TETRA和GSM-R的比較技術(shù)型

1、來源于網(wǎng)絡(luò)1 引言最近有關(guān)鐵路業(yè)選用何種無線通信技術(shù)的討論有很多一一即使用 GSM-R 還是 TETRA。對(duì)當(dāng)今的某些鐵路運(yùn)營(yíng)者來說，這似乎是一個(gè)兩難的選擇。國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）在 1993 年選擇 GSM 標(biāo)準(zhǔn)作為未來鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，此時(shí) TETRA 標(biāo)準(zhǔn)才剛剛建立。GSM-R 標(biāo)準(zhǔn)由 GSM 演變而來，并且在 GSM 中增加了廣播呼、組呼和優(yōu)先權(quán)等新的服務(wù)。TETRAMOU組織提出的這個(gè)文件分析和比較了 TETRA 和 GSM-R 兩種技術(shù)。這個(gè)文件將包括下列各節(jié)列出的 TETRA 和 GSM-R 性能和功能：RF（射頻）性能比較、功能、經(jīng)濟(jì)效益和未來發(fā)展。另外，在第 5 部

2、分中用結(jié)論結(jié)束這個(gè)文件。2 射頻性能比較TETRA 從設(shè)計(jì)之初就是為了迎合專業(yè)無線移動(dòng)（PMR）市場(chǎng)和公共安全功能的需求。而GSM-R 是由 GSM 系統(tǒng)修改而來， 即由公眾無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改造成適合鐵路運(yùn)營(yíng)的專業(yè)無線移動(dòng)系統(tǒng)。 專業(yè)無線移動(dòng)系統(tǒng)專為需要快速通信的專業(yè)人士設(shè)計(jì)，可同時(shí)與工作組中的每一個(gè)人進(jìn)行通信，并有應(yīng)急功能。另一方面，公眾無線網(wǎng)面向完全不同的用戶，為普通公眾使用，適合個(gè)人呼叫，對(duì)快速呼叫的建立沒有要求。下表給出了 TETRA 和 GSM-R 的射頻性能比較806-821S5)-8661IRAGSM-RCEEFSE7SCOI1ftOdBc的防衛(wèi)帶(kHz)3001注2)25最小魏車

3、復(fù)用CI（dB）919接收雙物七班-104103全向小區(qū)頻率紅用7小區(qū)（注3）12小區(qū)最大終端速度（kni，h）500(注4)5001注4)最災(zāi)傳播而離（kin）401注5)58注5)小區(qū)切換時(shí)間（ms）比縫（注6）曲母6）調(diào)制右棺單時(shí)隙,kbits）32g凈數(shù)據(jù)速率（單時(shí)隙，kbit%227.2從表可以看出，運(yùn)營(yíng)者需要考慮頻率復(fù)用、使用范圍等重要方面。下面注 4 中重點(diǎn)考慮最大終端速度的多普勒效應(yīng)和潛在的碼間干擾。注 1:在頻譜利用率方面，因?yàn)?TETRA 提供 4 信道/25kHz,而 GSM 提供 8 信道/200kHz,TETRA 的頻譜利用率是 GSM 的頻譜利用率的 4 倍。TET

4、RA 系統(tǒng)有更多的頻譜效率和更多的有效信道，因此 TETRA 能提供更多的信道，支持更大的容量，在不增加任何射頻設(shè)備的情況下有更強(qiáng)的能力來符合未來移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用。注 2:從 GSM-R 的 24MHz（20 信道）頻段中提供防止 GSM-R 和模擬 FM（GSM-R 直通解決方案）相互干擾所需要的 300kHz 防衛(wèi)帶。這一要求很容易妨礙那些鐵路交通繁忙的城市頻率規(guī)劃。注 3:基于 19dB 的 C/I 要求的 TETRA 系統(tǒng)需要使用 12 個(gè)小區(qū)頻率復(fù)用模式，基于 9dB 的 C/I 要求的 GSM系統(tǒng)需要使用 7 個(gè)小區(qū)復(fù)用模式?？紤]到這種頻率復(fù)用情況，以及在同樣帶寬內(nèi) TETRA 提供的

5、語音信道比 GSM高 4 倍，我們發(fā)現(xiàn) TETRA 的頻譜效率是 GSM 系統(tǒng)（全向天線）的頻譜效率的 2.3 倍（4）7/12）o許多鐵路運(yùn)營(yíng)商，尤其是在人口稠密的城市里要面對(duì)頻譜效率問題。頻譜效率較高的系統(tǒng)意味著需要較少頻譜就能提供同樣數(shù)量的話務(wù)量。這就有助于解決管理者和運(yùn)營(yíng)者面對(duì)的頻率配置問題。注 4:有人提出 TETRA 能否適合高速移動(dòng)終端。因?yàn)槿缃竦幕疖嚻骄俣确浅？?，時(shí)速超過 200 公里，最高達(dá)到 350 公里左右，所以無線系統(tǒng)在高速情況下的性能很重要。速度會(huì)影響 TETRA 的誤碼率，尤其是在高速鐵路應(yīng)用中，當(dāng)火車時(shí)速達(dá)到 350 公里時(shí)，這個(gè)問題尤顯重要，實(shí)際上，GSM-R

6、 標(biāo)準(zhǔn)要求無線通信系統(tǒng)應(yīng)該支持時(shí)速達(dá) 500 公里的應(yīng)用場(chǎng)合?？墒牵鼪]有明確是否在相應(yīng)的速度下做過測(cè)試。下面是高速對(duì) TETRA 誤碼率性能影響的簡(jiǎn)短報(bào)告。這個(gè)報(bào)告也提到了 GSM-R 的相應(yīng)狀況。眾所周知，終端速度影響因素如下：1.多普勒頻移：但時(shí)速為 50km/h 時(shí)，多普勒頻移為 18.5Hz；當(dāng)時(shí)速為 200km/h 時(shí)，多普勒頻移為 74Hz；當(dāng)時(shí)速 400km/h 時(shí)，多普勒頻移為 185Hz；當(dāng)時(shí)速 1000km/h 時(shí)，多普勒頻移為 370Hz；2.改變信道傳輸?shù)乃俾剩ㄋヂ渎剩Ｔ谙铝蟹绞街?，可以?dǎo)致接收機(jī)誤碼率性能的變化：1 .隨著速度的增加，如果接收機(jī)在一個(gè)足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)

7、不使用自動(dòng)頻率控制（AFC）,差分解調(diào)器的性能會(huì)惡化。TETRA 使用了具有 AFC 的差分解調(diào)器，多普勒頻移就不是問題。AFC性能在接受載頻突然變化時(shí)會(huì)受到影響，例如在小區(qū)切換時(shí)，或當(dāng)高速運(yùn)行的火車非常接近基站時(shí)都會(huì)有這個(gè)問題。但是，正確設(shè)計(jì)的接收機(jī)可檢測(cè)到失鎖，并在僅丟失幾個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)后就快速捕獲到信號(hào)。正確設(shè)計(jì)的切換機(jī)制還可消除數(shù)據(jù)丟失。大的多普勒頻偏會(huì)影響注冊(cè)無線設(shè)備的性能，但正確的接收機(jī)設(shè)計(jì)考慮了多普勒頻偏，可以解決這個(gè)問題。2 .GSM 接收機(jī)需要均衡器，相干和均衡性能會(huì)隨著速度的提高而惡化，因?yàn)楦欁兓诺赖男诺拦烙?jì)能力要快速下降。多數(shù) TETRA 接收機(jī)常規(guī)不使用均衡器，值得注

8、意，GSM 均衡快速衰落信道困難的原因是速度增加接收性能變壞。一些 GSM-R 生產(chǎn)商計(jì)劃改良均衡器以解決這個(gè)問題。3 .由于交織器效果的增強(qiáng)，交織卷積編碼信道的性能（例如大多數(shù)的 TETRA 邏輯信道）會(huì)隨著速度的提高而改良到一定限度。仿真表示，在速度提高到約 300km/h 之前，編碼的 TETRA信道誤碼率一直在下降，之后逐漸升高，在 500km/h 時(shí)與 50km/h 時(shí)的誤碼率想當(dāng)。GSM 也使用交織卷積編碼信道；作為一個(gè)選項(xiàng)，使用跳頻解決頻率選擇性干擾。這樣，編碼信道部分的性能應(yīng)該大致相當(dāng)。以上論述表明 TETRA 接收機(jī)比 GSM 接收機(jī)更容易實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)終端信號(hào)的正確解調(diào)。原因

9、是 GSM 有較短的符號(hào)周期，相干接收機(jī)需要信道跟蹤，其性能隨速度提高而變壞，但隨著 GSM-R 的均衡器的改進(jìn)，TETRA 和 GSM-R 都可以以 500km/h 速率工作。TETRAMOU 成員公司的試驗(yàn)已經(jīng)證明 TETRA 在 800MHz 頻段上可以以 500km/h 速率工作。注 5:根據(jù)地形而不同，在農(nóng)村 GSM 系統(tǒng)的小區(qū)覆蓋半徑大約是 10km。而 TETRA 是10km25km。同樣數(shù)量的 TETRA 基站可以覆蓋更大的區(qū)域，或者說要覆蓋一個(gè)指定區(qū)域需要更少的 TETRA 基站。這將降低系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)商來說很重要。小區(qū)大小的效果對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)者很有意義，鐵路沿線需要較

10、大的小區(qū)半徑和較少的 RF 站址，這可能代表有效的投資。TETRA 的 58km 界限是由于自由空間傳播延時(shí)造成，TETRA 突發(fā)結(jié)構(gòu)中有 14 個(gè)防護(hù)比特。GSM 在相鄰的時(shí)隙間有 8.25 比特（30us）。它的傳輸界限為 4.5km。但 GSM 允許防護(hù)時(shí)間可以擴(kuò)展到 237us,這樣就可使傳輸距離達(dá)到 40km。注 6:當(dāng)相鄰的小區(qū)信到全忙（所有業(yè)務(wù)信道全部使用）時(shí)，需要特別地考慮 TETRA 和GSM-R 的小區(qū)無縫切換。但是，因?yàn)?TETRA 的緊急呼叫功能中有斷開低優(yōu)先級(jí)用戶強(qiáng)行預(yù)占的協(xié)議，TETRA 能更好地提供小區(qū)之間無縫切換。因?yàn)楫?dāng)火車穿越小區(qū)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和話音通信都不允許掉

11、線，這個(gè)特征從安全角度考慮非常重要。3、功能和時(shí)間性能在前面分析的基石 Hi 上，這節(jié)對(duì) GSM-R 和 TETRA 系統(tǒng)支持的話音、數(shù)據(jù)和鐵路特定功能進(jìn)行比較，部分功能在前面已經(jīng)詳細(xì)討論過。表 2:GSM-R 和 TETRA 話音業(yè)務(wù)衣2：GSNbR和TETRA話一業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)GSM-RTETRA1呼叫接通時(shí)間5s500ms(it1)也呼Y1融）Y(0.5s)中呼Y(5s)(0.5s)廣播呼叫YgY，g)緊急呼叫Y(h)Y(0.5s)優(yōu)先呼叫YY(O.is)全雙工YV電話互聯(lián)呼叫Y遇忙排隊(duì)NYi最新用戶忱先NY退后進(jìn)入NY遠(yuǎn)程嘛測(cè)NY注 1:GSM-R 的呼叫建立時(shí)間要對(duì) GSM 的呼叫建立

12、時(shí)間加以改進(jìn)。呼叫建立時(shí)間與呼叫類型有關(guān)，表 3 不出了這種關(guān)系。表 3：GSM-R 表叫過，肘向笠求級(jí)別二呼叫類.呼叫建市時(shí)何級(jí)別I鐵路菜急修lx畿M值移動(dòng)臺(tái)到稗前臺(tái)瞌急機(jī)呼2*級(jí)別i【苴余r件呼叫緞喇 E低優(yōu)先鰻懵叫ISR用戶的8SaucmClcartonvKaputt期據(jù)摩托羅拉諾林亞雉。迪此次賽莫柯Tdtronic5、TETRA 和 GSM-R 的未來發(fā)展與演進(jìn)在使用一種技術(shù)時(shí)，我們都希望該技術(shù)能夠逐步升級(jí)以符合未來趨勢(shì)。象蜂窩市場(chǎng)從 2G 向3G 演進(jìn)那樣，TETRA 將升級(jí)到 TETRA 版本 2,以支持更高的數(shù)據(jù)速率。然而，GSM-R 的未來走向較不確定。TETRA 版本 2 主

13、要有下列功能：1 .高速分組數(shù)據(jù)一支持多媒體和其他高速數(shù)據(jù)應(yīng)用；2 .語音編解碼后不用轉(zhuǎn)換就可與 3G 互聯(lián)，提高話音質(zhì)量；3 .改進(jìn)空中接口以優(yōu)化頻譜利用率、用戶容量、系統(tǒng)性能、服務(wù)質(zhì)量、終端大小、成本、電池壽命；4 .采用能與 GPRS、UMTS 和其它 3G/IP 網(wǎng)互聯(lián)漫游的標(biāo)準(zhǔn)；5 .全向后兼容，整合新業(yè)務(wù)，保護(hù)已有的和將來的投資。這些改進(jìn)獎(jiǎng)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)商帶來巨大的利益（這樣控制中心在事故發(fā)生時(shí)就能看到現(xiàn)場(chǎng)狀況）、文件、訂票等。GSM-R 的未來發(fā)展依賴于公眾移動(dòng)電話網(wǎng)，而公網(wǎng)的需求和功能不太可能迎合專業(yè)用戶的需要理論上，TETRA 現(xiàn)在已達(dá)到了較高的數(shù)據(jù)速率(200kHz 寬帶可傳 230.4kbit/s),可以與2.5G 的 GPTRS 相提并論(115.2kbit/s)。6、結(jié)論從性能、功能和經(jīng)濟(jì)效益等各方面來說，TETRA 標(biāo)準(zhǔn)都優(yōu)于 GSM-R 標(biāo)準(zhǔn)。因此，TETRA標(biāo)準(zhǔn)有較好的未來發(fā)展前景。TETRA 標(biāo)準(zhǔn)靈活開放，允許加入軟件應(yīng)用接口以滿足鐵路特定需求。盡管 GSM-R 標(biāo)準(zhǔn)專為鐵路產(chǎn)業(yè)的需求而設(shè)計(jì)，因?yàn)?TETRA 標(biāo)準(zhǔn)頻譜利用率高、覆蓋好、成本低、功能全、支持廠商多、發(fā)展前景明確，鐵路運(yùn)營(yíng)者還是選擇 TETRA 為佳。圖 1 是無線技術(shù)與應(yīng)急性服務(wù)和消費(fèi)者-專業(yè)特性的關(guān)系；圖 2 是市場(chǎng)應(yīng)用與應(yīng)