（通信与信息系统专业论文）tetra数字集群通信系统在秦沈客运专线中的应用研究.pdf

一一一一玉鱼进竺经越些3c 摘要 t e t r a 数字集群通信系统以其 自身突出的优点被我国铁路第 一条客运专线一秦沈客运专线所采用， 作为铁路专用无线通信系统 以解 决 铁 路 区 间 移 动 人 员 的 通 信 联 络 ，这 也 是 世 界 上 首 次 将 t e t r a数字集群通信系统应用于铁路通信，因此面临很多挑战。 本文对 t e t r a数字集群系统在秦沈客运专线中的应用进行了 研究，主要成果如下:从标准族、技术体制、系统组成以及业务功 能特点等几个方面对 t e t r a数字集群通信系统进行分析，为其在 秦沈客运专 线 中的应用提供设计依据 和技术标准 ; 以铁道部对秦 沈 客运专 线通信 系统的设计定位 为 出发 点 ，从 区域覆盖分析 、系统容 量预测、系统频率配置、系统构成以及系统功能等几个方面提出了 t e t r a 数字集群通信系统的设计思路和设计方法，完成了秦沈客 运专线 t e t r a数字集群通信系统的组网设计，并论述进行科研试 验的必要性;研究了电波传播的路径损耗特性及其一般模型，结合 客运专线电波传播的特点，提出秦沈客运专线电波传播测试方法， 确定具体的测试参数， 基于秦沈客运专线山绥试验段科研试验现场 测试所得到的场强数据，采用最小均方误差估计的分析方法，建立 客运专 线 的 电波传播路径损耗模 型并对其进 行分析 。 本 文的研 究成果有助于充分 发挥 t e t r a 的优势 ，最大可 能的 实现设计的有效性、合理性与先进性 ，使其能够满足秦沈客运专线 的实际需要，同时也为 t e t r a数字集群通信系统在中国铁路客运 专线和高速铁路的进一步应用积累经验。 关键词: 数字集群;t e t r a;秦沈客运专线:组网设计;电波传 播 : 路径损耗 模 型 一一， -一一一3 c * t t q i f t m f t， 一 们 币 闷 行一一 一 abstract t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m i s a d o p t e d b y q i n 一 s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e , w h i c h i s t h e f i r s t p a s s e n g e r ma i n l i n e i n c h i n a f o r i t s o u t s t a n d i n g me r i t s . q u a r a i l w a y s p e c i a l r a d i o c o mmu n i c a t i o n s y s t e m, i t a c c o mp l i s h e s c o mmu n i c a t i o n s a mo n g mo b i l e p e r s o n n e l . i t i s a l s o t h e f i r s t t i me t o a p p l y t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m t o r a i l w a y c o m mu t a t i o n i n t h e w o r l d , s o t h e r e a r e ma n y c h a l l e n g e s . t h e a p p l i c a t i o n o f t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m i n q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e i s s t u d i e d i n t h i s p a p e r . t h e ma i n c o n t r i b u t i o n s a r e a s f o l l o w s : t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m i s a n a l y z e d f r o m t h e v i e w p o i n t o f s t a n d a r d s f a mi l y , t e c h n i c a l s y s t e m, s y s t e m c o mp o s i t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f o p e r a t i o n f u n c t i o n s . t h e d e s i g n g i s t a n d t e c h n i c a l s t a n d a r d s a r e p r o v i d e d f o r t h e a p p l i c a t i o n o f t e t r a i n q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e ; b a s e d o n t h e d e s i g n o r i e n t a t i o n a b o u t t h e c o m mu n i c a t i o n s y s t e m o f q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e b y c h i n e s e r a i l w a y d e p a r t me n t , t h e d e s i g n i d e a s a n d d e s i g n me t h o d s a b o u t t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m o f q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e a r e s t u d i e d f r o m t h e v i e w p o i n t o f r e g i o n a l c o v e r a g e a n a l y s i s , s y s t e m c a p a c i t y f o r e c a s t i n g , s y s t e m f r e q u e n c y c o n f i g u r a t i o n , s y s t e m c o m p o s i t i o n a n d s y s t e m f u n c t i o n s . t h e d e s i g n o f t e t r a d i g i t a l t r u n k i n g s y s t e m o f q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e i s a c c o mp l i s h e d , a n d t h e n e c e s s i t y f o r s c i e n t i f i c r e s e a r c h t e s t i s d i s c u s s e d ; t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d g e n e r a l mo d e l o f r a d i o - p r o p a g a t i o n p a t h - l o s s a r e s t u d i e d . c o mb i n i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c o f r a d i o p r o p a g a t i o n o f q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e , t h e t e s t a p p r o a c h o f r a d i o p r o p a g a t i o n i s p r o p o s e d , a n d t h e d e t a i l e d t e s t p a r a me t e r s a r e d e t e r mi n e d . b a s e d o n t h e f i e l d 一 i n t e n s i t y d a t a o b t a i n e d f r o m t h e o n - s i t e t e s t i n g o f s c i e n t i f i c - r e s e a r c h e x p e r i me n t a t s h a n - s u i s e g me n t , a r a d i o - p r o p a g a t i o n p a s s - l o s s mo d e l o f t h e a b s t r a c t p a s s e n g e r ma i n l i n e i s e s t a b l i s h e d b y t h e me t h o d o f mi n i mu m me a n s q u a r e e r r o r e s t i ma t i o n , a n d t h e o b t a i n e d mo d e l i s a l s o a n a l y z e d . t h e o b t a i n e d r e s u l t s i n t h i s p a p e r wi l l b e n e f i t e x e r t i n g a d v a n t a g e s o f t e t r a a d e q u a t e l y , a n d r e a l i z e v a l i d i t y , r a t i o n a l i t y a n d a d v a n c e me n t o f t h e d e s i g n t o t h e u t mo s t . t h i s p a p e r n o t o n l y h e l p s t o me e t t h e p r a c t i c a l d e ma n d s o f q i n - s h e n p a s s e n g e r ma i n l i n e , b u t a l s o a c c u mu l a t e s e x p e r i e n c e s f o r t h e f u r t h e r a p p l i c a t i o n o f t e t r a i n t h e c h i n e s e p a s s e n g e r ma i n l i n e a n d h i g h 一 s p e e d r a i l w a y . ke y wo r d s : d i g i t a l t r u n k i n g ; t e t r a; q i n 一 s h e n p a s s e n g e r l i n e ; n e t w o r k d e s i g n ; r a d i o p r o p a g a t i o n ; p a t h mo de l m a i n l os s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 ， 搜大生一 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 0j坎. 签 字 日 期 :.1 6 0 4 , 年 月z 。日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全了 解达生人岁 匕有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。 特 授 权 适进人主 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索， 并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅。 同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学 位 论 文 作 者 签 名 : ( 0j e 轰 签字日 期: .2 n o 4年6月 之 。日 ” 师 签 名 : 吉 i幸 签 字 日 期 : , ) -d 产 乙 月 么 。 日 天津大学硕士学位论文 第一章绪 论 集群( t r u n k i n g ) 概念的 提出和集群系统的问世，标志着专用移动通信进 入了集群时代。集群通信系统作为专用移动通信系统得到了迅速发展，广泛 应用于铁路、交通、水利、公安等政府和产业部门。 2 1 世纪的专用移动通信如何发展，是通信业生产、运营、应用部门十分 关注的问题。它所涉及的技术和市场也是值得深入探讨和研究的重大课题。 现代移动通信技术的快速发展，己深刻地影响专用移动通信的发展。因此， 研究以提供调度通信业务为主的专用移动通信的技术发展趋势以及其应用 前景， 特别是对集群技术给以正 确的 评价是 非常必要的 l l l 1 . 1集群专用移动通信及其特点 1 4 1 移动通信从应用方面划分为公众移动通信网( p l mn ) 、 专用移动通信网 ( p mr s )和无线寻呼系统 ( p r s )三大类。 公众移动通信网是由政府或它所批准经营者， 为公众提供移动通信业务 目的而建立和经营的网络。该网络必须与公众交换电话网 ( p s t n )互联， 形成整个地区或国家规模的通信网。 无线寻呼系统是一种单信道、单向的通信系统，由于系统构成简单， 价 格低廉，很受用户青睐，发展速度很快，并正向高速寻呼业务和无线寻呼拓 展业务两方面发展。 专用移动通信网是指供各部门和单位内部使用的移动通信网， 主要提供 调度通信服务，故也称无线调度通信网。调度通信系统的特征为:网络拓扑 为星状结构，便于实现调度中心对各个移动终端的指令传输;网络功能应当 包括动态重组、优先级、组呼、选呼等;网络覆盖为大区制或中区制;通信 方式是以单工通信为主。 早期的专用移动通信是由对讲机构成， 8 0 年代发展成为大区制覆盖的单 频道单基站系统，随后发展成为多频道单基站系统。在引入多频道共享技术 之后，于1 9 8 5 年发展成为第一代 ( 模拟)集群调度系统，即多频道共享 ( 集 群)的单基站或多基站调度通信系统，并于1 9 8 7 年商业化。随着引入数字化 天津大学硕士学位论文 第一章绪 论 集群( t r u n k i n g ) 概念的 提出和集群系统的问世，标志着专用移动通信进 入了集群时代。集群通信系统作为专用移动通信系统得到了迅速发展，广泛 应用于铁路、交通、水利、公安等政府和产业部门。 2 1 世纪的专用移动通信如何发展，是通信业生产、运营、应用部门十分 关注的问题。它所涉及的技术和市场也是值得深入探讨和研究的重大课题。 现代移动通信技术的快速发展，己深刻地影响专用移动通信的发展。因此， 研究以提供调度通信业务为主的专用移动通信的技术发展趋势以及其应用 前景， 特别是对集群技术给以正 确的 评价是 非常必要的 l l l 1 . 1集群专用移动通信及其特点 1 4 1 移动通信从应用方面划分为公众移动通信网( p l mn ) 、 专用移动通信网 ( p mr s )和无线寻呼系统 ( p r s )三大类。 公众移动通信网是由政府或它所批准经营者， 为公众提供移动通信业务 目的而建立和经营的网络。该网络必须与公众交换电话网 ( p s t n )互联， 形成整个地区或国家规模的通信网。 无线寻呼系统是一种单信道、单向的通信系统，由于系统构成简单， 价 格低廉，很受用户青睐，发展速度很快，并正向高速寻呼业务和无线寻呼拓 展业务两方面发展。 专用移动通信网是指供各部门和单位内部使用的移动通信网， 主要提供 调度通信服务，故也称无线调度通信网。调度通信系统的特征为:网络拓扑 为星状结构，便于实现调度中心对各个移动终端的指令传输;网络功能应当 包括动态重组、优先级、组呼、选呼等;网络覆盖为大区制或中区制;通信 方式是以单工通信为主。 早期的专用移动通信是由对讲机构成， 8 0 年代发展成为大区制覆盖的单 频道单基站系统，随后发展成为多频道单基站系统。在引入多频道共享技术 之后，于1 9 8 5 年发展成为第一代 ( 模拟)集群调度系统，即多频道共享 ( 集 群)的单基站或多基站调度通信系统，并于1 9 8 7 年商业化。随着引入数字化 天津大学硕士学位论文 技术，产生了第二代的数字集群通信系统。 集群系统是一种共用无线频道的专用调度移动通信系统， 它采用了现代 通信中的多信道共用和动态分配信道技术。第一代模拟集群系统的贡献在 于:频率、设备、服务的资源共享，费用分担和系统的集中维护与管理。在 单工通信方式下，利用多频道共享技术实现了“ 消息集群”和 “ 传输集群” ， 提高了频道利用率。 数字化对集群系统带来的好处正如蜂窝系统数字化一样。采用t d ma 多 址方式的第二代数字集群系统，其频谱利用率比模拟系统大为提高，因而， 数字集群系统具有更大的系统容量。 集群专用移动通信的主要特点可归纳为以下几点: . 共用频率:将原分配给各部门的少量专用频率集中管理，供各家 一起使用。 . 共用设施:由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基 站等设施集中管理。 . 共享通信业务:除可进行正常的通信业务外，还可有组织地发布 共同关心的一些信息，如气象预报等。 . 共同分担费用。 . 接续时间短，能快速获取信道和脱开信道。 . 具有先进的数字信令系统。 . 采用分散式容错处理，具有故障弱化功能。 . 采用灵活的多级分组。 . 传输集群 ( 或称发射集群)方式是集群通信系统的主要手段。采 用传输集群方式工作，只有当用户按下p t t开关时才分配信道， 松键则释放信道，因此无线电信道利用率高。 . 高级别优先分配信道工作。 . 具有详细的管理报告、自 动监视和报警功能。 . 可进行动态重组、紧急呼叫、数据传输、传真和保密业务。 . 可与有线交换机互联，等等。 集群专用移动通信不同于公众网蜂窝移动通信: 集群通信是专用指挥调 度通信，具有p t t 功能，单工工作，动态信道分配，网内用户有等级和具有 特殊功能，以政府机构以及有指挥调度需求的企事业部门等集团用户为主; 蜂窝通信是无线电话通信，全双工工作，固定信道分配，以个人用户为主， 天津大学硕士学位论文 全网用户是平等的。 因此， 两者的市场定位是不同的， 也是不能相互替代的。 1 .2我国集群专用移动通信的发展与研究概况13 - 4 我国于1 9 8 9 年开始引进模拟集群系统，1 9 9 0 年投入使用，1 9 9 3 年已得到 了较快的发展。但是，从1 9 9 5 年以后发展滞缓，到1 9 9 9 年全国模拟集群系统 信道总数不超过1 万，用户总数大约只有2 0 万。在计划经济严格的部门管理 下，模拟集群专用移动通信得到了一定的发展。但是，其发展空间取决于集 群专用移动通信的用户数，一方面，价格居高不下，用户数量很小，投资不 能回报，造成市场狭小，形成恶性循环;另一方面，部门所有制限制了 “ 集 群”特点的发挥，未能充分体现资源、设备、服务的共享和集中维护管理。 在我国，即使以运营公司的形式提供所谓集群通信服务，也只是为用户部门 提供无线信道建立移动终端之间的通信。在系统中，用户部门的调度中心仍 然是处于一个移动终端的地位，实际上，这样的应用方式对宝贵的频率资源 是极大的浪费，未能真正体现频率和设备的资源共享。 因此， 开拓集群系统在调度指挥移动通信方面的应用范围， 充分发挥“ 集 群”的优势和特点，扩大用户数量和培育市场，是我国集群移动通信所面临 的问题。我国专用移动通信的需求可概括为三种类型:面状大区域覆盖的大 容量、多用户部门系统即面向城市公用服务的专用调度移动通信和专用数据 移动通信，适合建立公众接入的集群移动通信网来提供服务;链状覆盖的中 小容量、多用户部门系统即面向铁路、公路、水运、交通运输服务的专用调 度移动通信和面向数据分发和采集的专用移动通信， 适合建立专用集群移动 通信网来提供服务; 面状大区域覆盖和链状覆盖相结合的全国联网的大中容 量、增强安全的多用户部门系统，可称作增强型集群移动通信网，它是面向 公安、铁路等需要高可靠、高保密、高安全信息传输的部门，提供专用调度 移动通信和专用数据移动通信服务。 发展我国集群专用移动通信应当考虑的技术问题有:( 1 )目 前应停止新 建模拟集群系统， 并研究己有模拟集群系统向数字系统的过渡;( 2 ) 需从根 本上解决传统集群系统在移动性方面的先天不足。 模拟集群系统虽然可采用 多层次、多控制中心的多区系统来构成大区域覆盖，或全国的链状覆盖通信 网， 但是其系统结构和系统管理， 特别是移动性管理将是十分复杂和庞大的， 天津大学硕士学位论文 全网用户是平等的。 因此， 两者的市场定位是不同的， 也是不能相互替代的。 1 .2我国集群专用移动通信的发展与研究概况13 - 4 我国于1 9 8 9 年开始引进模拟集群系统，1 9 9 0 年投入使用，1 9 9 3 年已得到 了较快的发展。但是，从1 9 9 5 年以后发展滞缓，到1 9 9 9 年全国模拟集群系统 信道总数不超过1 万，用户总数大约只有2 0 万。在计划经济严格的部门管理 下，模拟集群专用移动通信得到了一定的发展。但是，其发展空间取决于集 群专用移动通信的用户数，一方面，价格居高不下，用户数量很小，投资不 能回报，造成市场狭小，形成恶性循环;另一方面，部门所有制限制了 “ 集 群”特点的发挥，未能充分体现资源、设备、服务的共享和集中维护管理。 在我国，即使以运营公司的形式提供所谓集群通信服务，也只是为用户部门 提供无线信道建立移动终端之间的通信。在系统中，用户部门的调度中心仍 然是处于一个移动终端的地位，实际上，这样的应用方式对宝贵的频率资源 是极大的浪费，未能真正体现频率和设备的资源共享。 因此， 开拓集群系统在调度指挥移动通信方面的应用范围， 充分发挥“ 集 群”的优势和特点，扩大用户数量和培育市场，是我国集群移动通信所面临 的问题。我国专用移动通信的需求可概括为三种类型:面状大区域覆盖的大 容量、多用户部门系统即面向城市公用服务的专用调度移动通信和专用数据 移动通信，适合建立公众接入的集群移动通信网来提供服务;链状覆盖的中 小容量、多用户部门系统即面向铁路、公路、水运、交通运输服务的专用调 度移动通信和面向数据分发和采集的专用移动通信， 适合建立专用集群移动 通信网来提供服务; 面状大区域覆盖和链状覆盖相结合的全国联网的大中容 量、增强安全的多用户部门系统，可称作增强型集群移动通信网，它是面向 公安、铁路等需要高可靠、高保密、高安全信息传输的部门，提供专用调度 移动通信和专用数据移动通信服务。 发展我国集群专用移动通信应当考虑的技术问题有:( 1 )目 前应停止新 建模拟集群系统， 并研究己有模拟集群系统向数字系统的过渡;( 2 ) 需从根 本上解决传统集群系统在移动性方面的先天不足。 模拟集群系统虽然可采用 多层次、多控制中心的多区系统来构成大区域覆盖，或全国的链状覆盖通信 网， 但是其系统结构和系统管理， 特别是移动性管理将是十分复杂和庞大的， 天津大学硕士学位论文 这个问题即使是第二代的数字集群系统也未能完全予以解决;( 3 ) 第二代数 字集群通信系统向下一代 ( 第三代) 的发展和过渡问题。 从9 0 年代末期开始， 美欧的数字集群系统逐步代替模拟集群调度系统， 在集群专网和共网两个市 场都得到快速发展，数字集群呈现良 好的发展态势，使数字集群系统得到长 足的发展。目前世界上总共有7 种数字集群技术体制，而被全球通信业广泛 认同的数字集群技术体制主要是欧洲的t e t r a ( t r a n s - e u r o p e a n t r u n k e d r a d i o a c c e s s )和美国摩托罗拉公司的i d e n o 在我国，由信息产业部、原电子部七所等二十余家单位组成的体制标准 工作组从1 9 9 7 年开始关注国际数字集群技术的发展。 在分析研究国际电信联 盟推荐的七种数字集群体制的基础上，筛选出三种侯选体制，通过评估技术 先进性，价格、专利权转让，标准公开性等因素，2 0 0 0 年1 2 月2 8 日，信息产 业部发布了我国 “ 数字集群移动通信系统体制” 行业推荐性标准，标准推荐 了t e t r a 和i d e n 两种体制。随后，信息产业部无线电管理局分别于2 0 0 1 年、 2 0 0 2 年、2 0 0 3 年陆续发布了5 1 8 , 3 8 7 和1 1 2 号三个文件，进一步推进了数字 集群通信的发展。 在制订数字集群通信标准的整个过程中，国家无线电管理部门建议，按 模数前后向兼容的发展方式， 规划我国的数字集群系统的工作频段与信道配 置。以8 0 0 mh z 频段为例，上行 ( 移动台发、基站收)为 ( 8 0 6 - 8 2 1 ) mh z , 下行 ( 基站发，移动台收)为 ( 8 5 1 8 6 6 ) mh z ，共计使用带宽2 x 1 5 mh z , f d d 模式，收发双工间隔4 5 mh z ，信道间隔为2 5 k h z 。在此频段共计可安排 6 0 0 对频点。2 0 0 2 年3 8 7 号文件 关于8 0 0 m h z 集群系统频道配置方式有关问 题的通知 规定:1 -4 0 0 频道 ( 8 0 6 - 8 1 6 mh z / 8 5 1 8 6 1 mh z ) 主要用于涉及 三省以上范围、军队及其他特殊情况的组网需求，由国家无委管理:4 0 1 - 6 0 0 频道 ( 8 1 6 8 2 1 m h z / 8 6 1 - 8 6 6 m h z )主要用于省、自 治区、直辖市范围 与相邻省、自治区、直辖市范围内的组网需求，但需经国家无委批准;仍在 运行的模拟集群网均由所在地无委管理， 8 6 6 ) m h z 频段内安排适当频率予以过渡 并应统一在( 8 0 6 8 2 1 ) mh z / ( 8 5 1 1 . 3 t e t r a 和we n 两种体制数字集群系统的主要特征与区别17 -9 1 t e t r a 是泛欧标准，由欧洲电信标准协会 ( e t s i ) 制订，是基于传统大 天津大学硕士学位论文 这个问题即使是第二代的数字集群系统也未能完全予以解决;( 3 ) 第二代数 字集群通信系统向下一代 ( 第三代) 的发展和过渡问题。 从9 0 年代末期开始， 美欧的数字集群系统逐步代替模拟集群调度系统， 在集群专网和共网两个市 场都得到快速发展，数字集群呈现良 好的发展态势，使数字集群系统得到长 足的发展。目前世界上总共有7 种数字集群技术体制，而被全球通信业广泛 认同的数字集群技术体制主要是欧洲的t e t r a ( t r a n s - e u r o p e a n t r u n k e d r a d i o a c c e s s )和美国摩托罗拉公司的i d e n o 在我国，由信息产业部、原电子部七所等二十余家单位组成的体制标准 工作组从1 9 9 7 年开始关注国际数字集群技术的发展。 在分析研究国际电信联 盟推荐的七种数字集群体制的基础上，筛选出三种侯选体制，通过评估技术 先进性，价格、专利权转让，标准公开性等因素，2 0 0 0 年1 2 月2 8 日，信息产 业部发布了我国 “ 数字集群移动通信系统体制” 行业推荐性标准，标准推荐 了t e t r a 和i d e n 两种体制。随后，信息产业部无线电管理局分别于2 0 0 1 年、 2 0 0 2 年、2 0 0 3 年陆续发布了5 1 8 , 3 8 7 和1 1 2 号三个文件，进一步推进了数字 集群通信的发展。 在制订数字集群通信标准的整个过程中，国家无线电管理部门建议，按 模数前后向兼容的发展方式， 规划我国的数字集群系统的工作频段与信道配 置。以8 0 0 mh z 频段为例，上行 ( 移动台发、基站收)为 ( 8 0 6 - 8 2 1 ) mh z , 下行 ( 基站发，移动台收)为 ( 8 5 1 8 6 6 ) mh z ，共计使用带宽2 x 1 5 mh z , f d d 模式，收发双工间隔4 5 mh z ，信道间隔为2 5 k h z 。在此频段共计可安排 6 0 0 对频点。2 0 0 2 年3 8 7 号文件 关于8 0 0 m h z 集群系统频道配置方式有关问 题的通知 规定:1 -4 0 0 频道 ( 8 0 6 - 8 1 6 mh z / 8 5 1 8 6 1 mh z ) 主要用于涉及 三省以上范围、军队及其他特殊情况的组网需求，由国家无委管理:4 0 1 - 6 0 0 频道 ( 8 1 6 8 2 1 m h z / 8 6 1 - 8 6 6 m h z )主要用于省、自 治区、直辖市范围 与相邻省、自治区、直辖市范围内的组网需求，但需经国家无委批准;仍在 运行的模拟集群网均由所在地无委管理， 8 6 6 ) m h z 频段内安排适当频率予以过渡 并应统一在( 8 0 6 8 2 1 ) mh z / ( 8 5 1 1 . 3 t e t r a 和we n 两种体制数字集群系统的主要特征与区别17 -9 1 t e t r a 是泛欧标准，由欧洲电信标准协会 ( e t s i ) 制订，是基于传统大 天津大学硕士学位论文 区制调度通信系统的数字化而形成的一个专用移动通信无线电标准。 它大量 借鉴了g s m的概念， 采用t d m a 多址方式和类似的逻辑信道。 与传统的模拟 集群系统相比，t e t r a 在网络结构中增加了h l r / v l r ，从而增强了移动性 管理。 t e t r a 是一个多功能移动无线电标准，具有集群通信、非集群通信、 直接通信工作模式等特点。提供的服务包括:话音、电路方式的数据、短数 据报文及分组数据，当移动台超出移动网的覆盖区时，提供移动台与移动台 间的直接通信。 在集群通信方式下， 采用4 时隙/ 2 5 k h z 的t d m a 多址方式， 其 信息速率为1 9 .2 k b i t / s ，传输速率为3 6 k b i t / s o i d e n 是由美国mo t o r o l a 公司研制和生产的一 种全新的数字集群移 动通信系统，它是基于t d ma 多址方式的调度通信/ 蜂窝双工电话组合系统。 它在传统大区制调度通信基础上， 大量吸收数字蜂窝通信系统的优点， 如采用 双模手机方式，增强了电话互联功能;采用小区复用蜂窝结构，提高了网络 覆盖能力。 提供的服务有:调度通信、 双工电话通信、分组交换数据、电路 数据、数字短信息等。调度通信中，可提供直接无线通信方式 ( 同频单工对 讲) ，调度通信具有蜂窝电话功能，采用6 时隙/ 2 5 k h z 的t d ma 多址方式电 路交换数据的信息速率为4 . 8 / 9 . 6 k b i t / s ， 可为传真及个人电脑提供r s 2 3 2 接口 分组数据的速率为9 . 6 k b i t / s ，采用标准传输协议t c p 作为我国 “ 数字集群移动通信系统体制”行业推荐性标准，t e t r a 和 de n 两种体制各有优、缺点。从这两种数字集群通信系统的发展来分析， t e t r a 系统的最初设计是针对欧洲公共安全的需求而开发的数字集群通信 专网，所以它的应用特点是面向各个部门自己使用的专用指挥调度通信网; 从进入我国的时间来说，de n 系统比t e t r a 系统要早两三年，它的技术成 熟度较高一些，但是t e t r a系统也具有相当的先进性和成熟性，特别是 t e t r a 系统的指挥调度功能是比较齐全的，而i d e n系统只能说是基本具备 指挥调度功能;从投资费用的角度来说，当用户数量少于5 万时，t e 丁 r a比 me n 的投资费用低，反之i d e n 的投资费用较低。 综上所述，t e t r a 更适合于专用调度通信网，i d e n则更适合于运营共 网， 所以作为铁路专用通信网， 秦沈客运专线数字集群通信系统采用t e t r a 一一一-一一一一一份卫兰之醚送望 1 . 4 t e t r a 数字集群移动通信系统的优点 t e t r a 是泛欧集群无线接入系统的缩写，是一种用于专网 ( p mr s )和 公网 ( p l mr )的全新开放式数字集群标准。提供集群、非集群通信，支持 话音、电路数据、短数据信息、分组数据等业务的直接模式 ( 移动台对移动 台) 通信;支持多种附加业务，其中大部分为t e t r a 所独有;采用时分多址 技术， 在2 5 k h z 的频带中可以同时传4 路话音; 系统具有兼容性好、 开放性好、 频谱利用率高和保密功能强等优点，是目前国际上较为先进、参与生产厂商 较多的数字集群标准。t e t r a 数字集群移动通信系统主要具有下列优点: 1 . 与其它数字集群系统相比 ( 1 )标准为公开标准，具有广泛的支持性: ( 2 ) t e t r a 具有灵活多变的直通方式 移动台既可以实现常规的直通方式， 又可以工作在既入网又直通的双模 式状态下，还可以作为网关起到中继作用; ( 3 )可适应各种业务要求 t e t r a 数字集群同时可传数据和语音。此外，t e t r a 采用时分多址技 术， 在单个2 5 k h z 的无线载频上可提供4 个通信信道， 这些信道可以是数据和 语音的任意组合，还可以将多个时隙捆绑成一个高速的数据信道，因而具有 强大的数据传输功能，很容易在系统中加入g p s 等特殊使用功能; ( 4 )系统加密更具特色 系统加密既可以采用空中加密方式，也可以采用端到端的加密方式，加 密算法可以采用t e t r a 标准的保密算法， 也可以采用用户 自己的算法， 加密 端口为公开的，特殊用户容易增加硬件加密电路; ( 5 )更容易组建大型专网和共网系统; ( 6 )更容易过渡到第三代通信系统。 2与g s m通信系统相比 ( 1 )频谱利用率更高 g s m数字蜂窝系统采用时分多址技术， 在2 0 0 k h z 的频道中仅传8 路话音， 平均每2 5 k h z 传一路话音，而t e t r a 数字集群采用时分多址技术，在2 5 k h z 的频带中可以同时传四路话音，频谱利用率提高了四倍。另外， g s m系统在 一对移动用户通话过程中，占用两对频点 ( 收发双方各占一对) ，而集群系 天津大学硕士学位论文 统只占一对频点; ( 2 )具有强大的组呼、调度功能 t e t r a 数字集群系统支持组呼调度功能， 而很多单位和场合需要组呼这 种 “ 一呼百应”的通信方式，如公安、消防、抗洪抢险等都特别需要这种通 信方式; ( 3 )通信建立时间短，效率高 对紧急情况的处理最重要的是快速建立通信， t e t r a 对单基站的呼叫建 立时间小于3 0 0 m s ，全网的呼叫建立时间小于5 0 0 m s o而g s m每次接续时间 可能长达十多秒的时间，这对每次通信只需要几秒钟的通信来说，显然 t e t r a 数字集群的通信效率要高得多; ( 4 )具有更加优秀的密话通信功能; ( 5 )信道利用率更高 集群系统中的信道共用技术与普通的g s m系统的信道共用技术是有区 别的。g s m系统在一次通话过程中，占用一对双工频率，除了越区切换外， 它是保持不变的，也就是说其它用户无法利用他们通话中间的间隙时间。据 统计， 通话中字与字、 句与句、 停顿与空闲时间约占总时间的三分之二左右 而在集群系统中， 当发送方松开p t t 开关， 信道的控制权就立即交还给系统， 即原来的通话信道变为空闲状态，此时，允许其它用户占用该信道，因而 t e t r a 系统信道利用率更高。 1 . 5本课题的研究目的与意义 目前，中国铁路树立了跨越式发展思路，正在进行大规模铁路建设，特 别是客运专线和高速铁路的建设。铁路专用无线通信作为确保列车高速、可 靠运行的有效手段， 不仅要实现无线列车调度、铁路站场调车通信、铁路区 间移动通信等话音通信功能，同时还承担了车次号传输、列车尾部风压数据 传输、道口预 ( 报)警等很多数据无线传输任务，在铁路运输安全生产中发 挥着越来越重要的作用。然而，面对公用移动通信和铁路的快速发展，铁路 专用无线通信的发展相对滞后。由于铁路既有的单信道模拟制式无线通信设 备主要是为满足话音通信而设计的， 长期以来一直存在着枢纽地区同频干扰 严重， 信道接入困难、 语音不清晰和数据与话音争夺信道、 相互干扰等问题， 天津大学硕士学位论文 统只占一对频点; ( 2 )具有强大的组呼、调度功能 t e t r a 数字集群系统支持组呼调度功能， 而很多单位和场合需要组呼这 种 “ 一呼百应”的通信方式，如公安、消防、抗洪抢险等都特别需要这种通 信方式; ( 3 )通信建立时间短，效率高 对紧急情况的处理最重要的是快速建立通信， t e t r a 对单基站的呼叫建 立时间小于3 0 0 m s ，全网的呼叫建立时间小于5 0 0 m s o而g s m每次接续时间 可能长达十多秒的时间，这对每次通信只需要几秒钟的通信来说，显然 t e t r a 数字集群的通信效率要高得多; ( 4 )具有更加优秀的密话通信功能; ( 5 )信道利用率更高 集群系统中的信道共用技术与普通的g s m系统的信道共用技术是有区 别的。g s m系统在一次通话过程中，占用一对双工频率，除了越区切换外， 它是保持不变的，也就是说其它用户无法利用他们通话中间的间隙时间。据 统计， 通话中字与字、 句与句、 停顿与空闲时间约占总时间的三分之二左右 而在集群系统中， 当发送方松开p t t 开关， 信道的控制权就立即交还给系统， 即原来的通话信道变为空闲状态，此时，允许其它用户占用该信道，因而 t e t r a 系统信道利用率更高。 1 . 5本课题的研究目的与意义 目前，中国铁路树立了跨越式发展思路，正在进行大规模铁路建设，特 别是客运专线和高速铁路的建设。铁路专用无线通信作为确保列车高速、可 靠运行的有效手段， 不仅要实现无线列车调度、铁路站场调车通信、铁路区 间移动通信等话音通信功能，同时还承担了车次号传输、列车尾部风压数据 传输、道口预 ( 报)警等很多数据无线传输任务，在铁路运输安全生产中发 挥着越来越重要的作用。然而，面对公用移动通信和铁路的快速发展，铁路 专用无线通信的发展相对滞后。由于铁路既有的单信道模拟制式无线通信设 备主要是为满足话音通信而设计的， 长期以来一直存在着枢纽地区同频干扰 严重， 信道接入困难、 语音不清晰和数据与话音争夺信道、 相互干扰等问题， 天津大学硕士学位论文 而且几万公里铁路沿线还一直沿用区间通话柱方式进行沿线作业和救援抢 险，技术落后，新业务开展困难，不适应技术发展和日益增长的运输生产需 要。如何实现从模拟到数字、从单一 的语音业务到综合业务的发展，同时还 要适合于铁路的发展和应用都是迫切需要解决的问题。 t e t r a 数字集群通信系统以其自 身的优点被我国第一条客运专线一秦 沈客运专线采用， 作为铁路专用无线通信系统以解决铁路区间移动人员的通 信联络。 对于t e t r a 数字集群通信系统而言， 尽管在国内外已成功投入商用 多年，但在铁路通信系统中应用尚属世界首次，特别是对于秦沈客运专线这 样的中国铁路标志性工程、国家一级铁路干线，需要面对更多的挑战。本课 题分析了t e t r a 数字集群系统的技术特性和在我国铁路专用移动通信中的 应用优势， 针对秦沈客运专线通信系统的功能需求， 研究了t e t r a 数字集群 通信系统的组网设计， 结合现场测试结果建立了客运专线t e t r a 数字集群系 统电波传播路径损耗模型，并对该模型的特性进行分析。本课题的研究有助 于充分发挥t e t r a的优势， 最大可能的实现设计的有效性、 合理性与先进性， 使其能够满足秦沈客运专线的实际需要， 同时也为t e t r a在中国高速铁路的 进一步应用积累经验，因此具有非常大的社会和经济意义。 1 . 6本文的主要研究工作 本文所完成的主要研究工作如下: 第二章从标准族、技术体制、系统组成以及业务功能特点等几个方面对 t e t r a 数字集群通信系统进行了分析， 为其在秦沈客运专线中的应用与研究 提供了设计依据和技术标准; 第三章从区域覆盖分析、系统容量预测、系统频率配置、系统构成以及 系统功能等几个方面研究了秦沈客运专线t e t r a 数字集群通信系统的设计 思路和设计方法，并论述了进行科研试验的必要性; 第四章提出了秦沈客运专线电波传播测试方法，确定了具体的测试参 数，结合现场测试所得到的场强数据，采用最小均方误差估计的分析方法， 建立了客运专线的电波传播路径损耗模型并对其进行了分析; 第五章总结全文， 并对我国铁路专用无线通信系统的发展以及t e t r a 系 统的应用前景进行展望。 天津大学硕士学位论文 而且几万公里铁路沿线还一直沿用区间通话柱方式进行沿线作业和救援抢 险，技术落后，新业务开展困难，不适应技术发展和日益增长的运输生产需 要。如何实现从模拟到数字、从单一 的语音业务到综合业务的发展，同时还 要适合于铁路的