基于數(shù)字集群異系統(tǒng)的互聯(lián)互通設(shè)計(jì)

張成斌 康志杰

摘要：軌道交通領(lǐng)域?qū)Ｓ脽o(wú)線通信系統(tǒng)的建設(shè)多采用TETRA數(shù)字集群無(wú)線通信系統(tǒng)承載，但是各TETRA系統(tǒng)廠家之間互聯(lián)互通方面并沒有開放接口，嚴(yán)重制約了地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的發(fā)展。設(shè)計(jì)了一種新型的異系統(tǒng)互聯(lián)互通的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了不同品牌TETRA無(wú)線通信系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，重點(diǎn)闡述了互聯(lián)網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案；論證了互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用于軌道無(wú)線通信領(lǐng)域的可行性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；互聯(lián)互通；互聯(lián)網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TN929文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）05-65-3

0引言

在城市軌道交通建設(shè)中，一般多采用TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)作為無(wú)線通信系統(tǒng)使用[1]，各TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)廠家之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，雖然TETRA ISI規(guī)范中定義了TETRA系統(tǒng)設(shè)備間互聯(lián)互通的接口，但只是建議規(guī)范，目前各TETRA系統(tǒng)廠家之間相互封閉，為了各自商業(yè)利益，均不愿意開放系統(tǒng)間互聯(lián)互通接口。各個(gè)城市地鐵建設(shè)中，因有需求要實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)營(yíng)、統(tǒng)一調(diào)度及跨系統(tǒng)漫游等[2]，對(duì)TETRA異系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通需求十分迫切。

目前市場(chǎng)上TETRA系統(tǒng)間互通方式主要是通過背靠背車載臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但這種異系統(tǒng)間互聯(lián)互通方式有局限性，它并沒有實(shí)現(xiàn)全集群業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，只能實(shí)現(xiàn)一路組呼，在實(shí)際使用中存在擴(kuò)容復(fù)雜、功能業(yè)務(wù)受限的問題，已無(wú)法滿足用戶越來(lái)越多的業(yè)務(wù)需求。基于現(xiàn)狀，迫切需要實(shí)現(xiàn)一種新型異系統(tǒng)互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)設(shè)備，能夠滿足用戶各種豐富的業(yè)務(wù)需求，搭建方便，對(duì)雙方系統(tǒng)的依賴性小，并且能夠同時(shí)支持多路呼叫。

1總體方案

由于TETRA異系統(tǒng)之間尚未開放互聯(lián)接口，因此無(wú)法通過TETRA ISI接口與其他TETRA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可借助異系統(tǒng)互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)與異系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

互聯(lián)網(wǎng)關(guān)的工作原理是在本端和對(duì)端的TETRA系統(tǒng)中配置需要互通的個(gè)人號(hào)碼和群組號(hào)碼，利用TETRA標(biāo)準(zhǔn)空中接口協(xié)議[3]，將需要互通的個(gè)人號(hào)碼和群組號(hào)碼通過構(gòu)造注冊(cè)和附屬的空口信令的方式發(fā)送到對(duì)端TETRA系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)將本端TETRA系統(tǒng)下的個(gè)人和群組鏡像注冊(cè)到對(duì)端TETRA系統(tǒng)中，如圖1所示。

此方案不需要窄帶系統(tǒng)開放系統(tǒng)間接口，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)通過TETRA標(biāo)準(zhǔn)的空口信令實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，利用TETRA空口嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)性，采用更加靈活的方案設(shè)計(jì)，通過互聯(lián)網(wǎng)關(guān)而非背靠背終端的方式，實(shí)現(xiàn)了TETRA異系統(tǒng)間的互通。除了呼叫、短消息等基本互通功能外，系統(tǒng)還支持動(dòng)態(tài)重組等跨線調(diào)度功能[4]，而且并發(fā)業(yè)務(wù)不受限。

2設(shè)計(jì)方案

2.1配置管理模塊

互聯(lián)網(wǎng)關(guān)是在原TETRA基站設(shè)備基礎(chǔ)之上，將收發(fā)頻段互異所得，即原正常TETRA信道機(jī)發(fā)射頻段為851～866 MHz[5]，接收頻段為806～821 MHz，而TETRA系統(tǒng)互聯(lián)設(shè)備的發(fā)射頻段為806～821 MHz，接收頻段為851～866 MHz。對(duì)于接收板而言，就是輸入信號(hào)由原來(lái)的806～821 MHz改為了851～866 MHz，以上通過上層的配置軟件下發(fā)反轉(zhuǎn)后的頻點(diǎn)給互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

2.2注冊(cè)模塊

注冊(cè)模塊主要功能是向MOTO系統(tǒng)和AcroTetra系統(tǒng)發(fā)起用戶注冊(cè)請(qǐng)求，以及組附屬請(qǐng)求，注冊(cè)模塊對(duì)注冊(cè)相關(guān)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用MM協(xié)議棧對(duì)注冊(cè)和組附屬進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了一種基于全時(shí)隙終端協(xié)議棧的跨域TETRA異系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)。采用了多實(shí)例多并發(fā)的鏡像簇技術(shù)，能夠以反向終端的身份模擬注冊(cè)信令同時(shí)接入不同廠家的TETRA網(wǎng)絡(luò)，并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了TETRA跨系統(tǒng)間通信。

2.3信令模擬處理模塊

由于TETRA系統(tǒng)的高實(shí)時(shí)性要求，需要及時(shí)處理對(duì)端TETRA系統(tǒng)的空口消息，在接收到對(duì)端TETRA系統(tǒng)的空口消息后的2個(gè)時(shí)隙內(nèi)回復(fù)上行消息，因此需要互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備在1個(gè)時(shí)隙的時(shí)間內(nèi)完成下行信令的接收、解調(diào)、解碼、信令適配轉(zhuǎn)換以及上行信令的編碼、調(diào)制及發(fā)射等處理，如圖2所示。

本方案實(shí)現(xiàn)了一種高效高并發(fā)的信令模擬處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了多信道消息并發(fā)處理，能夠?qū)⒚襟w數(shù)據(jù)和控制信令進(jìn)行分離處理且互不影響，有效地增強(qiáng)了互聯(lián)網(wǎng)關(guān)對(duì)TETRA異系統(tǒng)空口消息的處理速度。

2.4空口數(shù)據(jù)組裝模塊

互聯(lián)網(wǎng)關(guān)需要接收處理來(lái)自對(duì)端TETRA系統(tǒng)基站的控制信令和語(yǔ)音數(shù)據(jù)，因時(shí)隙驅(qū)動(dòng)為14.167 ms[6]，這就要求互聯(lián)網(wǎng)關(guān)的處理時(shí)延要求在6 ms以內(nèi)才能保證信令不丟失。本方案設(shè)計(jì)了一種零時(shí)延高密輪詢的空口數(shù)據(jù)塊組裝方法，收到來(lái)自LLC及U面應(yīng)用的數(shù)據(jù)，UMAC將其暫存，不耗費(fèi)CPU去進(jìn)行協(xié)議編碼；收到來(lái)自LMAC的時(shí)隙請(qǐng)求，UMAC直接將已經(jīng)組裝好的空口數(shù)據(jù)塊發(fā)往LMAC[7]，以保證空口數(shù)據(jù)的精確性。UMAC層數(shù)據(jù)組裝模塊如圖3所示。