数字对讲机TETRA的标准、技术及其发展概况

时间：2012-11-23　来源：中国集群通信网　作者：admin　点击：次

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随着七十年代摩托罗拉对讲机率先将数字对讲机技术引入对讲机系统设计中，数字对讲机便开始它的长足发展。下面就现在比较广泛使用的TETRA数字对讲机技术，做下介绍：

1　引言
　　泛欧数字集群系统TETRA（Trans-European Trunked Radio System）是由欧洲通信标准协会（ETSI）1990年开始制定的一种多功能数字集群无线电标准，目前主要标准已完善，并开始实施380 MHz ～400 MHz频段的试验，1998年4月将投入商用。TETRA整套设计规范可提供集群、非集群以及具有话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的直接模式（移动台对移动台）的通信。TETRA可支持多种附加业务，其中大部分是TETRA独有的。TETRA系统是一种非常灵活的数字集群标准，它的主要优点是兼容性好、开放性好、频谱利用率高、保密功能强，是目前国际上制定得最周密、开放性好、技术最先进、参与生产厂商最多的数字集群标准。本文主要介绍TETRA的标准、技术及其发展概况。
2　TETRA标准的概况
　　TETRA标准主要包括以下三个部分：
　　（1） TETRA话音＋数据（V＋D）
　　—　使用25 kHz信道的TDMA系统
　　—　每RF信道分4个时隙
　　—　话音＋数据业务
　　TETRA V＋D技术规范提供一个能同时支持话音、数据和图像通信的多媒体无线平台，它与单个移动台相结合，可减少阻塞及互调干扰问题。
　　系统接续协议是基于每载波时分多址4个时隙来实现的，这个协议非常灵活，足以支持4个独立电路通信（话音或数据）或分组数据通信。数据传输速率最高可达28.8 kbit／s。
　　（2） TETRA分组数据优化（PDO：Packet Data Optimized）
　　—　使用25kHz信道的TDMA系统
　　—　每RF信道分4个时隙
　　—　只有数据业务
　　TETRA PDO主要应用在信息和电子信箱、快速管理和快速调度、媒介信息、远端数据基本接入、计算机文件传输、视频和多媒体等方面，它通过X.25协议的分组交换支持虚拟线路的整个信息的快速传输。
　　TETRA V＋D系统标准数话兼容，而TETRA PDO只支持数据业务，它们的技术规范都是基于相同的物理无线平台（相同调制，也可以相同工作频率），但在物理层实现方式不太一样，所以不能实现互操作，预计可在ISO第三层实现互操作。
　　（3） TETRA直接模式通信（DMO）
　　—　不需基础设施的通信，即移动台直接与移动台通信
　　TETRA DMO是在移动台处于网络覆盖范围内，需要安全通信时用于提供移动直通的业务。通过网桥终端就可以在ISO第三层上进入TETRA DMO工作模式，该标准保证在ISO的第一层通信信道兼容，这种既可接入集群系统又可直通的传输模式称为“Dual Watch”
　　采用V＋D、PDO、DMO的公共第三层协议可确保在ISO第三层上互操作。
3　TETRA的技术体制
　　（1）主要技术特性
　　系统主要技术特性如表1所示。
表1　主要技术特性
信道间隔 25kHz
调制 π/4DQPSK α(滚降因子)=0.35
调制信道比特率 36 kbit/s
语音编码速率 4.8 kbit/s ACELP编码方式
接入方式 TDMA, 4个时隙
用户数据速率 7.2 kbit/s每时隙
数据速率可变范围 2.4 kbit/s~28.8 kbit/s
接入协议时隙ALOHA
　　（2）集群方式
　　TETRA标准支持三种集群方式：消息集群、传输集群和准传输集群。
　　消息集群是在调度通话期间，控制系统始终给用户分配一条固定的无线信道。从用户最后一次讲完话松开PTT开关开始，系统将等待6 s～10 s的“信道保留时间”后“脱网”就完成消息集群，之后才将该信道分配给别的通话对使用。若在这段保留时间内，原来的通话用户再次按PTT开关要继续通话，则双方仍在该信道上通话，即保持原来的信道分配。消息集群不是信道动态分配方式而是按需分配方式，所以频谱利用率不高。
　　传输集群是指用户双方在单工或半双工工作时，用户按下PTT开关，就占用一个空闲信道工作，当用户发完第一个消息松开PTT开关时，就有一个“传输完毕”的信令送到基地台的控制器，这个信令用来指示该信道可以再分配给其他用户使用。传输集群的信道是动态分配，频谱利用率高，但可能导致通话不连续和不完整。
　　准传输集群兼顾消息集群和传输集群的优点，缩短了“信道保留时间”（约0.5 s～6 s），增加了用户每次发话完毕的松开PTT开关后的时间，而不会使消息中断。准传输集群的信道利用率比传输集群低。
　　（3） TETRA频谱资源
　　TETRA标准的显著特点是其频率资源的灵活性。频谱范围从VHF的150 MHz到UHF的900 MHz，收发频率间隔为10 MHz（900 MHz时为45 MHz）。
　　（4）系统设计
　　TETRA系统采用大区制设计，系统参数如表2所示。
　　系统接收灵敏度（对2％BER）如表3所示。
表2　TETRA系统参数
呼叫建立时间 <300 ms
邻道功率 -60 dBc
基站RF功率 0.6 W~40 W
移动台RF功率 1，3，10，30W
表3　接收灵敏度

　衰落(dBm) 静噪(dBm)
移动台 107 112
固定台 109 115
（5）网络结构
　　TETRA标准对无线电网络的结构没有明确的限制，其基础结构只定义了6个规定的接口标准，包括空间和直接模式空间接口，用于确保网内操作互联和网络管理。这6个规定的接口是无线空中接口、有线站接口、系统之间的接口、移动台与终端设备之间的终端接口（包括有线终端与终端设备之间的终端接口）、网络管理接口、直接模式无线电空中接口。
　　① 一个独立的TETRA系统由基站、交换机、操作台、管理中心以及相关的控制和管理设备组成。
　　② 移动台由移动终端单元（MTU）和终端设备（TE）组成，通过移动台与终端设备之间的终端接口连接。
　　③ 有线台由有线终端单元和终端设备之间的终端接口连接。
　　④ 中央网络管理单元通过定义的网络管理接口连接。
　　⑤ 移动台通过连接定义的直接模式无线电空中接口进行直接模式通信。
　　（6）TETRA帧结构
　　TETRA系统采用TDMA多址接入方式和π/4 DQPSK的调制方式,调制信道比特率为36 kbit/s，一个TDMA帧为170/3 ms，分４个时隙，每个时隙85/6 ms，可携带510个调制比特，上行时隙又可进一步分为2个子时隙，每个子时隙85/12 ms，可携带255个调制比特。
　　18个TDMA帧构成一个复帧（周期为1.02 s），60个复帧构成一个超帧（周期为61.2 s）。
　　TETRA的V＋D空中接口定义了7种突发，其中上行3种，下行4种。
　　（7）TETRA的业务功能
　　系统主要业务功能如表4所示。
表4　业务功能表
建立快速呼叫 <300 ms
没有限制的群呼一个电台到我个电台无限制的通信
有确认的群呼只对网内某些特定的电台寻呼
电话会议　
全双工通信　
开放信道　
优先呼叫按照优先级别优先建立通信
信道清除优先呼叫打断较低级别的通话，建立强插优先呼叫
自动链路连接　
允许侦听01 部分监听
允许侦听02 紧急情况下允许第三者监听会话
话音和数据加密功能　
监视保护话音和数据不受跟踪和监听
脱网工作移动台直通
分组数据包业务　
　　这里要强调的是TETRA的加密功能，因为数字集群主要应用于公安、电力、运输等独立性很强的部门，所以加密功能尤为重要。TETRA的保密是双向的，不但可以提供空中接口的保密，还可提供端到端的保密，它的保密性比GSM更好。
4　TETRA标准和技术的发展概况
　　TETRA于1992年开始基础无线电技术的研究；1994年开始结构／功能有效特性的研究；整个系统组成的全面研究于1995年早期开始；1997年开始实施380 MHz～400 MHz频段的试验；这些试验包括提供固定专用频段、专用便携产品、移动台及加密和支持数据的高性能软件；1998～2000年提供专业用户的全部产品，包括新频段的专用便携产品、专业用户分段特性的研制、DMO（直通模式）中继器及网关产品。
　　1994年12月，TETRA标准的MoU（谅解备忘录）组织的成立对其发展起了关键作用。
　　TETRA已完成的标准有：在话音＋数据中已完成系统网络内业务保密、网络管理、终端设备及附加业务；在分组数据方面已完成一致性试验；在直接模式方面已完成功能描述语言（SDL）的产品标准、SDL验证及网关的一致性试验。目前正在制定的TETRA标准有TETRA的V＋D紧急业务、互操作V＋D、网关（PSTN）V＋D、终端设备接口V＋D、网络管理（基本技术条件）、协议一致性实验V＋D、SIM卡、直接模式一致性试验及网关PDO-SDL模式的完成、设计指南第二部分。
　　在实用方面，英国Tetralink电信公司已获得运营TETRA业务的许可，在1998年3月，为超过87％的英国公民提供全业务的TETRA服务；挪威将于1998年开始TETRA的运营工作；德国将建立试验系统；芬兰建立的TETRA管理网络（安全与保密）于1997年开始运营；荷兰开始实施C2000计划，这是TETRA业务在荷兰的运营计划；亚洲、新西兰、澳大利亚也准备进行TETRA的实用。
　　TETRA的测试设备已于1996年10月由Rohde&Schwarz和TeleDanmark R&D研制成功；1996年11月阿尔卡特、摩托罗拉与TETRA的MoU签约，摩托罗拉将于1998年4月提供TETRA产品，全面投入商用；诺基亚将于1998年初提供TETRA产品。
　　据预测，到2006年TETRA的市场分布如下：公共安全与保密占25％，运输占20％，工业占15％，公共事业占12％，紧急业务占12％，非紧急管理占11％，其他占5％。
5　我国采用TETRA数字集群标准的优势
　　我国目前正在进行数字集群标准的优选和制定工作，以开发出适合我国国情的数字集群系统并投放市场，振兴我国移动通信的民族事业，所以优选适合我国国情的数字集群标准除了权衡各种标准技术的先进性、成熟性、开放性，更重要的是要结合我国的实际情况，分析我国采用哪种标准更具优势。
　　我国采用TETRA标准的优势是：
　　（1）我国分配给数字集群的频段是806 MHz～821 MHz（上行）及851 MHz～866 MHz(下行)，可拓展到450 MHz频段，随着业务的发展可扩展到80 MHz。如前所知，我国的数字集群频段与TETRA的标准的频段不同，而从一个频段到另一个频段的标准转换的工程设计需1年时间，所以如果选用TETRA标准作为我国的数字集群标准，我们应有机会抢在外国公司的前面研制出适合我国国情的数字集群系统。
　　（2）目前TETRA的主要标准已比较详细，但尚并不完善，更高级的应用还需进一步完善，这对我国也是一个机会。
　　（3） TETRA标准只是定好用户到基站接口的标准，而基站到用户的接口没有标准，便于各厂家深入研究，研制出适合自己的产品。