岳曉東

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編者按 近幾年，TD-LTE，LTE-U，LTE-M等4G主流技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為城市軌道交通工程安全運(yùn)營做出了重要貢獻(xiàn)，各地也積累了很多經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上開始思考向5G技術(shù)平滑過渡方案，本期《熱點(diǎn)研討》選登了5篇相關(guān)論文供讀者參考，期望無線傳輸新技術(shù)在軌道交通中發(fā)揮更大的作用。

TD-LTE與TETRA在軌道交通行業(yè)的對比分析

岳曉東

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100044）

從數(shù)字集群通信建設(shè)情況切入，選取國內(nèi)在軌道交通廣泛應(yīng)用的窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)（TETRA體制）和寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)（TD-LTE技術(shù)），對兩種方式的系統(tǒng)特性、建設(shè)應(yīng)用情況進(jìn)行歸納總結(jié)，并結(jié)合軌道交通行業(yè)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)需求，詳細(xì)對比兩者技術(shù)參數(shù)和支持業(yè)務(wù)的能力。對寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在國內(nèi)軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀做出分析總結(jié)，展望寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展前景，為軌道交通無線通信的發(fā)展提供參考。

軌道交通；集群系統(tǒng)；陸上集群無線電（TETRA）；長期演進(jìn)

1 集群通信的現(xiàn)狀

集群通信系統(tǒng)又稱集群調(diào)度系統(tǒng)，簡稱集群系統(tǒng)（trunking system），是為了滿足行業(yè)指揮調(diào)度需求而開發(fā)的，面向行業(yè)應(yīng)用的專用無線通信系統(tǒng)。由于集群通信系統(tǒng)主要側(cè)重于指揮調(diào)度通信，其應(yīng)用可遍及公共安全、交通運(yùn)輸、公共事業(yè)等領(lǐng)域，尤其可以在應(yīng)對突發(fā)事件和自然災(zāi)害的過程中發(fā)揮優(yōu)勢。

與公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)類似，集群通信系統(tǒng)也經(jīng)歷了從第一代模擬集群通信系統(tǒng)，到第二代窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程。第二代窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)是當(dāng)前國際、國內(nèi)市場上應(yīng)用最廣泛的集群通信系統(tǒng)，其代表有：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的陸上集群無線電TETRA（terrestrial trunked radio）系統(tǒng)、美國Motorola的綜合數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)iDEN（integrated digital enhanced networks）系統(tǒng)、瑞典的增強(qiáng)性數(shù)字接入通信系統(tǒng)EDACS（enhanced digital access communications system）、基于碼分多址技術(shù)CDMA（code division multiple access）的開放式集群架構(gòu)GoTa系統(tǒng)[1]和基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（global system for mobile communications）的GT800系統(tǒng)。

2 數(shù)字集群介紹

2.1 窄帶數(shù)字集群

數(shù)字集群調(diào)度系統(tǒng)存在若干種標(biāo)準(zhǔn)和體制。經(jīng)過詳細(xì)的對比研究，我國于21世紀(jì)初選定TETRA和iDEN兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為我國數(shù)字集群通信系統(tǒng)行業(yè)推薦性的標(biāo)準(zhǔn)。其中TETRA標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）開發(fā)，是一個(gè)空中接口信令開放的系統(tǒng)，面向?qū)Ｓ谜{(diào)度和共用集群通信網(wǎng)，在我國應(yīng)用最為廣泛。

2.1.1 TETRA典型特征

TETRA是基于傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信系統(tǒng)的數(shù)字化形成的一個(gè)專用移動(dòng)通信無線電標(biāo)準(zhǔn)。它大量借鑒了GSM的概念，采用TDMA多址方式和類似的邏輯信道。TETRA基于TDMA方式，在25 K帶寬內(nèi)時(shí)分4個(gè)信道，調(diào)制方式p/4-DQPSK，也支持連續(xù)蜂窩的廣域覆蓋。TETRA系統(tǒng)在指揮調(diào)度方面考慮的比較多，可完成話音、電路數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)消息、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信及以上業(yè)務(wù)的直通模式，并可支持多種附加業(yè)務(wù)。在大區(qū)制條件下最大覆蓋半徑為56 km。

2.1.2 TETRA建設(shè)應(yīng)用情況

國外主要有英國（3 500個(gè)基站、20萬用戶）、德國（4 000個(gè)基站）、芬蘭（1 200個(gè)基站、2.6萬用戶）等國家建設(shè)了全國性數(shù)字集群通信網(wǎng)，比利時(shí)、韓國、挪威也在全國主要城市建設(shè)了TETRA數(shù)字集群通信網(wǎng)。

我國的北京（350個(gè)基站、5萬用戶）、廣州（179個(gè)基站、4萬用戶）、上海（159個(gè)基站、4.5萬用戶）、深圳（82個(gè)基站、3萬用戶）、山東（163個(gè)基站，1.3萬用戶）、山西（42個(gè)基站、3 800個(gè)用戶）等地也分別建有TETRA數(shù)字集群通信網(wǎng)。截至2014年，全國共有29個(gè)地市城市建設(shè)了TETRA網(wǎng)（表1為部分建設(shè)情況），并通過2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2009年濟(jì)南全運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)和2011深圳大運(yùn)會(huì)等大型安?；顒?dòng)的實(shí)際應(yīng)用，充分驗(yàn)證了其系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

表1 TETRA建設(shè)情況

2.2 寬帶數(shù)字集群

當(dāng)前基于窄帶數(shù)字集群由于技術(shù)成熟、建網(wǎng)及維護(hù)成本低、簡單易用等優(yōu)勢，在集群通信市場仍然會(huì)有一定的生命周期。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用，集群通信對于通信過程中“全面掌控、現(xiàn)場可見”的需求日益激增，以語音為主的窄帶集群系統(tǒng)，因?qū)σ曨l、圖片等的傳輸能力不足，面臨的系統(tǒng)性能與業(yè)務(wù)需求、技術(shù)發(fā)展趨勢及市場應(yīng)用成熟度等多方面的壓力日益激增。數(shù)字集群技術(shù)發(fā)展跟隨通信技術(shù)飛速更新?lián)Q代，也實(shí)現(xiàn)“跨越式”發(fā)展，逐漸趨向數(shù)據(jù)寬帶化、應(yīng)用多樣化、架構(gòu)全I(xiàn)P化、終端多模化等方向；寬帶數(shù)字集群技術(shù)替代窄帶通信技術(shù)成為了一種發(fā)展必然。寬帶數(shù)字集群技術(shù)基于不同的寬帶無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可通過一張網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)承載語音、高速數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)，并可將專業(yè)通信系統(tǒng)與內(nèi)部管理系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成。隨著LTE技術(shù)的逐步成熟并應(yīng)用于專網(wǎng)通信領(lǐng)域，數(shù)字集群通信行業(yè)技術(shù)應(yīng)用也“跳躍3G直奔4G”，基于LTE的寬帶集群系統(tǒng)成為數(shù)字集群的演進(jìn)主流方向[2]。

2.2.1 TD-LTE典型特征

TD-LTE（time division long term evolution）是移動(dòng)通信主流標(biāo)準(zhǔn)之一，是移動(dòng)通信與寬帶無線接入融合的典范，基于TD-LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)不僅可以繼承TD-LTE系統(tǒng)高速率、大帶寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，滿足現(xiàn)代集群通信網(wǎng)絡(luò)在容量、帶寬、傳輸速率和頻譜利用率等方面的需求，同時(shí)系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，可以和其他現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)互連互通；可滿足當(dāng)前及未來一段時(shí)間內(nèi)行業(yè)發(fā)展需求[3]。2014年我國成立了寬帶集群B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，以推動(dòng)寬帶集群的產(chǎn)業(yè)化和國際化，基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的寬帶集群已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。2015年我國制定了基于TD-LTE的B-TrunC寬帶集群通信標(biāo)準(zhǔn)，也為寬帶集群通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。TD-LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)在系統(tǒng)研發(fā)的自主性方面具有其他寬帶通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模發(fā)展，將大大降低TD-LTE用于寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的成本。同時(shí)TD-LTE后續(xù)演進(jìn)路線清晰，作為寬帶數(shù)字集群技術(shù)，可持續(xù)為行業(yè)發(fā)展提供完善的業(yè)務(wù)能力[4]。

2.2.2 TD-LTE建設(shè)應(yīng)用情況

1）軌道交通行業(yè)。溫州S1線、廣州21號(hào)線正在建設(shè)基于TD-LTE的寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)。

2）其他行業(yè)。目前，遵循B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng)部署于北京政務(wù)網(wǎng)、南京政務(wù)網(wǎng)、天津政務(wù)網(wǎng)、上海政務(wù)網(wǎng)、加納國家安全網(wǎng)等多個(gè)實(shí)踐案例中。2014年8月南京青奧會(huì)期間，LTE無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)成功地為青奧會(huì)提供了PPDR通信服務(wù)，讓青奧會(huì)更綠色、更平安、更高效、更智慧，這也是遵循B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的4G LTE寬帶多媒體數(shù)字集群在國際重大賽事中的首次應(yīng)用，并得到南京市政府相關(guān)部門的高度認(rèn)可[5]。上海虹橋和浦東機(jī)場、海南三亞機(jī)場、河南新鄭機(jī)場、廣西南寧機(jī)場陸續(xù)采用基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群專網(wǎng)建設(shè)其新一代寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行機(jī)坪移動(dòng)作業(yè)管理應(yīng)用[6]。

3 軌道交通行業(yè)現(xiàn)狀及需求特點(diǎn)

集群系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)大致可分成兩個(gè)部分，即語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

語音業(yè)務(wù)的基本業(yè)務(wù)包括組呼、單呼、廣播呼叫、緊急呼叫、優(yōu)先呼叫等?；诩赫{(diào)度的語音特色業(yè)務(wù)有全雙工通信、電話互聯(lián)呼叫、遇忙排隊(duì)、遲后進(jìn)入、動(dòng)態(tài)重組、遠(yuǎn)程監(jiān)控、話語權(quán)申請排隊(duì)、呼叫專業(yè)等待保持、強(qiáng)插強(qiáng)拆、監(jiān)聽、限時(shí)通話、故障弱化、遙斃復(fù)活、直通模式等。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括終端速率、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)定位、短數(shù)據(jù)消息、數(shù)據(jù)調(diào)度、移動(dòng)辦公、視頻回傳、視頻對講、同時(shí)發(fā)生語音和數(shù)據(jù)、同時(shí)發(fā)生語音和視頻等。

目前，集群通信主要是為地鐵運(yùn)營的固定用戶（控制中心、車輛段/停車場調(diào)度員、車站值班員等）和移動(dòng)用戶（列車司機(jī)、防災(zāi)人員、維修人員）之間的語音和數(shù)據(jù)信息交換提供可靠的通信手段；同時(shí)，在地鐵運(yùn)營出現(xiàn)異常情況和有線通信出現(xiàn)故障時(shí)，亦能迅速提供防災(zāi)救援和事故處理等指揮所需要的通信手段[7]。

具體功能包含：

1）通話功能：系統(tǒng)具備全雙工、半雙工、單工等各種通話方式，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間、移動(dòng)用戶和固定用戶、移動(dòng)用戶與調(diào)度臺(tái)之間的通話。2）呼叫功能：單呼、組呼、廣播組呼叫和全呼功能以及普通呼叫、緊急呼叫功能。3）數(shù)據(jù)傳送功能：系統(tǒng)數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)包括狀態(tài)數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。4）輔助業(yè)務(wù)功能：遠(yuǎn)端調(diào)度臺(tái)的接入，中心調(diào)度員的監(jiān)聽及自動(dòng)錄音，空中接口加密、端到端加密，虛擬專網(wǎng)，故障弱化等。

隨著軌道交通對視頻（流媒體）接入需求的高速增長，對信道數(shù)據(jù)傳輸能力的功能需求會(huì)日益緊迫，例如控制中心調(diào)度員、車站值班員、維修人員需要快速接收和下發(fā)、處理故障現(xiàn)場的圖片與視頻，這樣就能夠快速地進(jìn)行處理，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，更加有效地指揮行車[8]。

4 技術(shù)比選

4.1 技術(shù)參數(shù)對比

不同的集群系統(tǒng)參數(shù)有區(qū)別，表2主要是從通信制式、信道帶寬、使用頻段、支持群組數(shù)上進(jìn)行對比[9]。

表2 TETRA與TD-LTE參數(shù)對比

4.2 支持業(yè)務(wù)對比

語音業(yè)務(wù)能力對比情況分析見表3，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力對比見表4，技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢對比見表5。

表3 TETRA與TD-LTE語音業(yè)務(wù)能力對比

表4 TETRA與TD-LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力對比

表5 TETRA與TD-LTE發(fā)展優(yōu)勢對比

從表3～表5可以看出，TETRA可以很好地支持語音業(yè)務(wù)，TD-LTE寬帶集群完全支持各種語音業(yè)務(wù)，通過對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的對比，可以發(fā)現(xiàn)TETRA對視頻業(yè)務(wù)無線進(jìn)行數(shù)據(jù)承載，而TD-LTE寬帶集群對普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)都能夠很好地進(jìn)行承載[10]。

5 結(jié)論

綜上所述，并結(jié)合全國數(shù)字集群的建設(shè)和使用情況，可以分析得出，TETRA系統(tǒng)相對比較成熟，其實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能比較豐富全面，特別是在軌道交通行業(yè)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；基于TD-LTE的寬帶數(shù)字集群技術(shù)在其他行業(yè)有較多的運(yùn)營，在軌道交通行業(yè)還處于起步階段，但是其能夠貼合軌道交通行業(yè)的新增需求，想必隨著技術(shù)規(guī)范的制定、標(biāo)準(zhǔn)化工作的深入、TD-LTE產(chǎn)品的不斷豐富，二次開發(fā)功能不斷完善，可以預(yù)見，基于TD-LTE的寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)將成為未來城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的主流解決方案。

[1] 甘玉璽, 肖健華, 金志虎, 等. 軌道交通車地?zé)o線通信技術(shù)研討[J]. 城市軌道交通研究, 2014, 17(1): 103-106.GAN Yuxi, XIAO Jianhua, JIN Zhihu, et al. On train wayside wireless communication technology in urban rail transit[J]. Urban mass transit, 2014, 17(1): 103-106.

[2] 顏靖華, 鄭濤, 尹軍祖. 兩種數(shù)字集群通信體制PDT與TETRA對比研究[J]. 中國人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 20(1): 87-89.

[3] 夏景輝, 孫寰宇. TD-LTE車-地?zé)o線寬帶集群解決方案[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通, 2013(6): 16-20.XIA Jinghui, SUN Huanyu. Solutions for TD-LTE train- ground wireless broadband cluster[J]. Modern urban transit,2013(6): 16-20.

[4] 隋宇, 程小蓉, 陳輝煌. 基于TD-LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)研究[J]. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 28(6): 778-782.SUI Yu, CHENG Xiaorong, CHEN Huihuang. A survey on trunked communication system based on TD-LTE[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecom-mu-nications (natural science edition), 2016, 28(6): 778-782.

[5] 楊驊, 劉勁松. TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信發(fā)展分析及建議[J]. 移動(dòng)通信, 2014(1): 48-53.

[6] 王思勇. 寬帶集群及其在民航機(jī)場中的應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信, 2016, 40(14): 42-45.WANG Siyong. Broadband cluster and its application in civil aviation[J]. Mobile Communications, 2016, 40(14): 42-45.

[7] 李偉章, 楊海江. 城市軌道交通通信[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2013.

[8] 周凌. 寬帶數(shù)字集群在城市軌道交通中的應(yīng)用探討[J].價(jià)值工程, 2016, 35(31): 223-224. ZHOU Ling. Discussion on the Application of Broadband Digital Cluster in the Urban Rail Transit[J]. Value engi-neering, 2016, 35(31): 223-224.

[9] 陶宇龍, 賈萍, 趙東霞. 寬帶數(shù)字集群在城市軌道交通中的應(yīng)用[J]. 都市快軌交通, 2014, 36(6): 1-3.TAO Yulong, JIA Ping, ZHAO Dongxia. Application of broadband digital trunked communication in urban rail transit[J]. Urban rapid rail transit, 2014, 36(6): 1-3.

[10] 張承健. 談LTE技術(shù)在城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究: 電子版, 2015(20).

（編輯：曹雪明）

Comparative analysis of TD-LTE and TETRA Digital Trunking Systems in the Rail Transportation Industry

YUE Xiaodong

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100044)

From the perspective of the construction of digitally-trunked communication, this paper aims to analyze the application and system performance of TETRA and TD-LTE, the two most popular systems that are widely used in the domestic rail transit industry. In addition, the paper shows the comparison of the technical parameters and business supportive capabilities of the two skills concerning current demand within the rail transit industry. Finally, the paper predicts the worldwide prospect of the development of TETRA and TD-LTE, which is particularly instructive to the future of rail transit wireless communication.

railtransit; trunking system; TETRA; LTE

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.001

U231.1

A

1672-6073(2018)05-0001-04

2017-12-08

2018-05-06

岳曉東，男，碩士研究生，從事軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，xd_85@163.com