主頁（http://www.by236.com）：數字集群通信系統在軌道交通中的應用

上海軌道交通維護保障中心通號公司 馮敏

摘要：TETRA數字集群通信系統是目前全世界應用范圍最廣、技術最先進和最具發展前景的專用無線通信系統，也是未來全球集群通信市場的熱點。本文首先從TETRA系統的起源與發展入手，對其技術特點及其在軍事和民用領域的應用情況進行了介紹，然后就上海市軌道交通如何在現有條件的基礎上建設一套合理的應急通信指揮系統作了深刻的討論。同時，對TETRA技術研究與應用領域的領先代表——摩托羅拉公司（Motorola）的TETRA產品與解決方案的特點進行了分析，并對其未來發展前景進行了展望。

關鍵詞: 應急通信；數字集群通信；摩托羅拉；無線移動通信；軌道交通

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

緒  論

近十多年來,以現代信息技術為核心的高新技術發展為世界地鐵注入了新的活力,使地鐵在與其它現代交通運輸方式的競爭中,占據優勢,進入新的發展時期。

通信是地鐵信息化的基礎設施,也是提高地鐵運營服務質量、管理水平和實現地鐵現代化及使地鐵面向市場的重要手段。建立現代的通信系統,在拓展地鐵運輸市場、滿足用戶要求、提高運輸效率和服務質量、降低運輸成本、優化宏觀決策等方面都發揮了很突出的作用。

上海軌道交通專用無線通信系統采用MOTO-TETRA制式。該系統為軌道交通的調度人員、車站人員、列車司機、維修人員等，提供固定用戶和移動用戶、移動用戶和移動用戶之間，包含語音和數據信息交換在內可靠的通信手段；除了日常的、正常的生產運營，當軌道交通運營出現異常情況和有線通信發生故障時，亦能迅速提供防災救援和事故處理等所必需的通信服務。它對行車安全、提高運營效率和管理水平、改善服務質量提供了重要保證。

目前，上海軌道交通已經投入運營的線路有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11號線，隨著上海軌道交通網絡化建設和運營進程的不斷推進和深入，網絡化理念得到不斷地穩固和提升，網絡化運營突出特征之一是實現有限資源的網絡級共享。因此，專用無線通信MOTO-TETRA系統在服務于網絡化運營生產和管理工作時，有機地將有限的頻率資源與實際現狀以及運營需求結合起來，起到了促進系統功能發揮、提升管理水平、降低建設投入和提高工作效率的作用。

此論文的重點提出了MOTO-TETRA在上海軌道交通中的應用，詳細介紹了系統的構造和應用情況。

1 數字集群通信系統概述

1.1數字集群通信系統概念

移動通信系統按其使用性質可以分為公用移動通信系統和專用移動通信系統。集群通信系統屬于專用移動通信系統，它是一種專用高級指揮調度系統。隨著數字話音編碼、數字調制技術、多址技術、抗衰落技術以及數字信令控制和數字語音終端等數字技術在集群通信系統中的廣泛應用，九十年代出現了數字集群通信系統。其特點是系統內所有可用信道為系統內的全體用戶共享，具有自動選擇信道功能。它是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能的無線調度通信系統。由于集群系統主要側重于指揮、聯絡、調度，其應用需求可遍及鐵道運輸、公路交通、民航航運、公安消防以及重大事件與突發事件應對等各行各業的方方面面。因此，近兩年數字集群系統在歐洲乃至世界得到了快速的發展。

1.2數字集群通信系統功能

數字集群通信系統可在同一技術平臺上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，它不僅提供多群組的調度功能，而且還可以提供短數據信息服務、分組數據服務以及數字化的全雙工移動電話服務。數字集群系統還支持功能強大的移動臺脫網直通（DMO）方式，可實現鑒權、空中接口加密和端對端加密。數字集群系統同時還具有虛擬專網功能，可以使一個物理網絡為互不相關的多個組織機構服務。數字集群系統具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質量、靈活的組網方式，許多新的應用（如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯網、數據庫查詢等）都已得到實現。

1.3數字集群通信關鍵技術

1.3.1數字話音編碼

在數字通信中，信息的傳輸是以數字信號形式進行的，因而在通信的發送端和接收端，必須相應地將模擬信息轉換為數字信號或將數字信號轉換成模擬信號。在通信系統中使用的模擬信號主要是話音信號和圖像信號，信號的轉換過程就是話音編碼／話音解碼和圖像編碼／圖像解碼。

在集群移動通信中，使用最多的信息是話音信號，所以話音編碼的技術在數字集群移動通信中有著極其重要的關鍵作用。話音編碼為信源編碼，是將模擬話音信號變成數字信號以便在信道中傳輸。這是從模擬網到數字網至關重要的一步。高質量、低速率的話音編碼技術與高效率數字調制技術同時為數字集群移動通信網提供了優于模擬集群移動通信網的系統容量。話音編碼方式可直接影響到數字集群移動通信系統的通信質量、頻譜利用率和系統容量。

1.3.2數字調制技術

數字調制解調技術是集群移動通信系統中接口的重要組成部分，在不同的應用環境下，移動信道將呈現不同的衰落特性。

在給定信道條件下，尋找性能優越的高效調制方式一直是重要的研究課題。數字移動通信系統有兩類調制技術，一是線性調制技術，另一類是恒定包絡數字調制技術，前者如PSK、16QAM，后者如MSK、GMSK等(也稱連續相位調制技術)。

美國MOTOROLA新研制生產的800M數字集群移動通信系統，在16QAM調制技術基礎上，自己研發的M16QAM技術。

1.3.3多址方式

在蜂窩式移動通信系統中，有許多移動用戶要同時通過一個基站和其它移動用戶進行通信，因而必須對不同移動用戶和基站發出的信號賦予不同的特征，使基站能從眾多移動用戶的信號中區分出是哪一個移動用戶發來的信號，同時各個移動用戶又能識別出基站發出的信號中哪個是發給自己的信號，解決上述問題的辦法就稱為多址技術，多址技術包括頻分多址、時分多址。

頻分多址是把通信系統的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(也稱信道)分配給不同的用戶使用。這些頻道互不交疊，其寬度應能傳輸一路數字話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的串擾。

時分多址是把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的)，再根據一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動臺的信號而不混擾。同時，基站發向多個移動臺的信號都按順序安排。在預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內接收，就能在合路的信號中把發給它的信號區分出來。

1.4數字集群通信系統的特點

1.4.1頻譜利用率高

模擬的集群移動通信網可實現頻率復用，從而提高了系統容量，但是隨著移動用戶數量急劇增長，模擬集群網所能提供的容量已不再能滿足用戶需求，問題的關鍵是模擬集群系統頻譜利用率低，模擬調頻技術很難進一步壓縮已調信號頻譜，從而就限制了頻譜利用率的提高。與此相比，數字系統可采用多種技術來提高頻譜利用率，如果用低速語音編碼技術，這樣在信道間隔不變的情況下就可增加話路，還可采用高效數字調制解調技術，壓縮已調信號帶寬，從而提高頻譜利用率。另外，模擬網的多址方式只采用頻分多址(FDMA)，即一個載波話路傳一路話音。而數字網的多址方式可采用時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)，即一個載波傳多路話音。盡管每個載波所占頻譜較寬，但由于采用了有效的語音編碼技術和高效的調制解調技術，總的看來，數字網的頻譜利用率比模擬網的利用率提高很多。數字系統在提高頻譜利用率方面有著不可低估的前景，因為低速語音編碼技術和高效數字調制解調技術仍不斷發展著。頻譜利用率高，可進一步提高集群系統的用戶容量。對于集群移動通信來說，系統容量一直是網的首要問題，所以不斷提高系統容量以滿足日益增長的移動用戶需求是集群移動系統從模擬網向數字網發展的主要原因之一。

1.4.2信號抗信道衰落的能力提高

數字無線傳輸能提高信號抗信道衰落的能力。對于集群移動系統來說，信道衰落特性是影響無線傳輸質量的主要原因，須采用各種技術措施加以克服。在模擬無線傳輸中主要的抗衰落技術是分集接收，在數字系統中，無線傳輸的抗衰落技術除采用分集接收外，還可采用擴頻、跳頻、交織編碼及各種數字信號處理技術。由此可見，數字無線傳輸的抗衰落技術比模擬系統要強得多。所以數字網無線傳輸質量較高，也就是說數字集群移動通信網比模擬集群移動通信網的話音質量要好。

1.4.3保密性好

數字集群移動通信網用戶信息傳輸時的保密性好。由于無線電傳播是開放的，容易被竊聽，無線網的保密性比有線網差，因此保密性問題長期以來一直是無線通信系統設計者重點關心的問題。在模擬集群系統中，保密問題難以解決。當然模擬系統也可以用一些技術實現保密傳輸，如倒頻技術或是模／數／模方式，但實現起來成本高、語音質量受影響。由此，模擬系統保密非常困難。利用目前已經發展成熟的數字加密理論和實用技術，對數字系統來說，極易實現保密。

采用數字傳輸技術，才能真正達到用戶信息傳輸保密的目的。

1.4.4支持多種業務

數字集群移動通信系統可提供多業務服務。也就是說除數字語音信號外，還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由于網內傳輸的是統一的數字信號，容易實現與綜合數字業務網ISDN的接口，這就極大的提高了集群網的服務功能。在模擬集群網中，雖也可傳輸數字，但是占用一個模擬話路進行傳輸的。首先在基帶對數據信息進行數字調制形成基帶信號，然后再調制到載波上形成調頻信號進行無線傳輸，用這種二次調制方式，數據傳輸速率一般在1200bit／s或是2400bit／s。這么低的速率遠遠滿足不了用戶的要求。在目前，計算機網及各種數字網已經十分發達，用戶的數據服務要求日益增加。

1.4.5網絡管理和控制更加有效和靈活

數字集群移動通信網能實現更加有效、靈活的網絡管理與控制。對任何一種通信系統網絡管理與控制都是至關重要的，它影響到是否能有效地實現系統所提供的各種服務。在模擬集群系統中，管理與控制依靠網內所傳輸的各種信令來實現，而模擬集群網的管理與控制信令是以數字信號方式傳輸的，而網的用戶信息是模擬信號，這種信令方式與信號方式的不一致，增加了網管理與控制的難度。在數字集群網中，用戶話音比特源中插入控制比特是非常容易實現的，即信令和用戶信息統一成數字信號，這種一致性克服模擬網的不足，給數字集群系統帶來極大的好處。總而言之，全數字系統能夠實現高質量的網絡管理與控制。

1.5數字集群通信系統的應用

隨著指揮調度和應急通信需求的增長，數字集群通信系統的重要性日益顯著。同時，政府政策部門也在進行積極的支持與引導。從2003年4月起，信息產業部已批準中國電信、中國網通、中國聯通等五家基礎電信運營商在國內部分城市進行共網數字集群業務商用試驗。其中，中國聯通國脈（現已歸中國衛通，更名為中衛國脈）公司在上海開通了iDEN運營共網；北京正通公司已開始在北京建設TETRA移動政務共網；中國衛通和中國鐵通也分別在天津、重慶等六個城市籌建數字集群通信試驗運營共網。目前福建集群電話公司、深圳運聯通公司和上海國脈公司3個運營公司都采用iDEN系統。

從我國已建設的專網來看，采用TETRA系統的占多數，如Motorola公司建成的九龍到廣州鐵路和廣州地鐵的2號與3號線等三個800MHzTETRA（Dimetra）網；Nokia公司在天津建成的我國第一個水利數字集群通信網；鐵道部采用馬可尼的800MHzTETRA陸地集群無線電系統；廣州110社會聯動系統；Nokia為濟南國際機場提供的首個民航機場集群通信網；上海市公安局采用Motorola公司的Dimetra系統建成的我國第一個公安警察網等。另外，最近廣州地鐵4號線已由Nokia中標，而成都的應急聯動系統的移動標則由Motorola獲得。城市應急聯動系統是數字集群應用的一個主要方面，目前國內南寧、北京、成都、深圳、上海、成都等城市已經建設或開始建設城市應急聯動系統，其中南寧和上海采用的是iDEN系統，其它幾個城市采用的是TETRA系統。當前還有一些部門和單位在積極準備籌建數字集群通信網。目前進入中國市場的TETRA系統已達到了七八家，廠商間的競爭十分激烈。

1.6目前的發展情況

數字集群技術從20世紀90年代中期在全球范圍內興起，得到了廣泛的應用并取得了良好的社會效益和經濟效益。在發達國家，隨著社會活動和經濟活動節奏加快、范圍擴大以及信息傳輸量劇增，社會作為一個有機整體，更需要各方面的協調配合，許多專業團體對可用于指揮調度的集群通信網絡的需求目益迫切，為發展集群通信系統提供了經濟和市場基礎。

中國在1989年開始引進模擬集群系統，1990年投入使用。隨著數字通信技術的發展，集群通信系統也開始向第二代的數字技術發展，最主要的特點是采用了TDMA（時分多址）和CDMA（碼分多址）通信方式。但是，目前我國的集群通信應用主要還停留在模擬技術水平，數字集群的應用較少。同時，由于各集群使用企業為了滿足其各自不同的使用要求，采用了獨立建設集群通信網絡的方案，所以眾多企業的集群網絡在網間互聯互通性、頻率資源使用、整體建設等方面存在諸多問題。此外，國外通信巨頭通過控制核心技術并設置專利等知識產權保護壁壘，使得內部接口基本不公開，技術開放性很差，系統和終端設備市場價格居高不下，也制約了國內數字集群的產業化進程和規模應用。針對國內數字集群產業發展的“尷尬”情況，信息產業部牽頭制定了國內集群技術的發展規劃，并在新的《電信管理條例》中第一次將數字集群納入基本電信業務范疇，同時組織國內六大電信運營商在國內開展800兆數字集群商用實驗。

從1997年開始，信息產業部就專門組織了數字集群通信標準組來制訂中國的數字集群通信標準，并于2000年12月28日發布了中國《數字集群移動通信系統體制》標準，但這是一項電子行業推薦性的部頒標準，還不是國家標準。此標準主要參照國際標準TETRA(體制A)和Motorola公司提出的美國國家標準iDEN(體制B)，確定了兩種集群通信體制。體制A面向專用調度和共用集群通信網，體制B主要適用于共用集群通信網。同時標準規定了集群通信系統的工作頻段為806～821 MHz/851～866 MHz，雙工頻率間隔為45 MHz。

2 數字集群通信系統的分類

2.1 iDEN數字集群通信系統

IDEN(Integrated Digital Enhanced Networks)這個系統是利用先進的M—16QAM、TDMA、VSELP及越區跟蹤等技術，能在25kHz的信道內容納6個話音信道，在現有的800MHz模擬集群信道上增容6倍，再加之頻率復用技術和蜂窩組網技術，從而使得有限頻點的集群通信網具有大容量、大覆蓋區、高保密和高通話清晰度的特點。該系統具有蜂窩無線電話、調度通信、無線尋呼臺及無線數傳功能。

2.2 GoTa數字集群通信系統

以中興通訊為代表的中國廠商，在多年的技術沉淀和積累的基礎之上，提出了基于cdma2000 1x技術的數字集群通信系統——GoTa（Global open Trunking architecture），應該說是具有中國自主知識產權的集群通信產業發展的一個良好開端。

GoTa采用目前移動通信系統中所采用的最新無線技術，并擁有多項專利核心技術；GoTa在符合集群系統技術要求的同時，又具有很強的共網運營能力和業務發展能力，以滿足集群通信未來發展的需求。

GoTa數字集群通信系統，可以提供多種共網集群和專業調度統一的業務模式，系統指揮調度功能強大，同時還兼有很強的雙工電話互聯、高速數據業務和短消息等其它一些業務功能。

2.3 GT800數字集群通信系統

GT800數字集群系統吸取了目前公眾移動通信網和數字集群通信技術的優勢，并將其有機的融合在一起。綜合考慮客戶需求急迫性、技術成熟度和開敖性以及可持續發展能力，GT800數字集群系統分兩個階段發展：

第一階段：以成熟的GSM技術為基礎，參考、借鑒國際上現有成熟集群通信系統的業務特性，對現有GSM網絡的呼叫流程、和網絡結構進行優化、擴展，提供快速呼叫、組呼、動態重組、優先級控制、遙開遙斃、環境監聽、故障弱化、虛擬專網等業務特性，使GT800系統具備專業集群調度通信系統的性能指標和調度能力。

第二階段：繼承第一階段的業務特性，擬引入TD．SCDMA技術，提供高速數據業務和更高的系統容量；同時對網絡和終端功能進行增強，提供端到端加密、終端直通等安全、保密方面的業務特性，滿足特殊行業用戶的需求。

與傳統數字集群通信系統相比，GT800數據傳輸能力有了較大的提高，分組數據能力。在第一階段可以達到200kb／s，第二階段可以達到2Mb／s；業務功能方面，在已有數字集群通信系統的業務基礎上進行了擴展與完善。

2.4 TETRA數字集群通信系統

2.4.1 概述

TETRA自1995年頒布以來，一直都在進行不斷的修訂和完善，并在原有的基礎上增加了一些新的標準。TETRA標準在1999~2000年間部分修訂了ETS 300 392（V+D）的網絡設計、網內互連接口（ISI）、網關、加密等。ETS 300 396（DMO）的類型1路由器空中 接口、類型2路由器空中接口、網關空中接口等。起草了移動臺-移動臺接口、直接模式的類型1路由器和直接模式的網關等的SDL模型。

歐洲電信標準協會（ETSI）認為TETRA版本1標準適合專業的PMR/PAMR（專用/共用）領域，商用獲得成功，標準成熟，有多廠家支持，得到世界廣泛接受。為了滿足市場發展要求，補充'3G'領域，必須加強TETRA標準，以擴大ETSI對全球的影響。因而擬訂了3年工作計劃，估計要花130人月，進行TETRA版本2的研究與起草。

2.4.2 業務介紹

根據接入點不同TETRA基本業務可劃分為承載業務和用戶終端業務。

TETRA 支持的用戶終端業務包括：單呼（點對點）、組呼（點對多點）、應答組呼、廣播呼叫（單向點對多點）以及上述各種情況的明話或密話。

TETRA支持的承載業務包括：分組數據、電路數據。

承載業務提供下列的用戶比特率：

- 未保護的話音或數據為7.2kb/s（最高可達28.8kb/s）；

- 低保護度的數據為4.8kb/s（最高可達19.2kb/s）；

- 高保護度的數據為2.4kb/s（最高可達9.6kb/s）。

TETRA支持的補充業務包括：專業調度類型補充業務和電話型補充業務。專業調度型補充業務包括：接入優先、預占優先、優先呼叫；包容呼叫、動態轉移、遲后進入；調度臺核查的呼叫、監聽、偵聽；區域選擇；縮位尋址；講話識別；動態重組等。電話型補充業務包括：列表搜索呼叫、呼叫轉移、呼叫限制、呼叫報告、呼叫等待、呼叫保持、主叫/被叫識別顯示、主叫/被叫識別顯示限制、至繁忙用戶/至無應答時的呼叫完成；計費通知；呼叫保留等。補充業務適用于大多數承載業務和用戶終端業務。

2.4.3 性能特點及技術優勢

目前，國外各大廠商分別研制出適合800MHz的TETRA數字集群系統，除了具有傳統專業移動通信網上的組呼、廣播呼叫、緊急呼叫、強插強拆、優先呼叫和動態重組等調度指揮功能外，還具有數據傳輸功能（狀態信息和短消息業務），目前在TETRA數字集群系統上已經開發了基于電路方式的數據傳輸功能，其中無保護傳輸速率為7.2kbit/s，低保護傳輸速率為4.8kbit/s，高保護傳輸速率為2.4kbit/s。同時還開發了4個時隙同時傳輸的數據傳輸業務，可以實時地傳輸動態圖像。

在設備制造方面，800MHz的TETRA數字集群系統的交換機和基站已經形成產品，同時基站能提供故障弱化功能。已經生產出中文界面手機，不同廠商的手機可以進行互可操作，可以實現端到端的加密功能。在二次開發方面，國外各大TETRA廠商都公開它們的API（應用程序接口），以便開發適合本系統實際需要的設備。在器件生產方面，國外公司還推出了低噪聲的射頻模塊，同時希望與中國合作開發數字集群系統。

TETRA數字集群系統的基站具有故障弱化功能，在交換機或交換機與基站鏈路出現故障時，單個基站仍然可以為有限的區域提供網絡服務。TETRA數字集群系統還具有直通工作方式（DMO），無線用戶可以不經過網絡基礎設施，而使用不受基站和交換機控制的無線頻率，直接用移動臺進行相互間的通信。因此，基站的故障弱化模式可以作為發生災難時的通信保證，而直通工作方式作為最后的應急通信措施。

TETRA數字集群系統可以提供足夠安全的通信保密措施，即具有鑒權、空中接口加密和端對端加密等加密方式，可滿足普通、商業、秘密、機密等不同級別需要。網絡接入的鑒權是網絡總體安全性的基礎，能夠有效地防止未經授權的網絡接入和移動終端的"克隆"。在解決接入的安全問題后，還需要在空中接口上采用加密的辦法防止專業的監聽者通過空中接口竊取信息。空中接口加密需要不同的加密密鑰，并且不定期地更改加密密鑰，空中接口加密技術不僅保護了傳輸的信息，而且還能夠屏蔽用戶的身份，同時，外"闖入者"也無法察覺到通信的進行。對于需要特別保護的敏感信息，還可使用端到端加密技術。

2.4.4 MOTO-TETRA的介紹

MOTO-TETRA系統非常可靠，并且通過降級模式進一步保障系統的可靠運行。MOTO-TETRA終端一直滿足美軍標的防塵、防水、抗摔的嚴苛要求，同大家比較熟悉的是對講機一樣，TETRA同樣適用于惡劣環境，比如在潮濕、有灰塵的地下環境中依然表現出色。摩托羅拉TETRA系統有很多降級使用模式，特別是單站集群功能。當基站與系統上層網設備之間的鏈路中斷時，基站會進入單站集群狀態，其覆蓋區內的用戶無需任何操作，將繼續享用集群模式的服務。原有的通話組保持不變，仍具有組呼、優先級、緊急呼叫等基本話音集群功能。大大增強了系統服務的可用性，降低服務的風險。這一點對城市軌道交通用戶至關重要，保證在任何情況下，基本的集群服務不致中斷。

MOTO-TETRA系統不僅功能強大，而且支持豐富的應用。基于摩托羅拉豐富的API接口，客戶可以自行設計和開發調度軟件，以滿足城市軌道交通高可靠性調度的需求。在各個軌道交通項目中，基于API開發的計算機輔助調度系統（CAD）不僅可以實現車組呼、列車個呼、短數據、分組數據傳送等基本功能，而且可以通過接駁車輛自動控制系統（ATS），實現了車次號呼叫、站管區呼叫、調度臺自動歸屬呼叫、列車位置監控等功能；通過接駁列車廣播系統，還實現了調度員列車廣播呼叫等功能。

2.5 TETRA數字集群的應用領域

2.5.1 軍事領域

新一代軍用TETRA數字集群系統具有體積小、組網快、兼容性好、可靠性高等優勢，還可以聯合無線數據傳輸，建立小型戰斗指揮中心，為部隊的訓練、演習等提供觀摩和監控平臺。如英國陸軍長期以來就采用了TETRA及其改進技術以提高部隊的快速反應與野戰通信能力。過去蜂窩移動通信技術一直存在兼容性問題，而采用TETRA技術的不同設備間兼容和互通性問題解決的相當好，因此英軍地面部隊可以有效的與其他不同作戰單位甚至兵種間保持良好的通信，而且所需的裝備器材也比以往有極大的精簡。這對于戰場環境下充分保持部隊機動能力而言是至關重要的。特別是對于戰場環境下的嚴苛要求，TETRA系統同樣勝任。如摩托羅拉公司（MOTO）的TETRA終端產品一直滿足美國軍用標準的防塵、防水和抗摔要求，堅固耐用，信號抗信道衰落能力強，集成度和可靠性高，特別適用于潮濕、塵霧等野外惡劣環境。

2.5.2 應急通信保障

2.5.2.1 抗災應急通信

2008年5月12日14時28分，四川汶川發生里氏8.0級特大地震，數萬同胞在災害中不幸遇難，數百萬家庭失去世代生活的家園，數十年甚至幾代人辛勤勞動積累的財富毀于一旦。該次地震對通信設施造成了極大破壞，通過迅速組織人員恢復當地的基礎網絡，在當地架設了臨時無線基站。在短短二天的時間里MOTO公司通過100臺手持終端、10臺車臺、移動基站等大量設備，構建基站進入單站集群模式，5月17日開通廣域集群，保障了災區救災工作的順利進行。為重點災區現場應急指揮調度工作提供保障。至今相關設備仍在都江堰災區發揮它積極的作用。

2.5.2.2重大活動保障

為了更好地為2008北京奧運會安保工作提供更強有力的通信保障，北京地區將武警現有的模擬無線通信系統遷移到350MHz TETRA數字集群無線通信系統。并在此基礎上創新性地開發了“通話組互聯轉接器”、“移動與固定通信專網融合”等獨特的應用。350MHz TETRA數字集群通信系統的投入使用和功能拓展開創了武警部隊無線電通信指揮數字化的新局面，進一步提高武警部隊的指揮調度效率、應急反應能力。

該系統采用摩托羅拉新一代MTS4基站，集成化設計，分集接收機的高靈敏度使通信覆蓋區域得到加強，明顯擴大了基站的覆蓋范圍，因此通過較少的基站實現了較好的覆蓋效果，為武警部隊構建了一個信息靈敏、反應迅速、指揮暢通的指揮通信系統。每個載頻可同時提供四個通道的語音通信，大大緩解了武警部隊通信需求不斷增多而頻率資源不足的矛盾。該350MHz 具有從單站到全國組網的功能，同時還配備了多種選裝和后續加裝模塊，為系統的進一步升級與擴容提供了方便。

2.5.3 軌道交通建設

從1994年上海第一條軌道交通（一號線）投入運營以來，軌道交通已經成為這座城市的主要交通工具，客運量逐年大幅增長的趨勢，04年4.7億人次，05年5.9億人次，06年6.5億人次，07年8億人次，08年一躍突破10億大關，年度客流達到11.2億人次。至2010年，本市軌道交通線運營為420公里，共286座車站，日均可承擔520～580萬人次的客運量，占公交客運量的35～40%左右；至2012年，網絡規模將達到560公里，日均客流800萬人次左右，占公交客運量的45%以上，累計358座車站投入使用；遠期2020年，網絡規模有望超過800公里，日客流占公交客運總量的60%以上，真正成為上海城市公共交通的骨干。

上海軌道交通網絡的發展需要包括網絡化管理與網絡化技術應用的綜合體系支撐。其中網絡化技術應用是指支撐整個網絡運行，并確保安全、可靠、高效的技術集合，其中，專用無線通信技術為城市軌道交通網提供高效、安全、先進、便捷的指揮調度服務，是軌道交通網絡綜合體系中的重要技術。因此在適應軌道交通網絡化運營時，需將專用無線通信規劃成服務于多線、多用戶資源共享的通信網絡。

3 MOTO-TETRA在軌道交通中的應用

3.1概述

上海軌道交通網2015年以前的規劃是一個具有13條線的特大型軌道交通網絡，為了有效利用投資，和貫徹網絡化建設的理念，并沒有每條線設置交換中心，而是采用全網絡異地建設兩套相同的MSO（交換中心）的災備方式。每套MSO均可支持所有13條線路的調度臺和基站，通過劃分不同的VPN（虛擬專網）來完成分線獨立的調度和管理；其中一個MSO（東寶興路）主用，連接并支持全部13條線的調度臺和基站，另一個異地MSO（中山北路）備用，兩個MSO之間沒有連接，定期通過數據磁帶進行手動數據同步；當主用MSO遇到災難情況，并導致MSO設備毀壞無法工作時，通過上層傳輸系統的人工干預，將所有13條線的調度臺和基站倒接到備用MSO，并在30分鐘后恢復調度臺和基站的工作。

圖3-1  上海軌道交通MOTO-TETRA網絡結構

上海作為一個特大型城市，需提高政府應對各種突發事件的快速反應能力和防御各種風險的水平。為市政府相關單位進行上海地鐵事故處理和應急聯動提供通信保障，在市無線電管理局的牽頭組織和協調下，上海軌道交通無線網與上海市政務網展開互聯合作。

上海市地面政務網是一個全市政府部門共用的數字集群通信網絡，覆蓋上海市外環線以內和外環線以外主要城鎮、公路、港口、機場、重點工程建設地域等。各類用戶共享一個覆蓋面廣、信號清晰、服務良好的數字集群網絡；在該共網中各個集團用戶將作為其中的一個虛擬專網(VPN)進行使用。通過TETRA虛擬專用網功能，市政府及其個委辦局、企業單位共享這一指揮調度通信平臺。

將上海市政務共網以基于音頻技術連接的方式與軌道交通無線通信系統進行兩網互聯互通，是兩網優勢互補、實現互聯的較好辦法。

利用對等配置的CCGW所提供的4線音頻通道實現兩網之間的互連，通過調度臺派接后，將本網內的通話組與對方網中的漫游通話組實現互通。連接方式如圖3-2所示。

圖3-2  上海軌道交通無線網與政府網結構

3.2 MOTO-TETRA九號線的系統介紹

9號線由四大部分組成：MOTO基站、二次開發設備、無線直放站、漏纜構成，上海軌道交通9號線TETRA專用無線通信系統，由MOTO承包基站和二次開發設備，內容包括調度臺、調度臺按鍵式操作臺、調度臺降級主機、監控網管、車站

無線固定臺、車站無線降級固定臺及車載臺，分別安裝在控制中心、車站、車輛、軌道區間。

3.3 MOTO-TETRA九號線控制中心系統結構

3.3.1控制中心系統概述

上海軌道交通TETRA專用無線通信系統在控制中心的設備包括調度系統、監控網管、錄音機。

上海軌道交通TETRA專用無線通信系統的調度系統由CAD 服務器、調度臺終端、按鍵式操作臺、調度臺降級主機、CIE（MOTO提供）等主要設備組成，配件包括2端口KVM共享器、連接線纜等。

上海軌道交通TETRA專用無線通信系統在控制中心的監控網管包括網管客戶端主機、4端口KVM共享器、KVM延長器等。調度設備系統圖如下圖3-3：

圖3-3  調度設備系統圖

上海軌道交通9號線TETRA專用無線通信系統二次開發網管監控系統圖如下：

圖3-4  二次開發網管監控系統圖

3.3.2控制中心調度臺

控制中心調度系統硬件設備包括調度大廳的調度臺工控機2臺、CIE設備、調度按鍵式操作臺、顯示器、鍵盤、鼠標、2端口KVM共享器，以及控制中心通信機房的CAD服務器2臺、降級主機1套、網絡交換機2臺、錄音機2臺。調度大廳設有4套調度臺設備，分別提供給行車調度1、行車調度2、維修調度、環境調度使用。

圖3-5  調度臺錄音線纜，錄音機連接示意圖

3.3.3控制中心無線網管

控制中心無線網管框圖如下（含有基站的車站）：

圖3-6  控制中心無線網管框圖

上海地鐵9號線專用無線二次開發網管系統控制中心側硬件設備包括網管終端主機、顯示器、KVM 4端口共享器、KVM 延長器、鍵盤鼠標。車站側設備包括DE311接口轉換設備及連接線纜等。

網管監控流程：各車站DE311接口轉換設備的作用是將基站電源的信息用RS232接口轉換成IP接口，通過傳輸系統，再經過二次開發機柜內交換機，傳送至網管服務器，最后匯總到MSO網管服務器。控制中心監控網管主機與二次開發機柜內交換機通過標準網線連接。

在監控網管主機上安裝網管監控底層軟件，該軟件通過IP接口監控各車站側基站電源設備。該軟件還通過IP監控各調度臺、CAD服務器、網管客戶端、錄音機的軟件開啟狀態。網管監控底層軟件將監控得到的信息寫入到MSO網管服務器的數據庫中。

在監控網管主機上需安裝上海地鐵網管客戶端軟件，該軟件通過內部協議從MSO網管服務器讀取數據，并呈現在圖形化界面上。

注：無線系統基站的相關信息均由MOTO的MSO通過特定協議傳送給二次開發網管服務器，二次開發網管系統只需按照上表的基站對應編號、基站英文名稱配置相關數據，并且配置的數據要與MOTO的MSO中的相關基站信息數據匹配即可。

3.3.4控制中心降級主機

上海地鐵9號線控制中心二次開發降級系統主要由調度臺、降級主機、車站降級固定臺等組成。系統框圖如下框圖：

圖3-7  控制中心二次開發降級系統圖

3.3.5控制中心錄音機

上海地鐵9號線控制中心二次開發錄音系統框圖如下：  

圖3-8  控制中心二次開發錄音系統圖        

因為需對調度臺主用、監聽兩個通道錄音，故在錄音機上對每臺調度臺使用了2個錄音端口，分別對調度臺的主用、監聽通道錄音。

上海地鐵的錄音機都配置有音箱作為放音設備。當選擇用錄音軟件播放錄音文件時，音箱的音頻插頭必須插在錄音機的錄音卡上的放音端口方可正常放音。當在錄音機上選擇其他軟件播放錄音文件時，音箱的音頻插頭必須插在錄音機的放音端口方可正常放音。

3.4 MOTO-TETRA九號線車站系統結構

3.4.1車站二次開發設備

上海地鐵9號專用無線在車站的二次開發設備主要是車站固定臺，在有基站的車站還配置有降級臺設備。由此我們可以把車站分為兩種：有基站類車站和無基站類車站。

3.4.2車站固定臺

車站固定臺設備由固定臺主機、固定臺操作終端及相關線纜、配件等部分構成。車站固定臺是通過空中無線信號與基站通信，并由基站將接受到的固定臺的語音/數據業務轉發給調度臺或其他無線設備。車站固定臺系統框圖如下：

    圖3-9  車站固定臺系統框圖

車站固定臺連接圖如下：

圖3-10  車站固定臺連接圖

3.4.3車站降級臺

車站降級臺設備只由車站降級臺主機及相關線纜構成。車站降級臺起到的作用是當基站與MSO中心的通路因故障斷開后，該基站覆蓋范圍下的無線設備（如手持臺、車站固定臺、車載臺）通過無線信號與該基站通信，基站通過無線信號發給降級固定臺，降級固定臺通過有線的4線音頻／RS422數據通路與調度大廳行調1或行調2通信。車站降級臺系統框圖如下：

圖3-11  車站降級臺系統框圖

車站降級臺工程連線圖如下：

圖3-12  車站降級臺工程連線圖

3.4.4車輛段調度臺

車輛段各調度臺小機柜盤面圖如下：

圖3-13  車輛段各調度臺小機柜盤面圖

車輛段調度臺小機柜與調度臺操作終端連線圖如下：

圖3-14  車輛段調度臺小機柜與調度臺操作終端連線圖

車輛段調度臺系統框圖如下所示：

圖3-15  車輛段調度臺系統框圖

3.5終端設備MPT850

3.5.1按鍵說明

圖3-16  MPI850按鍵圖

（1）緊急呼叫鍵 —— 緊急呼叫功能必須只有在緊急情況下使用，不正確的使用緊急呼叫功能將嚴重影響系統正常運行和使用。此功能請慎用！

（2）音量旋鈕 —— 控制旋鈕來調節音量，順時針轉動可以提高音量，逆時針轉動可以減低音量。

（3）天線 ——MOTO 800Hz 專用天線。天線在使用時不可拆下，以防手持臺在無天線的情況下發射造成損壞。

（4）頂部麥克風 —— 語音輸入端口，方便不同方位的呼叫。

（5）通話鍵（PTT）—— 呼叫使用鍵，在呼叫時按下此鍵。

（6）彩色屏幕 —— 顯示呼叫信息等數據。

（7）左軟鍵 —— 確認鍵，在菜單欄中使用。

（8）右軟鍵 —— 取消鍵，在菜單欄中使用。

（9）發送鍵 —— 接聽/呼叫鍵，在接聽/呼叫時使用。

（10）瀏覽鍵 —— 上下左右鍵，在菜單欄中使用。

（11）菜單鍵 —— 菜單欄進入鍵，在菜單欄中使用。

（12）開關機鍵/結束鍵 —— 掛機鍵，在結束通話時使用。

（13）揚聲器 —— 在鍵盤下面，提供呼叫音源。

（14）底部麥克風 —— 語音輸入端口，方便不同方位的呼叫。

4. 下一代數字集群通信系統

Dimetra IP系統是摩托羅拉公司研發制造的完全滿足TETRA標準的數字集群系統，是摩托羅拉公司最新推出的采用代表集群系統發展方向的IP技術的TETRA系統。整個系統基于IP交換，核心設備為局域網交換機，中心設備以以太網的形式與局域網交換機相連，系統可支持56個交換節點的互聯，每個節點支持100個基站，700個業務信道時隙，64000個用戶和16000個通話組。

Dimetra IP系統采用了許多新技術，如單播IP技術與多播IP技術、IP虛擬專網技術、動態主機配置技術等等。系統除完全保留了基于電路交換的Dimetra系統固有的技術優勢與功能外，還增加了許多新功能，例如：多時隙分組數據傳輸業務、動態分組數據業務時隙、雙工私密呼叫、被叫遇忙的強拆功能、環境監聽功能、鑒權功能。此外，每個分組數據傳輸時隙PDCH可以支持同時在線進行分組數據傳輸業務的用戶多達60個。多時隙分組數據傳輸最多支持4個時隙的合并使用，每個基站最多可以支持11個數據信道時隙。若將數據信道時隙設為動態時隙，則當基站無空閑語音信道時隙時，動態數據時隙可以臨時用于緊急呼叫、強拆呼叫、或具有強拆動態數據時隙的通話組的呼叫，這樣做可以保證重要用戶的通話。相對于電路交換的系統來說，Dimetra  IP系統的功能更強大，數據應用方面更靈活。

Dimetra IP系統包括新一代MTS系列基站、可擴展型Dimetra IP交換機、第三代TETRA數字集群終端MTP系列堅固型手持無線對講機和MTM系列車載臺及相關零配件。Dimetra IP系統的核心設備是局域網交換機，中心設備以以太網的形式與局域網交換機相連，可支持56個交換節點的互聯，每個節點支持100個基站、700個業務信道時隙、64000個用戶和16000個通話組。系統所能提供的執行關鍵任務需要的功能包括鑒權、單站集群、強拆/強插、多時隙分組數據傳輸、調度臺可監聽100以上通話組以及完備的API等，并在用戶需要的時候提供系統間接口、更高數據速率、高度安全性和語音/數據業務公用等功能。

可見，摩托羅拉TETRA Dimetra IP系統解決方案頻率利用率高、反應部署迅速、保密性強，能夠很好滿足包括救災監測與應急行動、事故搶險調度以及公共安全等不同用戶特定的通信需求。

4.1 IP 數字集群通信系統特點

（1）網絡拓撲多樣，組網靈活。基于IP網絡的架構設計較為靈活，可支持星型、環型、樹型和混合型等各種網絡。

（2）互聯互通性較好。由于采用了IP，數字集群網與互聯網和3G等下一代網絡的互聯互通更加快捷容易。

（3）系統冗余設計。由于基于IP的網絡采用標準設備和標準接口，更方便實現系統的冗余設計，有效地提高了系統的可靠性。

（4）標準互聯，便于擴容和升級。網絡采用、虛擬專用網等，因而方便未來的系統擴容和升級。

（5）具有統一的開發平臺。管理維護層通過采用標準的網絡應用協議，便于各種擴展應用的實現，例如調度臺軟件、語音記錄軟件、GPS定位軟件等，而且通過IP網絡的軟件升級維護更容易。

（6）建設網絡所需的成本降低。網絡的底層傳輸和交換系統中采用IP架構，與傳統的電路交換相比，可以獲得較低的購買成本和較低的維護費用。

4.2 IP技術未來發展優勢

（1）IP數據報報頭中有目的地址等必要內容，使每個數據報不經過同樣的路徑都能準確地到達目的地。在目的地重新組合成原來發送的數據。如果源和目的節點之間某一路徑發生故障，可自動選擇其他路由發送數據，使網絡具有極高的可恢復性。

（2）基于IP的集群網絡融合了調度語音交換、電話語音交換和IP分組網絡，是可以同時提供話音、數據等多種業務的綜合性的網絡平臺體系。可承載各種業務包括：語音呼叫、短數據、分組數據和多時隙分組數據等。采用IP技術還便于采用新業務和應用。例如圖像傳輸等。

（3）IP集群調度系統提供了多媒體協同通信能力，可以傳送語音、文字、圖片、視頻、Email等多種內容，這不同于傳統集群系統，而且獲取這種通信能力的成本比較低。

（4）IP網絡既可以很小也可以很大，專業調度用戶也有類似的需求。有的用戶只有一個或幾個基站的小系統，而有的用戶需要數十個基站的大中型網絡。有的需要覆蓋多個區域、全省甚至覆蓋全國的大型網絡。采用全IP網絡可以使集群網絡構建更加靈活。

（5）系統中每個分組都使用整個鏈路的帶寬，這樣使數據包在鏈路中傳輸得更快，可以設置多種服務等級，優化數據分發和路由，在IP集群中實現3GPPNGN組織都選擇IP網絡作為未來網絡的承載網，因而基于IP構建下一代數字集群系統可以實現集群網絡與公網更好更便捷地互聯互通。

（6）基于IP網絡構建數字集群，可以將業務承載和業務控制分離，從而使整個網絡的結構更加簡單。

5. 結論

當前中國經濟快速穩定發展，繼2008年北京奧運會成功舉辦后，2010年世博會在上海召開，各地基礎設施建設加快，摩托羅拉集群通信系統TETRA憑借其技術先進性和功能多樣化的特點全面應用于各個不同場合。從政府和大型廠礦企業到鐵路公交、海港碼頭和機場樞紐，憑借先進的技術，摩托羅拉的TETRA系統正引領著可互操作的、可擴展的TETRA解決方案的發展和部署并發揮著越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]鄭祖輝. 集群通信在中國.當代通信, 2003,7(14):7-14.

[2]鄭祖輝. TETRA的全IP網絡的分析.移動通信，2008,9(11):9-11.

[3]李進良. TETRA數字集群的進展. 通信產業報，2000,12(26):12-26.

[4]陳如明. 中國數字集群務實發展.中國電子報, 2004,3(24):3-24.

[5]董曉魯. 我國數字集群的應用現狀和技術發展. 通信世界網,2005,10(25):10-25.

[6]孫昕、李海，TETRA數字集群空中接口協議棧體系結構分析，移動通信，2008,11(12):11-12.

[7]摩托羅拉（中國）電子有限公司,TETRA在關鍵業務通信網絡的進展，城市軌道交通研究，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.

此作品來源于2011摩托羅拉解決方案大獎賽