TETRA数字集群通信系统
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1超帧=60复帧(=61.2s) 1 2 3 4 5 60
1复帧=18TDMA帧(=1.02s) 1 2 3 4 17 18 控制帧 1TDMA帧=4时隙(=56.67ms) 1 2 3 4
1时隙=510调制比特时段(=14.167ms) 1 2 3 4 5 508 509 510
TETRA猝发结构
1、灵敏度定义 TETRA接收机的灵敏度定义为在话音信道(TCH/S)产 生4%未解码误码率时所需的输入信号电平。 2、参考灵敏度电平和参考灵敏度性能 标准ETS 300 392-2规定了给定接收机输入电平时， 以误码率(BER)或消息删除率(MER)表示的最小接收机性 能，称为参考灵敏度电平。静态和动态环境下基站和移 动台的参考灵敏度要求如下标：
2、系统实际覆盖半径
系统实际的覆盖半径取决于基站天线 的高度和现场环境，不同的基站天线高 度和现场环境（如城市或乡村地区）系 统覆盖半径有时相差很大。
TETRA系统容量计算
TETRA系统每对载波能容纳4个信道(时隙)，其中1个信道为控制信道 ，假设数据传输占30%，语音传输占70%，其中行车调度指挥语音传输占 50%。呼损率为10%，系统忙时话务量为： a=CTK*1/3600 其中：C为每个用户每天平均呼叫次数；T为每次呼叫平均占用信道的 时间（秒/次）；K为忙时集中系数。 当进行数据传输时，C=3次，T=120秒/次，K=10%，则忙时话务量为 0.01Erl/户；当进行行车调度语音传输时，C=100,T=15秒/次，K=10%， 则忙时话务量为0.0422Erl/户；当进行其它调度语音传输时，C=20次， T=15秒/次，K=10%，则忙时话务量为0.0083Erl/户。系统总忙时话务量 为0.02576Erl/户。因此，在不同载波情况下，利用爱尔兰公式可以得到 用户数为： 载波数 信道数 系统话务量 最大用户数 1 2 3 3 7 11 1.271 4.666 8.487 49 181 329
TETRA和iDEN的主要技术特性
TETRA的主要技术特性: iDEN的主要技术特性： 多址方式：TDMA 多址方式：TDMA 信道带宽：25kHz 信道宽度：25kHz 每信道时隙数：4 每信道时隙数：6 适用频段：350MHz和800MHz 适用频段：800MHz和1．5GHz 带宽：15MHz 带宽：15MHz 收发双工间隔：45MHz 收发双工间隔：45MHz 调制方式:π/4DQPSK 调制方式：M-16QAM 调制信道比特率：36kbps 调制信号比特率：64kbps 语音编码速率： 4.567kbps(ACELP) 话音编码：4.2kbps(VSELP) 用户数据速率 7.2kbps(每时隙) 信道检错编码：循环冗余校验码CRC 数据速率可变范围：2.4kbps~28.8kbps 信道纠错编码：多码率格形前向纠错码 接入协议时隙：ALOHA
TETRA系统的特点
（1）虚拟网概念－各机构可根据自身需求在同一个物理网络中组建各 自的虚拟网。 （2）直通工作方式－终端之间可脱离基站和网络实现通信。 （3）良好的开放型－TETRA定义了各种标准接口，可以支持不同厂家 的设备。 （4）多业务特性－TETRA支持包括单呼、组呼、广播多种话音业务， 支持包括短消息、状态消息、分组数据消息和电路交换数据等多种数 据业务。 （5） 系统采用π/4DQPSK信道调制方式，提高信道利用率。
TETRA的业务划分
用户终端业务 承载业务 人机接口 终端接口
TE
NT 或 MT
TETRA 网
可能的 传输网
终端网 ISDN或 TETRA网
NT 或 MT
TE
移动台或有线台
TE—终端设备；NT—网络终端； MT—移动终端
移动台或有线台
TETRA支持的用户终端业务和承载业务
根据业务接入点的不同，TETRA的基本业务可划分 为：用户终端业务和承载业务。
34 跃升和 功放线 性化 4 尾 比 特 216 扰频码比特块1 22 延伸的 训练序 列 216 扰频码比特块2 4 尾 比 特 14 保护比 特
2、下行链路猝发
下行链路常规猝发 下行链路同步连续猝发 下行链路常规断续猝发 下行链路同步断续猝发 下行链路线性化猝发
TETRA的无线特性－灵敏度、干扰抑制度
（2）系统组网构成示意图
深圳地铁TETRA系统
（1）深圳地铁简介
深 圳 地 铁 一 期 工 程 范 围 包 括 东 西 向 1 号 线 13 个 车 站 ， 全 程 14.989km，南北向4号线5个车站，全程4.479km。 深圳地铁调度控制中心(OCC)设在竹子林，该中心配置如下：控 制交换机(数字集群交换机-DXT)1台，网络交换机(局域网集线)2台 ，调度台控制器(语音通道-DSC)1台，调度台4台，服务器3台，打印 机2台，录音机1台。 系统主要设备： 基站：8； 干放：10； 功分器：二功分×2，3功分×8，四功分×6； 耦合器：6dB×4，15dB×2，20dB×14。
TETRA系统覆盖半径
1、系统极限覆盖半径
TETRA系统的基站覆盖半径受限于两个因素： 第一是信号强度；第二是同步。这两个条件同时 满足时才能完成正常的信号接收,而信号强度问 题好解决，因此系统极限覆盖半径主要受限于上 行同步。 上行猝发同步保护时段为14bit，因此系统极 限覆盖半径为： 3×108m/s×14bit×27.78us/b×10-6÷2≈58km
（3）补充业务包括：专业调度型补充业务和电话 型补充业务。
TETRA的频率划分(中国)
380MHz 390MHz 400MHz
上行链路
下行链路
10MHz双工间隔
中国使用Hale Waihona Puke Baidu数字集群频段
806MHz
821MHz
851MHz
866MHz
上行链路
45MHz双工间隔
下行链路
中国使用的数字集群频段
TETRA的多址技术
1 2 3 4 3 4 1 2
1、TETRA的FDMA和TDMA
1 2 3 4
3
4
1
2
1
2
3
4
f TCH1下行链路
MS1
TCH1上行链路
MS1
t
2、发射和接收时分多址信号示意图
基站发射信号功率(下行) 基站发射信号功率(下行)
p
…
…
t
(a)发射机发射信号电平示意图 (a)发射机发射信号电平示意图
基站接收信号功率(上行) 基站接收信号功率(上行)
上行链路控制猝发
34 跃升和 功放线 性化 4 尾 比 特 84 扰频码比特 30 延伸的训 练序列
1、上行链路猝发
84 扰频码比特 4 尾 比 特 15 保护比特
0.94ms 94ms
0.42ms 42ms
上行链路移动台功放线性化猝发
240 跃升和功放线性化 15 保护比特
6.66ms 66ms
上行链路常规猝发
TETRA系统的发展
TETRA:Trans European Trunked Radio,全欧集群 无线电,后更名为:Trans Trunked Radio,陆地集群 无线电。标准由ETSI制定。
20世纪80年代末，欧洲开始研究数字集群通信体制； 1995年ETSI只是确定TETRA标准； 1998年起全面推广； 2001年800MHz频段TETRA系统进入我国市场； 2003年12月350MHz频段TETRA系统开始在我国组网试验。
设备类型 基站 移动台 静态 -115dBm -112dBm 动态 -106dBm -103dBm 噪声系数 6.4dB 9.4dB
3、等效能噪比 静态：10dB； 动态：19dB。 4、干扰抑制度 标准ETS 300 392-2[2]规定参考干扰抑制度： 同频干扰比：C/Ic=19dB； 邻频干扰比：C/Ia=-45dB。 对静态条件下干扰抑制度建议值： 同频干扰比：C/Ic=10dB； 邻频干扰比：C/Ic=-54dB。
TETRA支持的各种业务
（1）用户终端业务包括：单呼(点对点)、组呼(点 对多点)、广播(单向点对多点)、数据业务； （2）承载业务包括：分组数据、电路数据。承载 业务提供下列用户比特率：
• 未保护的话音或数据为7.2kbps(最高可达28.8kbps)； • 低保护度数据为4.8kbps (最高可达19.2kbps)； • 高保护度的数据为2.4kbps (最高可达9.6kbps)；
TETRA系统的发展方向
今后，TETRA将主要沿着以下几个方向发展： 高级无线数据业务DAWS(Digital Advanced Wireless Services)的研究开发； 频率扩展，争取覆盖130MHz～1GHz，以适应市场的 需要； 更新和完善TETRA SIM卡，与第三代移动通信兼容； 进一步增强互连性；开发研究多模终端
TETRA的网络结构
SwMI:Switching and Management Infrastructure, 交换和管理基础设施。
网管终端 其他网络
SwMI
移动台 TETRA网络结构示意图
调度台
电话网
话音 交换 机 调 度 数据 交换 机
调度台
交 换 中 心
BTS
数据网
TETRA集群通信网配置示意图
宁启铁路TETRA系统
（1）宁启铁路简介 宁启（南京-启东）铁路南京至海安段全长约210 公 里，西起南京铁路枢纽的林场站，东至新长铁路的海安 站，途经南京、扬州、泰州等地区，是铁道部和江苏省 共同投资建设的一条国家Ⅰ级干线铁路。 系统主要由一个移动交换中心、两个三载波基站和10 个两载波基站、 5套调度终端，200台手持终端、10台车 载台、15台固定台组成。其中交换中心(含系统网管终端 )设在宁启铁路扬州通信站。
（2）系统组网构成示意图
E1
220V/48 电源
DXT64 交换机
E1
传 输 设 备
E1
TE1 B S
传 输 设 备
E1
T E1 B S
1
2
网管终端
DSC
DIAA
车台 调度终端 手机机
系统组网构成示意图
（3）基站与从属中继器相向引出的漏缆的截断间距示意图
TETRA的优点
TETRA系统的主要优点在于它可以在同一技术 平台上提供指挥调度、数据传输及电话服务，因此 只需一套系统就可以满足一个组织的多种无线通信 需求。此外，TETRA作为一种数字通信标准，可以 支持广区覆盖。
TETRA的基本通信方式
（1）V+D，语音加数据通信方式：提供许多与语音 和数据传输相关的用户终端业务、承载业务和补充 业务。 （ 2 ） PDO ， 优 化 分 组 数 据 通 信 方 式 ： 符 合 TETRA(PDO)规范的设备只支持分组数据业务，在 25KHz信道中，其有效数据传输率可高达36kbps。 （3）DMO，直通通信方式：即TETRA终端之间不需 要通过基站就可以直接通信的脱网通信模式。
最大电平
(b)发射机接收信号电平示意图 (b)发射机接收信号电平示意图
TETRA帧结构
1、TETRA时隙结构
56.67 ms
1
2 2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
14.167 ms
帧：56.67ms
1
2 2
3
4
1
14.167 ms SSN1
2
3
4
1
2
3
4
SSN2
子时隙：7.08ms
仅上行链路
2、TETRA帧结构
集群通信在我国的发展
专用通信
20世纪80年代之前
集群通信
20世纪80年代初
模拟集群通信
20世纪80年代初～80年代末
数字集群通信
20世纪90年代～
国内外主要数字集群技术比较
TETRA 多址方式 载波带宽 开放程度 集群业务的 支持能力 数据速率 未来发展 直通工作 单载单扇最 大组容量 频率规划 呼叫建立时 间(理论值) 话权申请时 间(理论值) TDMA 25KHz 较低 较强，支持的集 群类补充业务丰 富 低 －－ 支持 4 中 <500ms <200ms iDEN TDMA 25KHz 不开放 较强，支持的集 群类补充业务丰 富，比TETRA少 低 Wi-iDEN 不支持 6 中 <1s <200ms GoTa CDMA 1.25MHz 较高 较强，支持的集群类补充业 务丰富，比TETRA少 高 EV-DO,EV-DV(可以平滑演进) 不支持 3×30(3个组，每组30个用 户)，5×20，10×11 少 <1s <200ms GT800 TDMA 200KHz 较高 较强，支持的集群类补充 业务丰富，比TETRA少 中等 TD-SCDMA(不是平滑演进) 不支持 7组或3组 多 <1s <200ms
1复帧=18TDMA帧(=1.02s) 1 2 3 4 17 18 控制帧 1TDMA帧=4时隙(=56.67ms) 1 2 3 4
1时隙=510调制比特时段(=14.167ms) 1 2 3 4 5 508 509 510
TETRA猝发结构
1、灵敏度定义 TETRA接收机的灵敏度定义为在话音信道(TCH/S)产 生4%未解码误码率时所需的输入信号电平。 2、参考灵敏度电平和参考灵敏度性能 标准ETS 300 392-2规定了给定接收机输入电平时， 以误码率(BER)或消息删除率(MER)表示的最小接收机性 能，称为参考灵敏度电平。静态和动态环境下基站和移 动台的参考灵敏度要求如下标：
2、系统实际覆盖半径
系统实际的覆盖半径取决于基站天线 的高度和现场环境，不同的基站天线高 度和现场环境（如城市或乡村地区）系 统覆盖半径有时相差很大。
TETRA系统容量计算
TETRA系统每对载波能容纳4个信道(时隙)，其中1个信道为控制信道 ，假设数据传输占30%，语音传输占70%，其中行车调度指挥语音传输占 50%。呼损率为10%，系统忙时话务量为： a=CTK*1/3600 其中：C为每个用户每天平均呼叫次数；T为每次呼叫平均占用信道的 时间（秒/次）；K为忙时集中系数。 当进行数据传输时，C=3次，T=120秒/次，K=10%，则忙时话务量为 0.01Erl/户；当进行行车调度语音传输时，C=100,T=15秒/次，K=10%， 则忙时话务量为0.0422Erl/户；当进行其它调度语音传输时，C=20次， T=15秒/次，K=10%，则忙时话务量为0.0083Erl/户。系统总忙时话务量 为0.02576Erl/户。因此，在不同载波情况下，利用爱尔兰公式可以得到 用户数为： 载波数 信道数 系统话务量 最大用户数 1 2 3 3 7 11 1.271 4.666 8.487 49 181 329
TETRA和iDEN的主要技术特性
TETRA的主要技术特性: iDEN的主要技术特性： 多址方式：TDMA 多址方式：TDMA 信道带宽：25kHz 信道宽度：25kHz 每信道时隙数：4 每信道时隙数：6 适用频段：350MHz和800MHz 适用频段：800MHz和1．5GHz 带宽：15MHz 带宽：15MHz 收发双工间隔：45MHz 收发双工间隔：45MHz 调制方式:π/4DQPSK 调制方式：M-16QAM 调制信道比特率：36kbps 调制信号比特率：64kbps 语音编码速率： 4.567kbps(ACELP) 话音编码：4.2kbps(VSELP) 用户数据速率 7.2kbps(每时隙) 信道检错编码：循环冗余校验码CRC 数据速率可变范围：2.4kbps~28.8kbps 信道纠错编码：多码率格形前向纠错码 接入协议时隙：ALOHA
TETRA系统的特点
（1）虚拟网概念－各机构可根据自身需求在同一个物理网络中组建各 自的虚拟网。 （2）直通工作方式－终端之间可脱离基站和网络实现通信。 （3）良好的开放型－TETRA定义了各种标准接口，可以支持不同厂家 的设备。 （4）多业务特性－TETRA支持包括单呼、组呼、广播多种话音业务， 支持包括短消息、状态消息、分组数据消息和电路交换数据等多种数 据业务。 （5） 系统采用π/4DQPSK信道调制方式，提高信道利用率。
TETRA的业务划分
用户终端业务 承载业务 人机接口 终端接口
TE
NT 或 MT
TETRA 网
可能的 传输网
终端网 ISDN或 TETRA网
NT 或 MT
TE
移动台或有线台
TE—终端设备；NT—网络终端； MT—移动终端
移动台或有线台
TETRA支持的用户终端业务和承载业务
根据业务接入点的不同，TETRA的基本业务可划分 为：用户终端业务和承载业务。
34 跃升和 功放线 性化 4 尾 比 特 216 扰频码比特块1 22 延伸的 训练序 列 216 扰频码比特块2 4 尾 比 特 14 保护比 特
2、下行链路猝发
下行链路常规猝发 下行链路同步连续猝发 下行链路常规断续猝发 下行链路同步断续猝发 下行链路线性化猝发
TETRA的无线特性－灵敏度、干扰抑制度
（2）系统组网构成示意图
深圳地铁TETRA系统
（1）深圳地铁简介
深 圳 地 铁 一 期 工 程 范 围 包 括 东 西 向 1 号 线 13 个 车 站 ， 全 程 14.989km，南北向4号线5个车站，全程4.479km。 深圳地铁调度控制中心(OCC)设在竹子林，该中心配置如下：控 制交换机(数字集群交换机-DXT)1台，网络交换机(局域网集线)2台 ，调度台控制器(语音通道-DSC)1台，调度台4台，服务器3台，打印 机2台，录音机1台。 系统主要设备： 基站：8； 干放：10； 功分器：二功分×2，3功分×8，四功分×6； 耦合器：6dB×4，15dB×2，20dB×14。
TETRA系统覆盖半径
1、系统极限覆盖半径
TETRA系统的基站覆盖半径受限于两个因素： 第一是信号强度；第二是同步。这两个条件同时 满足时才能完成正常的信号接收,而信号强度问 题好解决，因此系统极限覆盖半径主要受限于上 行同步。 上行猝发同步保护时段为14bit，因此系统极 限覆盖半径为： 3×108m/s×14bit×27.78us/b×10-6÷2≈58km
（3）补充业务包括：专业调度型补充业务和电话 型补充业务。
TETRA的频率划分(中国)
380MHz 390MHz 400MHz
上行链路
下行链路
10MHz双工间隔
中国使用Hale Waihona Puke Baidu数字集群频段
806MHz
821MHz
851MHz
866MHz
上行链路
45MHz双工间隔
下行链路
中国使用的数字集群频段
TETRA的多址技术
1 2 3 4 3 4 1 2
1、TETRA的FDMA和TDMA
1 2 3 4
3
4
1
2
1
2
3
4
f TCH1下行链路
MS1
TCH1上行链路
MS1
t
2、发射和接收时分多址信号示意图
基站发射信号功率(下行) 基站发射信号功率(下行)
p
…
…
t
(a)发射机发射信号电平示意图 (a)发射机发射信号电平示意图
基站接收信号功率(上行) 基站接收信号功率(上行)
上行链路控制猝发
34 跃升和 功放线 性化 4 尾 比 特 84 扰频码比特 30 延伸的训 练序列
1、上行链路猝发
84 扰频码比特 4 尾 比 特 15 保护比特
0.94ms 94ms
0.42ms 42ms
上行链路移动台功放线性化猝发
240 跃升和功放线性化 15 保护比特
6.66ms 66ms
上行链路常规猝发
TETRA系统的发展
TETRA:Trans European Trunked Radio,全欧集群 无线电,后更名为:Trans Trunked Radio,陆地集群 无线电。标准由ETSI制定。
20世纪80年代末，欧洲开始研究数字集群通信体制； 1995年ETSI只是确定TETRA标准； 1998年起全面推广； 2001年800MHz频段TETRA系统进入我国市场； 2003年12月350MHz频段TETRA系统开始在我国组网试验。
设备类型 基站 移动台 静态 -115dBm -112dBm 动态 -106dBm -103dBm 噪声系数 6.4dB 9.4dB
3、等效能噪比 静态：10dB； 动态：19dB。 4、干扰抑制度 标准ETS 300 392-2[2]规定参考干扰抑制度： 同频干扰比：C/Ic=19dB； 邻频干扰比：C/Ia=-45dB。 对静态条件下干扰抑制度建议值： 同频干扰比：C/Ic=10dB； 邻频干扰比：C/Ic=-54dB。
TETRA支持的各种业务
（1）用户终端业务包括：单呼(点对点)、组呼(点 对多点)、广播(单向点对多点)、数据业务； （2）承载业务包括：分组数据、电路数据。承载 业务提供下列用户比特率：
• 未保护的话音或数据为7.2kbps(最高可达28.8kbps)； • 低保护度数据为4.8kbps (最高可达19.2kbps)； • 高保护度的数据为2.4kbps (最高可达9.6kbps)；
TETRA系统的发展方向
今后，TETRA将主要沿着以下几个方向发展： 高级无线数据业务DAWS(Digital Advanced Wireless Services)的研究开发； 频率扩展，争取覆盖130MHz～1GHz，以适应市场的 需要； 更新和完善TETRA SIM卡，与第三代移动通信兼容； 进一步增强互连性；开发研究多模终端
TETRA的网络结构
SwMI:Switching and Management Infrastructure, 交换和管理基础设施。
网管终端 其他网络
SwMI
移动台 TETRA网络结构示意图
调度台
电话网
话音 交换 机 调 度 数据 交换 机
调度台
交 换 中 心
BTS
数据网
TETRA集群通信网配置示意图
宁启铁路TETRA系统
（1）宁启铁路简介 宁启（南京-启东）铁路南京至海安段全长约210 公 里，西起南京铁路枢纽的林场站，东至新长铁路的海安 站，途经南京、扬州、泰州等地区，是铁道部和江苏省 共同投资建设的一条国家Ⅰ级干线铁路。 系统主要由一个移动交换中心、两个三载波基站和10 个两载波基站、 5套调度终端，200台手持终端、10台车 载台、15台固定台组成。其中交换中心(含系统网管终端 )设在宁启铁路扬州通信站。
（2）系统组网构成示意图
E1
220V/48 电源
DXT64 交换机
E1
传 输 设 备
E1
TE1 B S
传 输 设 备
E1
T E1 B S
1
2
网管终端
DSC
DIAA
车台 调度终端 手机机
系统组网构成示意图
（3）基站与从属中继器相向引出的漏缆的截断间距示意图
TETRA的优点
TETRA系统的主要优点在于它可以在同一技术 平台上提供指挥调度、数据传输及电话服务，因此 只需一套系统就可以满足一个组织的多种无线通信 需求。此外，TETRA作为一种数字通信标准，可以 支持广区覆盖。
TETRA的基本通信方式
（1）V+D，语音加数据通信方式：提供许多与语音 和数据传输相关的用户终端业务、承载业务和补充 业务。 （ 2 ） PDO ， 优 化 分 组 数 据 通 信 方 式 ： 符 合 TETRA(PDO)规范的设备只支持分组数据业务，在 25KHz信道中，其有效数据传输率可高达36kbps。 （3）DMO，直通通信方式：即TETRA终端之间不需 要通过基站就可以直接通信的脱网通信模式。
最大电平
(b)发射机接收信号电平示意图 (b)发射机接收信号电平示意图
TETRA帧结构
1、TETRA时隙结构
56.67 ms
1
2 2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
14.167 ms
帧：56.67ms
1
2 2
3
4
1
14.167 ms SSN1
2
3
4
1
2
3
4
SSN2
子时隙：7.08ms
仅上行链路
2、TETRA帧结构
集群通信在我国的发展
专用通信
20世纪80年代之前
集群通信
20世纪80年代初
模拟集群通信
20世纪80年代初～80年代末
数字集群通信
20世纪90年代～
国内外主要数字集群技术比较
TETRA 多址方式 载波带宽 开放程度 集群业务的 支持能力 数据速率 未来发展 直通工作 单载单扇最 大组容量 频率规划 呼叫建立时 间(理论值) 话权申请时 间(理论值) TDMA 25KHz 较低 较强，支持的集 群类补充业务丰 富 低 －－ 支持 4 中 <500ms <200ms iDEN TDMA 25KHz 不开放 较强，支持的集 群类补充业务丰 富，比TETRA少 低 Wi-iDEN 不支持 6 中 <1s <200ms GoTa CDMA 1.25MHz 较高 较强，支持的集群类补充业 务丰富，比TETRA少 高 EV-DO,EV-DV(可以平滑演进) 不支持 3×30(3个组，每组30个用 户)，5×20，10×11 少 <1s <200ms GT800 TDMA 200KHz 较高 较强，支持的集群类补充 业务丰富，比TETRA少 中等 TD-SCDMA(不是平滑演进) 不支持 7组或3组 多 <1s <200ms