TETRA系統

tetra數字集群通信系統是一種基於數字時分多址(dtma)技術的無線集群移動通信系統。tetra數字集群通信系統可在同一技術平台上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，它不僅提供多群組的調度功能，而且還可以提供短數據信息服務、分組數據服務以及數字化的全雙工行動電話服務。tetra數字集群系統還支持功能強大的移動台脫網直通(dmo)方式，並可實現鑒權、空中介面加密和端對端加密。tetra數字集群系統同時還具有虛擬專網功能，可以使一個物理網路為互不相關的多個組織機構服務。tetra數字集群系統具有豐富的服務功能、高頻率利用率、高通信質量、靈活的組網方式，許多新的應用(如車輛定位、圖像傳輸、移動網際網路、資料庫查詢等)都已在tetra中得到實現。因此，近兩年tetra數字集群系統在世界上得到了快速的發展。

tetra通信系統主要工作在380～400，410～430，806～825，851～870(mhz)頻段。接入方式為時分多址(tdma)，其中每載頻4個時隙，調製方式為7/4qpsk。其載頻間隔為25khz，通道數據速率為36kb/s。話音編碼方式為acelp，4．567kb/s，用戶數據傳輸速率在不保護的情況下為7．2/14．4/21．6/28/28．8kb/s；在低保護的情況下為4．8/9．6/14．4/19．2kb/s；在高保護的情況下為2．4/4．8/7．2/9．6kb/s。基站發射功率為0．6～25w基站接收靈敏度為一1．06dbm移動台功率為lw，3w，10w。移動台功率控制範圍為15～40dbm(每步進為5dbm)手機發射功率為30mw～3w。手機接收靈敏度為一ll2dbm(靜態)；103dbm(動態)。

tetra在系統設計上採用了諸多技術來保障系統的指揮調度功能，以及強大的可靠性和抗毀性，主要體現在以下方面： (1)虛擬網概念 可使多個功能要求不同的機構共用一個物理網路。各機構只要配置調度台和移動台後，便可建立自己的虛擬網，並可像在傳統的專用網中一樣工作。 (2)直通工作方式 指移動台不經網路基礎設施便可相互通信的工作模式。這種工作方式適合未設置集群基站地區及覆蓋範圍外的地區使用。也就是說，在tetra系統中，脫網工作的移動台可以與未脫網工作的移動台保持通信聯絡。 (3)良好的互連特性 為了保證與其它系統和設備相互聯接，tetra定義了各種標準介面：移動台和手機的數據設備介面；與各種公眾網的pstn、isdn、pdn介面；與不同tetra廠家設備的isi介面；與其它專網的pabx介面；lan/wan及計費管理介面。 (4)多業務特性 tetra支持話音業務和多種數據業務。其中話音業務包括單呼、群呼和應急呼叫；數據通信業務包括短數據消息、狀態消息、分組數據消息和電路交換數據等。短數據消息用於傳送調度員的簡短指令及車輛定位信息，傳送時不必中斷呼叫；狀態消息總共有32000種，用於跟蹤設備和資料庫狀態；分組數據多用於傳送電子郵件和資料庫查詢；電路交換數據則用於需要快速傳送大量數據的業務(如視頻圖像傳送等)。在網路構成方面，tetra系統一般由數字交換機、基站、調度工作站和網管系統等設備構成。這些設備可以組成數字集群共網，也可以組成數字集群專網；可以組成單區制網，也可以組成多區制網。在單區制網中，移動交換機負責本地交換業務，控制和管理若干基站控制器，基站控制器負責若干基站的管理。多區制tetra系統則是一個多層次控制的多區系統。tetra的數字交換機設有調度工作站介面及與現有各種公眾網和專業網相連的介面，個別系統還設有與模擬系統相聯接的介面。根據用戶要求，交換機可以模塊化地進行擴容。tetra系統採用模塊化基站，便於擴展通道容量。為了提高接收能力，基站和終端還可脫網工作，以增加網路的覆蓋範圍和應急通信能力。tetra調度工作站設人機介面，保證調度員可以在調度站實現單呼、群呼、建立和撤消用戶群、收發電文以及狀態信息等業務。微機是調度工作站的主要設備，調度員通過屏幕了解用戶請求和其它信息。通常，大型tetra通過網管系統進行管理，在數字集群共網中，一般還需配備自動計費系統。中小型系統可直接使用網管終端設備進行管理。

1、motorola緊湊型tetra系統 緊湊型tetra系統可以滿足各種不同的系統配置和對覆蓋的需求，即可以實現單站和多站的配置。它採用的是分散智能的配置方式和最先進的技術，以及分散智能系統所具有的高可靠性，即可以容忍個別單元及鏈路的故障，而不會對整個系統造成影響，比如一個收發信機出現故障時，另外幾個收發信機可以取代它的工作。在多基站的配置中，由於所需的智能交換分散在所有的基站，因此即使其中的一個基站出現故障，系統內的其他基站仍能繼續工作。整個系統採用數字化的語音編碼，因此可以提供很好的端到端的話音質量和快速的呼叫建立時間。除此之外，整個系統還便於搭建和配置，強大的監控軟體簡化了系統搭建時間並減少了整體的運營成本，並提供在線的監視和記錄。 2、nokia—tetra系統 作為世界領先的tetra數字集群網路和終端供應商，諾基亞為公共安全等政府部門及其他專業用戶提供基於ip技術的最先進並可擴展的數字化指揮調度集群解決方案。針對中國市場而開發的800mhztetra系統，是目前世界上唯一具備中文功能的tetra系統。目前，諾基亞在中國已簽署並實施了多個tetra項目，包括北京市數字集群無線政務網、香港警察、香港消防、中華電力、天津水利、天津公共安全、深圳地鐵、南京地鐵、寧啟鐵路和廣州地鐵四號線等。

tetra數字集群系統採用數字話音編碼、數字傳輸和交換技術，實現了系統功能和安全保密功能一體化設計，具有鑒權、空中介面加密和端到端加密等三種安全功能，配置、使用靈活，具有較好的安全保密性。 1. 鑒權（低級安全）公網運營商運營主要是保證計費，防止無權用戶進入系統；一般專網則主要保證網路專供本部門的人員使用。鑒權在gsm 和cdma公網中都具備，但它們都是單向鑒權；tetra系統可雙向鑒權。根據tetra系統中的設置，不僅可以實現tetra網路對移動台、移動台對tetra網路的單向鑒權，還可以實現tetra網路和移動台之間的雙向鑒權。在tetra系統中均可對交換和管理基礎設施（swmi）和移動台（ms）進行鑒權。對swmi進行鑒權的目的是為了識別合法的swmi，從而防止移動台接入非法的tetra網路；對移動台進行鑒權的目的是為了識別由單個tetra用戶身份識別碼（itsi）標誌的用戶，從而防止非法移動台接入網路。鑒權採用挑戰-應答協議，即由系統鑒權中心或終端產生一個隨機數，系統和終端用各自的鑒權密鑰和鑒權演演算法對該隨機數進行運算作為對挑戰的應答，通過比較各自的結果和收到的應答是否一致得出鑒權的結果。 2. 空中介面加密（中級安全）空中介面加密是終端設備與基站之間的無線通路上的加密，tetra空中介面包括認證、加密、終端禁止、空中二次加密、偽消息產生等安全功能。tetra系統支持多種空中介面加密演演算法，可為不同用戶配置不同的加密演演算法。 2.1 單個(一對一) 呼叫的空中介面加密 單個呼叫加密是比較簡單的。移動台在鑒權時會產生一個導出密鑰(dck)。這個值對於某個移動台和某次鑒權過程都是唯一的。不同的移動台和不同的鑒權過程都將會改變導出密鑰的值。移動台計算出這個值，網路也計算出同樣的值。導出密鑰被用於加密和解密在空中傳送信息，這樣，就不需要通過開放空中介面傳送密鑰了。移動台可以存儲32個不同的密鑰。 2.2 組(群) 呼叫的空中介面加密 對組呼叫的加密需要使用多個密鑰，公共(用)密鑰（common cipher key，cck），用於個呼和組呼的上行鏈路；組（群）密鑰（group cipher key，gck），用於組呼的下行鏈路。每一個位置區域都是一種根據地理位置對系統覆蓋區的分片劃分，一個位置區域通常由幾個相鄰的基站組成。每一個區域都有一個共同的公用密鑰。tetra系統會在移動台登記時收到移動台所在位置區域的公共密鑰。組(群)密鑰是由tetra系統的上層網路(swmi)用組(群)身份識別碼和隨機參數計算出來的。組(群)密鑰被分發到組(群)每個成員的移動台的過程可以由導出密鑰加密。 2.3 組(群) 呼情況下的空中介面加密機制 在組(群)呼時接收方是多個移動台，所有接收方移動台必須使用同樣密鑰，即組(群) 密鑰，還會用到公共(用) 密鑰。 2.4 空中重新分配密鑰 在tetra系統中，允許通過空中將密鑰分發給各個移動台，稱為空中重新分配密鑰(over the a ir rekeying，otar)。在群呼中，通過網路管理中心將所有共同的gck和cck密鑰對應地寫入每一個移動台。然而，每次更新密鑰仍要網路管理中心去完成，比較繁瑣。 2.5 臨時身份識別碼 身份識別碼(itsi)是tetra網路用來識別某個移動台的。當移動台進行呼叫時，必須把身份識別碼和有關的信令發送給網路。但是，網路入侵者可能通過用戶身份識別碼監視該用戶對tetra網路的使用頻繁程度等。為了防止對特定用戶的跟蹤，tetra網路可以發給用戶臨時身份識別碼(atsi)，用臨時身份識別碼替換tetra的用戶身份識別碼。臨時身份識別碼與用戶身份識別碼的數值長度相同，但他是隨機分配給用戶的，僅在規定時間內有效。tetra網路管理系統負責維護itsi和目前分配的atsi之間的關係。臨時身份識別碼的應用，能夠確保網路入侵者不能跟蹤某個用戶或了解某個用戶對tetra網路的使用頻繁程度。 3. 端對端加密（高級安全）端對端加密適用於對保密性有特嚴要求的應用場合。在端對端加密中，用戶保持自己特有的密鑰，系統只是為用戶提供透明的通信線路和標準介面，並不參與加密過程。 tetra數字集群系統由移動台ms、基站bs、調度台dwsx、交換機dxt及tetra互聯伺服器tcs等構成，端到端加密的密鑰管理中心kmc作為tcs的應用開發系統連接到tetra系統中。為在標準tetra系統中實現端到端加密功能，必須進行以下兩方面工作: 在tetra系統中建立一個密鑰管理中心(key management center，kmc),kmc通過tcs的api與tetra系統相連，通過空中介面以短數據的方式為移動台端分發通信密鑰tek，此外密鑰管理中心負責密鑰的產生，存儲及增刪等功能。對tetra終端設備進行改造，使其能夠接受並響應kmc的密鑰管理消息，並利用通信密鑰來進行端對端加密。由於tetra應用領域的特殊性，端到端加密中使用的加密演演算法可以是用戶自行開發或是國家、行業准許的加密演演算法，密鑰長度也可由用戶自行規定。

與其它幾種數字集群系統相比，tetra是一種較為成熟的標準。自1995年以來，etsi對tetra標準不斷進行修訂和完善，並增加了一些新的標準或內容。如tetra邏輯鏈路控制服務標準rts/]retra一04046、介紹訪問控制服務標準rts/tetra一04047等。1999年，還對標準ets300392--(v+d)中的網路設計、線性站和加密等內容制訂了修改計劃，並於2000年完成修訂工作。1999年8月，對標準ets300393(pdo)中的空-中介面，公布了新的取代標準。2000年，還將完成標準ets300396--(dmo)中類型2路由器空中介面的論證工作。幾年來，諾基亞、摩托羅拉、馬可尼等公司都按照tetra標準開發生產出tetra數字集群系統、設備、配套設備或測試系統，並與歐洲、亞洲、非洲、北美等地區的用戶簽訂了大量定貨合同或協議。目前，一些著名公司已開發出功能更強的第三代tetra移動台，並在高級無線數據業務(aws)tetrasim卡、如何與第三代移動通信系統兼容、如何提高與其它系統的互通互連性能、多模終端以及擴展頻率覆蓋等方面進行開發和研究，以研製和生產出更加適合集群通信市場需求的產品。據調查，我國對專用集群系統的需求主要集中在公安、國家安全、水利、交通、城建、司法、電力、民航、鐵路、海關等部門。國內對集群共網的需求也相當大。根據中國通信工業協會較保守的估計，未來10年，我國對數字集群的市場需求約為500億元。為了防止過去曾出現過的盲目引進國外系統和沿用國外標準的弊端，在制定我國數字集群標準、發展民族集群通信工業以及開放國內集群市場方面，有關部門採取了積極謹慎的方針。即在進行充分的市場需求調研及分析比較國外各種數字集群標準的基礎上，博採眾長，制定出既能與國際標準接軌，又適合我國國情的標準。在制定數字集群通信體制畫家標準時，我國採用te—tra空中介面技術，同時也吸納了其它國外集群通信標準的特長。考慮到我國現行各類公網、專網頻率分配辦法和編號體制的不同，正在制定或修訂相應的標準和管理辦法，以適應發展數字集群通信業務的需要。截至2006年10月底我國已建成並運行的tetra系統有42個網路、39個交換機、860個基站、62050個用戶終端。從絕對數值來看，我國的tetra系統並不算多，但與tetra系統在歐洲剛起步時比較，這些數字已經很可觀了。此外，至2008年我國北京奧運會開幕前，tetra終端數量預計將會增加近一倍，也就是說，到2008年奧運會時tetra用戶數將達13萬～14萬。我國哈爾濱工業大學深圳研究院已經研製出符合tetra標準的系統，並已與深圳哈達訊公司實現合作生產。此外，天津712天通公司等國內三家公司也已經採用英國srt公司的專利和技術研製出了tetra手機。這些國內的企業研發和生產的tetra系統和設備儘管剛剛推向市場不久，還需要一段時間來逐步走向成熟，但是已經開始打破國外公司的壟斷，特別是哈工大研發的tetra系統中有許多部件是自主創新的，例如數字化寬頻中頻技術等。由於我國已建的tetra網的良好運行，使人們對tetra系統有了進一步的認識。用戶深切感到tetra系統的業務和功能確實能夠滿足專網指揮調度需要，認為它是目前幾種數字集群通信系統中指揮調度功能最強的。這也是很多專業部門採用tetra系統的原因之一。我國政府為數字集群通信不僅指配了800mhz頻段，還指配了350mhz頻段。這兩個頻段分別各有600對和560對頻點，這是我國所獨有的。預計未來幾年，我國專用通信網的網路數將會較多，但每個網路的用戶數不會太多。這從有關統計數據可以看出，在42個tetra網路、858個基站和62050個用戶終端中，正通公司1個網路佔有174個基站和42000用戶。這說明其他41個專用網路、686個基站僅擁有22000個用戶。因此1個tetra網路平均只有l7個基站、540個用戶，這些數據與共網相差很大。 tetra系統原來只用作專網使用，但通過北京正通公司tetra網的實踐已證明te·tra也可作為共網使用。目前上海tetra政務網已經建成並開始運營，由於它的終端價格還比較高，作政務共網運營問題不大，但作為商用共網運營盈利能力較差，至少還需等待一段時間。目前。越來越多的城市應急聯動系統移動通信平台看好tetra系統。公安部門一直非常重視數字集群通信的使用，上海市公安局和北京市公安局已經先後使用了tetra系統，深圳市和珠海市的公安局也正在進行350mhztetra系統的試驗。城市軌道交通專用無線通信系統也大多採用tetra系統。民航總局計劃2010年前在將近40個機場建設tetra網路，其中北京、上海、廣州和成都等4個機場已經完成評標工作，而濟南機場已建成了tetra網路。交通部的港口也需要建設專用無線通信系統，其中上海港、廈門港等都已建成了tetra系統，前不久，深圳鹽田港、深圳西部港口和大連港也採用了tetra系統。武警系統在北京已經建成3o個基站的350mhztetra網，還將增加一批基站以保證2008奧運會的使用。江、河水庫也需建設數字集群通信網。我國有長江、黃河等7大流域、7萬多個水庫，防汛和抗洪救災同樣需要數字集群通信網。長江和淮河等水利委員會也有建設數字集群通信網的需求，而且對tetra系統表現出了濃厚的興趣。此外，我國的國家安全、軍隊、鐵路、煤礦、森林防火、油氣田、高速公路、以及電力、電站等部門均有建設tetra網的需求。事實上，安全、軍隊、武警、鐵路、煤礦和電站等都已經或即將建設tetra網。這些tetra網路在需要的時候可以整合到一個網路中，因此，在處理類似汶川大地震抗震救災這一類行動的時候，可以有效的協調各部門。從所列舉的幾個不同專業部門的情況來看，我國數字集群通信的專多市場較大，而te—tra系統也已經為市場所接受。所以，tetra系統在我國正在健康、穩步地向前發展，增長率每年都在增加，預計在今後幾年中將會有新的發展。