TETRA集群通信系統(tǒng)空中接口協(xié)議

徐小濤

（通信指揮學(xué)院 武漢 430010）

TETRA是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字集群通信系統(tǒng)，為了確保不同廠商系統(tǒng)設(shè)備的兼容性，TETRA制定了基于空中接口的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使系統(tǒng)設(shè)備可以與網(wǎng)絡(luò)中不同資源的接口有效互聯(lián)。

1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)

在TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)中，基站和移動臺以互補的方式工作，移動臺/基站空中接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧如圖1所示。

移動臺/基站空中接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)定，控制面業(yè)務(wù)主要包括：移動性管理、電路方式控制實體和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其中，移動性管理用來控制漫游、遷移和切換；電路方式控制實體負(fù)責(zé)呼叫控制、補充業(yè)務(wù)和短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分為：面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、無連接網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。移動性管理、電路方式控制實體和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)稱為子網(wǎng)絡(luò)接入功能（SNAFs）。

用戶面業(yè)務(wù)有：明話/密話、電路方式不保護數(shù)據(jù)、電路方式保護數(shù)據(jù)（低保護）、電路方式保護數(shù)據(jù)（高保護）和端對端用戶數(shù)據(jù)。

控制面信息是指全部信令信息，包括控制信令和分組數(shù)據(jù)；用戶面信息是指電路方式話音或電路方式數(shù)據(jù)，包括端對端用戶數(shù)據(jù)?？刂泼嫘畔⒑陀脩裘嫘畔⒂胁煌囊?。控制面只需要一個離散的、非連續(xù)物理鏈路來傳送信息，建立連續(xù)的虛擬鏈路來支持其業(yè)務(wù)；控制信息有的需要請求應(yīng)答，有的不需要請求應(yīng)答；而用戶面則需要一個連續(xù)的物理鏈路來支持用戶業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)鏈路層（第2層DLL）完成從第3層至第1層的映射。

MAC子層則負(fù)責(zé)信道分配及物理層的數(shù)據(jù)復(fù)用。為了實現(xiàn)這些功能，MAC用數(shù)據(jù)原語與高層進行通信，并用邏輯信息與底層進行通信。媒體介入控制層（MAC）實現(xiàn)TDMA的幀同步、交織/去交織、信道編碼、隨機接入過程、分片/合片、在AACH上無線鏈路質(zhì)量的RSSI和MER測量、支持LLC重傳過程的MER測量；在MAC層實現(xiàn)控制面和用戶面的分離；用戶面業(yè)務(wù)傳送至用戶面，而控制面信息則傳向協(xié)議棧。

圖1 移動臺/基站空中接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

邏輯鏈路層（LLC層）負(fù)責(zé)處理多路邏輯鏈路以支持同時發(fā)生的業(yè)務(wù)，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳送與重傳、分段/合段和邏輯鏈路處理。

網(wǎng)絡(luò)層（第3層）僅用于控制面，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)過程。移動鏈路控制實體（MLE）用來管理移動臺至基站/基站至移動臺的連接、登記區(qū)域內(nèi)的移動性、識別碼管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量選擇和協(xié)議鑒別（即傳送至較高層實體）。

高層實體不涉及傳輸機理，只是按數(shù)據(jù)原語（請求/指示/應(yīng)答/證實）和協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）進行處理，相反，物理層則依從預(yù)先確定的固定定時機制，不涉及每一個數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是什么。

2 物理層

在TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)中，移動臺/基站空中接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧物理層（第1層）處理調(diào)制和解調(diào)、收/發(fā)轉(zhuǎn)換、頻率校正、碼元同步及移動臺功率控制等。

2.1 TDMA幀結(jié)構(gòu)

TDMA幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。由4個時隙構(gòu)成一個TDMA 幀， 幀 長 170/3ms（ ≈ 57.67ms）， 由 18個TDMA幀構(gòu)成一個復(fù)幀，復(fù)幀長1.02s，復(fù)幀的第18幀為控制幀。以話音加數(shù)據(jù)電路方式工作時，把18幀復(fù)幀長的業(yè)務(wù)壓縮在17個TDMA幀中傳送，從而允許將第18幀用作控制指令，而不致造成數(shù)據(jù)流的中斷。由60個復(fù)幀構(gòu)成一個超幀，超幀長61.2s。

2.2 時隙結(jié)構(gòu)

時隙結(jié)構(gòu)如圖3所示。一個時隙包含510bit（255個碼元）。每個時隙的時長為85/6ms（≈14.167ms）。上行時隙可分成兩個子時隙，每個子時隙包含255bit。一個調(diào)制比特的時寬為250/9μs（≈27.78μs）。由于要實施移動臺發(fā)射功率的躍升及功放線性化，在下行中插入同步序列（稱為中間訓(xùn)練序列），下行傳輸量要略大于上行傳輸量（多30bit）。額外的下行容量用于發(fā)送下MAC層信息。在物理層，該信息字段被稱為“廣播塊”，它在每一個下行時隙中出現(xiàn)。而在MAC層，該信息字段則被稱之為接入指配信道（ACCH）。

圖2 TDMA幀結(jié)構(gòu)

接入指配信道主要用于下述兩個目的：

（1）在業(yè)務(wù)信道上傳送“使用標(biāo)志”，標(biāo)明下行時隙的預(yù)定目的地和上行時隙的允許用戶。這一特性減少了由于移動臺覆蓋中斷（橋下或隧道現(xiàn)象）所引起的交叉呼叫（在覆蓋中斷處，系統(tǒng)把移動臺所用的那個信道又分配給另一個呼叫），使本協(xié)議更為堅固。利用“使用標(biāo)志”，正在接收和發(fā)送的移動臺可以連續(xù)不斷地證實它們有權(quán)接入該信道，否則它們必須返回至主控信道（MCCH）。

（2）在信令信道上傳送接入控制元素（接入碼及ALOHA幀長）。每個接入半時隙上的信息可以在ACCH中獨立傳送，或混合傳送一個方向上的話務(wù)和另一個方向上的信令。

3 數(shù)據(jù)鏈路控制層

數(shù)據(jù)鏈路控制層信息流如圖4所示。第2層實體（邏輯鏈路控制LLC和媒體訪問控制MAC）經(jīng)3個業(yè)務(wù)接入點（SAP）與對上一層進行通信，經(jīng)一個業(yè)務(wù)接入點與物理層進行通信。

圖3 物理層的基本時隙結(jié)構(gòu)圖

3.1 下MAC層中的邏輯信道

在下MAC層中定義的幾種邏輯信道如下所列，它們在TMV-SAP（媒體訪問控制虛擬業(yè)務(wù)接入點）上進行上、下MAC層之間的信息交換。

信令信道（SCH）：上行及下行；

接入指配信道（ACCH）：在下行；

廣播同步信道（BSCH）：僅在下行；

挪用信道（STCH）：上行及下行;

廣播網(wǎng)絡(luò)信道（BNCH）：下行；

公共線性化信道（CLCH）：主要在上行（間斷發(fā)射的基地臺也需要線性化）；

業(yè)務(wù)信道（TCH）：上行及下行，分為3種速率。

7.2kbit/s凈速率信道（TCH/ 7.2）；

4.8kbit/s凈速率信道（TCH/ 4.8）；

2.4kbit/s凈速率信道（TCH/ 2.4）。

話音信道（TCH/S）：把4個業(yè)務(wù)信道指配給同一個通信，可以實現(xiàn)高達(dá)28.8kbit/s、19.2kbit/s或14.4kbit/s的凈速率，這4個業(yè)務(wù)信道必須由同一頻率上的4個順序連續(xù)的時隙組成。

3.2 上MAC層中的邏輯信道

上MAC層中的邏輯信道用于在MAC上層與高層（即LLC層或用戶面）之間的信息交換。與每一個邏輯信道相關(guān)的業(yè)務(wù)接入點如下。

3.2.1 TMA-SAP上的信令信道

公共控制信道（CCCH）。包括：主控制信道（MCCH）；擴展控制信道（ECCH）。

當(dāng)移動臺不主動處于電路方式呼叫中時，這些信道負(fù)責(zé)處理送至移動臺或來自移動臺的控制信息。

隨路控制信道（ACCH）。包括：快隨路控制信道（FACCH）；挪用信道（STCH）；慢隨路控制信道（SACCH）。

當(dāng)移動臺處于電路方式呼叫之中時，這些信道處理送至移動臺或來自移動臺的控制信息。

3.2.2 TMB-SAP上的廣播信道

廣播公共控制信道（BSCH）包括：廣播同步信道（BSCH）、廣播網(wǎng)絡(luò)信道（BNCH），它們傳送下行的系統(tǒng)廣播信息。

圖4 空中接口第二層的協(xié)議結(jié)構(gòu)

3.2.3 TMD-SAP上的用戶面信道

業(yè)務(wù)信道（TCH）。包括：話音業(yè)務(wù)信道（TCH/S）；話音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH/7.2、TCH/4.8、TCH/2.4）；端對端用戶特殊數(shù)據(jù)。

這些信道傳送電路方式話音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息。

4 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層分為兩個子層，下子層為移動鏈路管理子層MLE，移動鏈路管理子層主要負(fù)責(zé)：

附著管理：包括監(jiān)視和掃描過程管理、監(jiān)測正服務(wù)小區(qū)質(zhì)量、管理小區(qū)更新、漫游通告或宣告管理等；

數(shù)據(jù)傳送：包括選擇LLC業(yè)務(wù)、尋址處理（ISSI、GSSI、TMI）、通知 CMCE、CONP和 SCLNP可以或禁止通信、至第2層業(yè)務(wù)端點路由選擇和復(fù)用、MLE業(yè)務(wù)接入點和其他MLE功能實體的路由選擇和復(fù)用、業(yè)務(wù)映射質(zhì)量；

網(wǎng)絡(luò)廣播：在SWMI的網(wǎng)絡(luò)信息格式化和廣播（SWMI），在移動臺的網(wǎng)絡(luò)信息接收和分析；

管理實體：處理網(wǎng)絡(luò)管理過程，例如至TMI的尋址；處理從管理實體至下層的本地管理信息。

網(wǎng)絡(luò)層上層有三個實體：移動性管理（MM）、電路方式呼叫實體（CMCE）和分組數(shù)據(jù)（包括面向連接網(wǎng)絡(luò)協(xié)議CONS和無連接網(wǎng)絡(luò)協(xié)議CLNS分組數(shù)據(jù)），提供業(yè)務(wù)時，它們負(fù)責(zé)控制無線系統(tǒng)。第1層是半自動運行的，而第2層則完成第3層離散事件與第1層連續(xù)事件之間的控制和映射。

5 結(jié)語

目前，TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)在我國的應(yīng)用越來越廣泛，隨著其功能業(yè)務(wù)的不斷拓展以及電磁頻譜管理的不斷完善，TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的空中接口協(xié)議也會得到不斷的發(fā)展，成為規(guī)范數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)科學(xué)應(yīng)用的準(zhǔn)則。

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