础，能够有效地防止未经授权的网络接入和移动终端的"克隆"。在解决接入的安全问题后，还需要在空中接口上采用加密的办法防止专业的监听者通过空中接口窃取信息。空中接口加密需要不同的加密密钥，并且不定期地更改加密密钥，空中接口加密技术不仅保护了传输的信息，而且还能够屏蔽用户的身份，同时，外"闯入者"也无法察觉到通信的进行。对于需要特别保护的敏感信息，还可使用端到端加密技术。 2.4.4 MOTO-TETRA的介绍 MOTO-TETRA系统非常可靠，并且通过降级模式进一步保障系统的可靠运行。MOTO-TETRA终端一直满足美军标的防尘、防水、抗摔的严苛要求，同大家比较熟悉的是对讲机一样，TETRA同样适用于恶劣环境，比如在潮湿、有灰尘的地下环境中依然表现出色。摩托罗拉TETRA系统有很多降级使用模式，特别是单站集群功能。当基站与系统上层网设备之间的链路中断时，基站会进入单站集群状态，其覆盖区内的用户无需任何操作，将继续享用集群模式的服务。原有的通话组保持不变，仍具有组呼、优先级、紧急呼叫等基本话音集群功能。大大增强了系统服务的可用性，降低服务的风险。这一点对城市轨道交通用户至关重要，保证在任何情况下，基本的集群服务不致中断。 MOTO-TETRA系统不仅功能强大，而且支持丰富的应用。基于摩托罗拉丰富的API接口，客户可以自行设计和开发调度软件，以满足城市轨道交通高可靠性调度的需求。在各个轨道交通项目中，基于API开发的计算机辅助调度系统（CAD）不仅可以实现车组呼、列车个呼、短数据、分组数据传送等基本功能，而且可以通过接驳车辆自动控制系统（ATS），实现了车次号呼叫、站管区呼叫、调度台自动归属呼叫、列车位置监控等功能；通过接驳列车广播系统，还实现了调度员列车广播呼叫等功能。 2.5 TETRA数字集群的应用领域 2.5.1 军事领域 新一代军用TETRA数字集群系统具有体积小、组网快、兼容性好、可靠性高等优势，还可以联合无线数据传输，建立小型战斗指挥中心，为部队的训练、演习等提供观摩和监控平台。如英国陆军长期以来就采用了TETRA及其改进技术以提高部队的快速反应与野战通信能力。过去蜂窝移动通信技术一直存在兼容性问题，而采用TETRA技术的不同设备间兼容和互通性问题解决的相当好，因此英军地面部队可以有效的与其他不同作战单位甚至兵种间保持良好的通信，而且所需的装备器材也比以往有极大的精简。这对于战场环境下充分保持部队机动能力而言是至关重要的。特别是对于战场环境下的严苛要求，TETRA系统同样胜任。如摩托罗拉公司（MOTO）的TETRA终端产品一直满足美国军用标准的防尘、防水和抗摔要求，坚固耐用，信号抗信道衰落能力强，集成度和可靠性高，特别适用于潮湿、尘雾等野外恶劣环境。 2.5.2 应急通信保障 2.5.2.1 抗灾应急通信 2008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏8.0级特大地震，数万同胞在灾害中不幸遇难，数百万家庭失去世代生活的家园，数十年甚至几代人辛勤劳动积累的财富毁于一旦。该次地震对通信设施造成了极大破坏，通过迅速组织人员恢复当地的基础网络，在当地架设了临时无线基站。在短短二天的时间里MOTO公司通过100台手持终端、10台车台、移动基站等大量设备，构建基站进入单站集群模式，5月17日开通广域集群，保障了灾区救灾工作的顺利进行。为重点灾区现场应急指挥调度工作提供保障。至今相关设备仍在都江堰灾区发挥它积极的作用。 2.5.2.2重大活动保障 为了更好地为2008北京奥运会安保工作提供更强有力的通信保障，北京地区将武警现有的模拟无线通信系统迁移到350MHz TETRA数字集群无线通信系统。并在此基础上创新性地开发了“通话组互联转接器”、“移动与固定通信专网融合”等独特的应用。350MHz TETRA数字集群通信系统的投入使用和功能拓展开创了武警部队无线电通信指挥数字化的新局面，进一步提高武警部队的指挥调度效率、应急反应能力。 该系统采用摩托罗拉新一代MTS4基站，集成化设计，分集接收机的高灵敏度使通信覆盖区域得到加强，明显扩大了基站的覆盖范围，因此通过较少的基站实现了较好的覆盖效果，为武警部队构建了一个信息灵敏、反应迅速、指挥畅通的指挥通信系统。每个载频可同时提供四个通道的语音通信，大大缓解了武警部队通信需求不断增多而频率资源不足的矛盾。该350MHz 具有从单站到全国组网的功能，同时还配备了多种选装和后续加装模块，为系统的进一步升级与扩容提供了方便。 2.5.3 轨道交通建设 从1994年上海第一条轨道交通（一号线）投入运营以来，轨道交通已经成为这座城市的主要交通工具，客运量逐年大幅增长的趋势，04年4.7亿人次，05年5.9亿人次，06年6.5亿人次，07年8亿人次，08年一跃突破10亿大关，年度客流达到11.2亿人次。至2010年，本市轨道交通线运营为420公里，共286座车站，日均可承担520～580万人次的客运量，占公交客运量的35～40%左右；至2012年，网络规模将达到560公里，日均客流800万人次左右，占公交客运量的45%以上，累计358座车站投入使用；远期2020年，网络规模有望超过800公里，日客流占公交客运总量的60%以上，真正成为上海城市公共交通的骨干。 上海轨道交通网络的发展需要包括网络化管理与网络化技术应用的综合体系支撑。其中网络化技术应用是指支撑整个网络运行，并确保安全、可靠、高效的技术集合，其中，专用无线通信技术为城市轨道交通网提供高效、安全、先进、便捷的指挥调度服务，是轨道交通网络综合体系中的重要技术。因此在适应轨道交通网络化运营时，需将专用无线通信规划成服务于多线、多用户资源共享的通信网络。 3 MOTO-TETRA在轨道交通中的应用 3.1概述 上海轨道交通网2015年以前的规划是一个具有13条线的特大型轨道交通网络，为了有效利用投资，和贯彻网络化建设的理念，并没有每条线设置交换中心，而是采用全网络异地建设两套相同的MSO（交换中心）的灾备方式。每套MSO均可支持所有13条线路的调度台和基站，通过划分不同的VPN（虚拟专网）来完成分线独立的调度和管理；其中一个MSO（东宝兴路）主用，连接并支持全部13条线的调度台和基站，另一个异地MSO（中山北路）备用，两个MSO之间没有连接，定期通过数据磁带进行手动数据同步；当主用MSO遇到灾难情况，并导致MSO设备毁坏无法工作时，通过上层传输系统的人工干预，将所有13条线的调度台和基站倒接到备用MSO，并在30分钟后恢复调度台和基站的工作。
图3-1 上海轨道交通MOTO-TETRA网络结构
上海作为一个特大型城市，需提高政府应对各种突发事件的快速反应能力和防御各种风险的水平。为市政府相关单位进行上海地铁事故处理和应急联动提供通信保障，在市无线电管理局的牵头组织和协调下，上海轨道交通无线网与上海市政务网展开互联合作。 上海市地面政务网是一个全市政府部门共用的数字集群通信网络，覆盖上海市外环线以内和外环线以外主要城镇、公路、港口、机场、重点工程建设地域等。各类用户共享一个覆盖面广、信号清晰、服务良好的数字集群网络；在该共网中各个集团用户将作为其中的一个虚拟专网(VPN)进行使用。通过TETRA虚拟专用网功能，市政府及其个委办局、企业单位共享这一指挥调度通信平台。 将上海市政务共网以基于音频技术连接的方式与轨道交通无线通信系统进行两网互联互通，是两网优势互补、实现互联的较好办法。 利用对等配置的CCGW所提供的4线音频通道实现两网之间的互连，通过调度台派接后，将本网内的通话组与对方网中的漫游通话组实现互通。连接方式如图3-2所示。
图3-2 上海轨道交通无线网与政府网结构
3.2 MOTO-TETRA九号线的系统介绍 9号线由四大部分组成：MOTO基站、二次开发设备、无线直放站、漏缆构成，上海轨道交通9号线TETRA专用无线通信系统，由MOTO承包基站和二次开发设备，内容包括调度台、调度台按键式操作台、调度台降级主机、监控网管、车站 无线固定台、车站无线降级固定台及车载台，分别安装在控制中心、车站、车辆、轨道区间。 3.3 MOTO-TETRA九号线控制中心系统结构 3.3.1控制中心系统概述 上海轨道交通TETRA专用无线通信系统在控制中心的设备包括调度系统、监控网管、录音机。 上海轨道交通TETRA专用无线通信系统的调度系统由CAD 服务器、调度台终端、按键式操作台、调度台降级主机、CIE（MOTO提供）等主要设备组成，配件包括2端口KVM共享器、连接线缆等。 上海轨道交通TETRA专用无线通信系统在控制中心的监控网管包括网管客户端主机、4端口KVM共享器、KVM延长器等。调度设备系统图如下图3-3：
图3-3 调度设备系统图 上海轨道交通9号线TETRA专用无线通信系统二次开发网管监控系统图如下：
图3-4 二次开发网管监控系统图 3.3.2控制中心调度台 控制中心调度系统硬件设备包括调度大厅的调度台工控机2台、CIE设备、调度按键式操作台、显示器、键盘、鼠标、2端口KVM共享器，以及控制中心通信机房的CAD服务器2台、降级主机1套、网络交换机2台、录音机2台。调度大厅设有4套调度台设备，分别提供给行车调度1、行车调度2、维修调度、环境调度使用。
图3-5 调度台录音线缆，录音机连接示意图 3.3.3控制中心无线网管 控制中心无线网管框图如下（含有基站的车站）：
图3-6 控制中心无线网管框图
上海地铁9号线专用无线二次开发网管系统控制中心侧硬件设备包括网管终端主机、显示器、KVM 4端口共享器、KVM 延长器、键盘鼠标。车站侧设备包括DE311接口转换设备及连接线缆等。 网管监控流程：各车站DE311接口转换设备的作用是将基站电源的信息用RS232接口转换成IP接口，通过传输系统，再经过二次开发机柜内交换机，传送至网管服务器，最后汇总到MSO网管服务器。控制中心监控网管主机与二次开发机柜内交换机通过标准网线连接。 在监控网管主机上安装网管监控底层软件，该软件通过IP接口监控各车站侧基站电源设备。该软件还通过IP监控各调度台、CAD服务器、网管客户端、录音机的软件开启状态。网管监控底层软件将监控得到的信息写入到MSO网管服务器的数据库中。 在监控网管主机上需安装上海地铁网管客户端软件，该软件通过内部协议从MSO网管服务器读取数据，并呈现在图形化界面上。 注：无线系统基站的相关信息均由MOTO的MSO通过特定协议传送给二次开发网管服务器，二次开发网管系统只需按照上表的基站对应编号、基站英文名称配置相关数据，并且配置的数据要与MOTO的MSO中的相关基站信息数据匹配即可。 3.3.4控制中心降级主机 上海地铁9号线控制中心二次开发降级系统主要由调度台、降级主机、车站降级固定台等组成。系统框图如下框图：
图3-7 控制中心二次开发降级系统图 3.3.5控制中心录音机 上海地铁9号线控制中心二次开发录音系统框图如下：
图3-8 控制中心二次开发录音系统图 因为需对调度台主用、监听两个通道录音，故在录音机上对每台调度台使用了2个录音端口，分别对调度台的主用、监听通道录音。 上海地铁的录音机都配置有音箱作为放音设备。当选择用录音软件播放录音文件时，音箱的音频插头必须插在录音机的录音卡上的放音端口方可正常放音。当在录音机上选择其他软件播放录音文件时，音箱的音频插头必须插在录音机的放音端口方可正常放音。 3.4 MOTO-TETRA九号线车站系统结构 3.4.1车站二次开发设备 上海地铁9号专用无线在车站的二次开发设备主要是车站固定台，在有基站的车站还配置有降级台设备。由此我们可以把车站分为两种：有基站类车站和无基站类车站。 3.4.2车站固定台 车站固定台设备由固定台主机、固定台操作终端及相关线缆、配件等部分构成。车站固定台是通过空中无线信号与基站通信，并由基站将接受到的固定台的语音/数据业务转发给调度台或其他无线设备。车站固定台系统框图如下：
图3-9 车站固定台系统框图 车站固定台连接图如下：
图3-10 车站固定台连接图 3.4.3车站降级台 车站降级台设备只由车站降级台主机及相关线缆构成。车站降级台起到的作用是当基站与MSO中心的通路因故障断开后，该基站覆盖范围下的无线设备（如手持台、车站固定台、车载台）通过无线信号与该基站通信，基站通过无线信号发给降级固定台，降级固定台通过有线的4线音频／RS422数据通路与调度大厅行调1或行调2通信。车站降级台系统框图如下：
图3-11 车站降级台系统框图 车站降级台工程连线图如下：
图3-12 车站降级台工程连线图 3.4.4车辆段调度台 车辆段各调度台小机柜盘面图如下：
图3-13 车辆段各调度台小机柜盘面图 车辆段调度台小机柜与调度台操作终端连线图如下：
图3-14 车辆段调度台小机柜与调度台操作终端连线图
车辆段调度台系统框图如下所示：
图3-15 车辆段调度台系统框图 3.5终端设备MPT850 3.5.1按键说明
图3-16 MPI850按键图 （1）紧急呼叫键 —— 紧急呼叫功能必须只有在紧急情况下使用，不正确的使用紧急呼叫功能将严重影响系统正常运行和使用。此功能请慎用！ （2）音量旋钮 —— 控制旋钮来调节音量，顺时针转动可以提高音量，逆时针转动可以减低音量。 （3）天线 ——MOTO 800Hz 专用天线。天线在使用时不可拆下，以防手持台在无天线的情况下发射造成损坏。 （4）顶部麦克风 —— 语音输入端口，方便不同方位的呼叫。 （5）通话键（PTT）—— 呼叫使用键，在呼叫时按下此键。 （6）彩色屏幕 —— 显示呼叫信息等数据。 （7）左软键 —— 确认键，在菜单栏中使用。 （8）右软键 —— 取消键，在菜单栏中使用。 （9）发送键 —— 接听/呼叫键，在接听/呼叫时使用。 （10）浏览键 —— 上下左右键，在菜单栏中使用。 （11）菜单键 —— 菜单栏进入键，在菜单栏中使用。 （12）开关机键/结束键 —— 挂机键，在结束通话时使用。 （13）扬声器 —— 在键盘下面，提供呼叫音源。 （14）底部麦克风 —— 语音输入端口，方便不同方位的呼叫。 4. 下一代数字集群通信系统 Dimetra IP系统是摩托罗拉公司研发制造的完全满足TETRA标准的数字集群系统，是摩托罗拉公司最新推出的采用代表集群系统发展方向的IP技术的TETRA系统。整个系统基于IP交换，核心设备为局域网交换机，中心设备以以太网的形式与局域网交换机相连，系统可支持56个交换节点的互联，每个节点支持100个基站，700个业务信道时隙，64000个用户和16000个通话组。 Dimetra IP系统采用了许多新技术，如单播IP技术与多播IP技术、IP虚拟专网技术、动态主机配置技术等等。系统除完全保留了基于电路交换的Dimetra系统固有的技术优势与功能外，还增加了许多新功能，例如：多时隙分组数据传输业务、动态分组数据业务时隙、双工私密呼叫、被叫遇忙的强拆功能、环境监听功能、鉴权功能。此外，每个分组数据传输时隙PDCH可以支持同时在线进行分组数据传输业务的用户多达60个。多时隙分组数据传输最多支持4个时隙的合并使用，每个基站最多可以支持11个数据信道时隙。若将数据信道时隙设为动态时隙，则当基站无空闲语音信道时隙时，动态数据时隙可以临时用于紧急呼叫、强拆呼叫、或具有强拆动态数据时隙的通话组的呼叫，这样做可以保证重要用户的通话。相对于电路交换的系统来说，Dimetra IP系统的功能更强大，数据应用方面更灵活。 Dimetra IP系统包括新一代MTS系列基站、可扩展型Dimetra IP交换机、第三代TETRA数字集群终端MTP系列坚固型手持无线对讲机和MTM系列车载台及相关零配件。Dimetra IP系统的核心设备是局域网交换机，中心设备以以太网的形式与局域网交换机相连，可支持56个交换节点的互联，每个节点支持100个基站、700个业务信道时隙、64000个用户和16000个通话组。系统所能提供的执行关键任务需要的功能包括鉴权、单站集群、强拆/强插、多时隙分组数据传输、调度台可监听100以上通话组以及完备的API等，并在用户需要的时候提供系统间接口、更高数据速率、高度安全性和语音/数据业务公用等功能。 可见，摩托罗拉TETRA Dimetra IP系统解决方案频率利用率高、反应部署迅速、保密性强，能够很好满足包括救灾监测与应急行动、事故抢险调度以及公共安全等不同用户特定的通信需求。 4.1 IP 数字集群通信系统特点 （1）网络拓扑多样，组网灵活。基于IP网络的架构设计较为灵活，可支持星型、环型、树型和混合型等各种网络。 （2）互联互通性较好。由于采用了IP，数字集群网与互联网和3G等下一代网络的互联互通更加快捷容易。 （3）系统冗余设计。由于基于IP的网络采用标准设备和标准接口，更方便实现系统的冗余设计，有效地提高了系统的可靠性。 （4）标准互联，便于扩容和升级。网络采用、虚拟专用网等，因而方便未来的系统扩容和升级。 （5）具有统一的开发平台。管理维护层通过采用标准的网络应用协议，便于各种扩展应用的实现，例如调度台软件、语音记录软件、GPS定位软件等，而且通过IP网络的软件升级维护更容易。 （6）建设网络所需的成本降低。网络的底层传输和交换系统中采用IP架构，与传统的电路交换相比，可以获得较低的购买成本和较低的维护费用。 4.2 IP技术未来发展优势 （1）IP数据报报头中有目的地址等必要内容，使每个数据报不经过同样的路径都能准确地到达目的地。在目的地重新组合成原来发送的数据。如果源和目的节点之间某一路径发生故障，可自动选择其他路由发送数据，使网络具有极高的可恢复性。 （2）基于IP的集群网络融合了调度语音交换、电话语音交换和IP分组网络，是可以同时提供话音、数据等多种业务的综合性的网络平台体系。可承载各种业务包括：语音呼叫、短数据、分组数据和多时隙分组数据等。采用IP技术还便于采用新业务和应用。例如图像传输等。 （3）IP集群调度系统提供了多媒体协同通信能力，可以传送语音、文字、图片、视频、Email等多种内容，这不同于传统集群系统，而且获取这种通信能力的成本比较低。 （4）IP网络既可以很小也可以很大，专业调度用户也有类似的需求。有的用户只有一个或几个基站的小系统，而有的用户需要数十个基站的大中型网络。有的需要覆盖多个区域、全省甚至覆盖全国的大型网络。采用全IP网络可以使集群网络构建更加灵活。 （5）系统中每个分组都使用整个链路的带宽，这样使数据包在链路中传输得更快，可以设置多种服务等级，优化数据分发和路由，在IP集群中实现3GPPNGN组织都选择IP网络作为未来网络的承载网，因而基于IP构建下一代数字集群系统可以实现集群网络与公网更好更便捷地互联互通。 （6）基于IP网络构建数字集群，可以将业务承载和业务控制分离，从而使整个网络的结构更加简单。
5. 结论 当前中国经济快速稳定发展，继2008年北京奥运会成功举办后，2010年世博会在上海召开，各地基础设施建设加快，摩托罗拉集群通信系统TETRA凭借其技术先进性和功能多样化的特点全面应用于各个不同场合。从政府和大型厂矿企业到铁路公交、海港码头和机场枢纽，凭借先进的技术，摩托罗拉的TETRA系统正引领着可互操作的、可扩展的TETRA解决方案的发展和部署并发挥着越来越重要的作用。
参考文献： [1]郑祖辉. 集群通信在中国.当代通信, 2003,7(14):7-14. [2]郑祖辉. TETRA的全IP网络的分析.移动通信，2008,9(11):9-11. [3]李进良. TETRA数字集群的进展. 通信产业报，2000,12(26):12-26. [4]陈如明. 中国数字集群务实发展.中国电子报, 2004,3(24):3-24. [5]董晓鲁. 我国数字集群的应用现状和技术发展. 通信世界网,2005,10(25):10-25. [6]孙昕、李海，TETRA数字集群空中接口协议栈体系结构分析，移动通信，2008,11(12):11-12. [7]摩托罗拉（中国）电子有限公司,TETRA在关键业务通信网络的进展，城市轨道交通研究，2007,3(12):3-12. [8]Nokia. Disaster Management With TETRA[A].2001,8(15):8-15. [9]]MOTO. TETRA Center of Competence[A]. 2000,10(20):10-20. [10]Phil Kindner. Some TETRA Development，2007,10(29):10-29.
此作品来源于2011摩托罗拉解决方案大奖赛 (中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮) |
