数字集群通信系统中的高速数据业务技术TEDS

 

郭强

(深圳市好易通科技有限公司，深圳518057)

      E-mail guoqiang@hyt.com.cn

 

 

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摘 要:  欧洲电信联盟ETSI开放的数字集群通信标准TETRA 2，采用增强型的TEDS技术实现了更高的频谱效率和更高的数据业务能力，以满足专业客户特殊的市场需求。本文主要介绍TEDS技术的特点以及支持的数据业务应用，同时还与相关无线技术在数据业务方面的能力作了比较。

关键词: 数字集群通信，专业无线通信，TETRA，TEDS，ETSI

 

TEDS high speed data technology in digital trunked communication

 E-mail guoqiang@hyt.com.cn

Abstract:  ETSI TETRA Release 2, Enhanced Data Service (TEDS) has been optimised for efficient use of PMR frequency bands and designed for all TETRA market segment applications.The  paper introduce the characteristic and data service application of TEDS,and make a comparation with related wireless communication technologies.

Key words: digital trunked communication,Professional Mobile Radio,TETRA,TEDS,ETSI

 

TETRA 数字集群系统是当今世界上较为先进的专业无线通信系统，它集调度呼叫、无线电话、短数据、分组数据传输于一体，具有共用频率、共用设备、共享服务区、共享通信业务、分担费用等特点，广泛应用于公安、安全、交通、社会服务、教育、军队、能源等各部门。基于TETRA 数字集群的增强型数据TEDS技术在专业无线通信网络上实现多媒体消息、互联网浏览、高分辨率图像和动态视频传输，使一些新的应用成为了可能，如实时远距离监控、身份识别、车船监控、监测集装箱货物的情况、发送电子地图和危险品信息等等。

 

专业无线通信和信息科技技术的革新为行业客户带来了更快、更准确和更有效率的通信。

专业无线通信系统的用户对数据业务有着特殊的需求。除了要保证在紧急状况下快速、畅通、实时的传送数据，还要求在更为广泛和更为恶劣的工作环境中保证有效的数据传输。

 

欧洲ETSI TETRA联盟对政府部门和商业机构做过访问调查，调查反馈专业客户有以下各种高速数据服务应用的需求：

 

-          事故现场照片传送

-          野外场地视频监控

-          传送图片、地图、楼宇结构图和视频至野外场地的工作人员

-          遥测和遥控，机器间的数据传输

-          野外场地终端的遥远维护

-          照片、指纹等图像

-          数据库查询

 

TETRA 1代的单时隙分组数据能够提供7.2kbps的传输速率，有保护方式下2.4kb/s的净传输速率。大多数数据应用业务，如WAP和文字e-mail能够在此速度下很好的工作。静态图像、指纹图像和低质量视频也可以通过压缩技术减少容量来支持。

 

TETRA 1代的多时隙分组数据能够提供捆绑4时隙实现28.8kbps传输速率，有保护模式下9.6kb/s的净传输速率。与单时隙分组数据相比，它能更好地传输图像、e-mail和更清晰的高质量视频。多时隙分组数据的网络可以达到单时隙分组数据网络的覆盖范围，在不同的时间各个用户的传输速率会因应用业务而异。

 

当语音和数据共用一个载频的时候，服务质量会降低，因此在实际的网络建设中，每个网络单元需要至少保留一个射频收发机和一个载频给多时隙分组数据服务。所以载频的数量会因此增加25%-50%，网络的建设和运营费用增加约30%。

 

 

目前欧洲电信标准协会ETSI已经完成了TETRA 2代的增强型数据业务（TEDS）的标准。它增强了TETRA的空口标准，支持高达50-300kbps的数据传输，比TETRA 1代多时隙分组数据快了10倍。在近距传输情况下甚至可以达到最高500kbps的速度。

 

TEDS采用一种动态链路自适应技术来保证在小区的边缘地带服务稳定，并且始终比TETRA 1代的分组数据快。通过共用TETRA的语音和数据的网络基础设施，TEDS可以提供同样的覆盖范围、安全性、可靠性、互操作性和服务质量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GPRS（通用分组无线业务）是一种基于GSM系统的分组交换技术，它能够提供60kb/s的数据传输速度。目前，GSM网络和带GPRS功能的手机已经普遍实现了3时隙传输，与窄/中带TEDS的速度相近。GPRS与GSM语音网络的覆盖范围一样。 GPRS服务可以通过非对称的上下行通道支持更高数据传输速度。

 

EGPRS（或EDGE）在良好的无线覆盖范围内可以达到甚至超过GPRS的两倍。动态链路自适应技术已经被EGPRS采用，但是数据传输速度与通信终端的处理能力和网络负载有关。

 

GPRS虽然可以实现规模性、安全性和互操作性，但出现意外事件和灾难的时候网络阻塞和中断会不时发生。重复的经验表明在紧急情况下，GSM网络会发生阻塞并且没有相应的机制保证拥有优先权用户的服务。GPRS主要覆盖人口多的地区，偶尔会无法覆盖边缘区域。实现的速率也经常变化，不能很好地满足视频之类的服务。

 

 

 

 

CDMA能够提供和GSM非常相似的语音和数据服务，而CDMA 2000 1X EV-DO则对应EGPRS并且未来可以提供更高的速率。

 

CDMA或GSM网络的建设费用对比TETRA网络来说要高，因为手机网络的用户数量远远多于专业移动通信网络。但从用户的平均成本来看，手机网络比专业移动通信网络要低，因为它有后者无法达到的规模效应。不过，CDMA需要数兆的带宽，而TETRA仅需100kHz的带宽就足够了。在规模性、安全性和互操作性上，CDMA与GPRS很相近。这种公众网技术的主要缺点是出现意外事件和灾难的时候网络阻塞和中断会不时发生，而目前仍没有很好的机制可以克服这个问题。

 

 

3G可以提供超过TEDS和GPRS/EDGE的数据传输速度，最高达到2Mbit/s。3G提供的服务在功能上与GPRS差不多，但3G网络的覆盖范围一般只涉及人口密集的地方。3G和GPRS可以并行服务，在3G无法覆盖的地方，可以用GPRS代替。

 

从以上分析可以得出结论：除了TETRA TEDS之外，其他面向公众领域的如GSM、CDMA和3G等无线通信技术都存在一定的不足，难以在紧急情况下提供快速可靠语音和高速数据传输服务。TEDS完全满足了专业无线通信领域中必须的高速数据传输。

 

 

TEDS提供达到TETRA 1代10倍的数据传输速度。下表列出了TEDS在不同的带宽和调制方式下的总传输速度。

 

注：全部为4时隙。

 

在实际应用中，TEDS的载频被单独用于数据服务，不能同时共用于语音服务。与TETRA 1代的多时隙分组数据类似，TEDS需要增加射频收发机的数量，但同时也以更高的数据传输速度作为回报。

 

 

TEDS兼容目前的TETRA标准，它可以提供目前TETRA的所有服务。TEDS沿用目前的TETRA控制信道、信令和漫游；也使用TETRA协议定义的数据格式。目的是以最少的投资在现有的TETRA网络上升级，这样就可以沿用原有大多数基础设施和场地。如图2示。

 

 

TETRA是公开的通信标准，TETRA的互操作性（IOP）认证测试程序规定了终端和系统间TEDS的互操作性。IOP认证的工作在TEDS标准完成后已经在TETRA厂商和用户组织之间开始。由于认识到IOP的重要性，目前TEDS的IOP测试标准已经在撰写，以保证将来在市场上推出的产品有良好的兼容性。

 

 

TEDS可以提供比TETRA 1代更高频谱利用率的数据传输，这意味着基站的数据传输能力更高。TEDS采用类似EGPRS的最新技术，如信道编码、调制方式、纠错和多重调制方案的自适应链路控制等。

 

 

TEDS的空中接口在设计时就要求能够达到与TETRA 1代同样的网络覆盖范围，因此目前在使用的TETRA网络都可以升级为TEDS。64QAM/16QAM/4QAM的自适应调制方案可以根据无线电信道的情况提供不同的传输速度。在使用64QAM调制方式，靠近基站信号良好的地方，TEDS可以达到最高的传输速度。如网络可以为移动终端提供良好的信号覆盖，大功率的移动TEDS终端可以在整个网络里达到最高传输速度。自适应调制方案还可以连续地提供服务即使调制速度发生了改变。

 

 

高速数据传输要求网络基础设施和无线接口的传输能力都满足要求。一个原来主要作话音通信，有一个或两个载频的TETRA网络增加一个TEDS载频，需要增加50-100%的基站收发机，50-200%的频谱资源和最高达10倍的基站与网络中心设备的传输能力。TEDS的载频可以同时被几个用户共享，它所增加的10倍传输能力可以为单一用户提供高速的数据传输，或者为多个用户同时共享。

 

 

在现有的TETRA网络上开通TEDS服务意味着在每个TETRA基站上增加收发机和增加网络容量（传输、路由、交换机、数据网关）。增加基站的传输能力需要一定的投资，即使原有的收发机可以支持TEDS。在原有的TETRA中增加TEDS并没有带来新的网络元素，也不用增加网络运营费用。新增的运营费用中最多的是线路租用费。数据流量增加的结果就是各个基站间的传输能力需要增加。

 

TETRA网络升级为TEDS的总费用很大程度上与网络的地理结构，以及其中的交换机、路由器和其他网络核心元件的升级费用相关。整合TEDS服务进TETRA网络是减少投资的最好方法，网络和设备的管理费用也无需大量增加。

 

 

TEDS为广大的专业无线通信部门提供了一

个经济快捷的方法在现有的TETRA网络上提供高速数据传输服务。它完全兼容现有的TETRA网络设施和场地，以极高的频谱使用效率实现10倍TETRA 1代的数据传输速率。现在TEDS已不再是仅仅停留在标准制定的阶段，在2007年6月份马德里举行的TETRA世界大会上，欧洲宇航防务集团（EADS）展示了其全球首个基于TETRA版本2的高速数据无线传输解决方案，证实了使用50KHz信道带宽的单个TEDS载波可实现双向动态视频实时传输。随着技术的发展我们将会看到越来越多的TEDS产品投入实际应用当中。