TETRA数字集群网络高话务区域的容量解决思路探讨

【摘 要】文章在分析TETRA数字集群网络基站话务承载能力的基础上,提出了TETRA数字集群网络高话务区域的容量解决思路和流程,对其中的网中网技术进行了介绍,并对网中网技术应用时的区域范围、频率规划、边界设置问题进行了详细分析。

【关键词】TETRA 组呼 用户类别 网中网

1 引言

TETRA为欧洲电信标准协会(ETSI)推荐的数字集群标准,与iDEN、GT800、GOTA并列,是我国四大数字集群标准之一。TETRA具有系统功能齐全、调度功能强大、频率利用率较高等优点,在国内外得到广泛应用。

目前,国内已建的大型TETRA数字集群网络主要包括:北京正通政务网、上海电信集群网、深圳公安数字集群网络、广州800M数字集群共网等。TETRA数字集群系统在各类大型活动保障中发挥了重要的指挥调度及通信保障作用。由于大型活动的重点保障区域一般同时为话务热点区域(如重大政治活动的庆典区域、大型运动会的开闭幕式区域),对这些高话务区域的容量解决方案进行研究,对整个活动的成功保障有至关重要的意义。

2 TETRA基站的话务承载能力分析

TETRA数字集群系统属于等待制系统,若所有信道忙则新的呼叫建立请求被置入队列,排队等待空闲信道出现,容量通常采用Erlang C公式计算。根据爱尔兰C公式,TETRA系统基站的容量配置与排队率的关系计算如下:

其中:

P0:呼叫等待时间大于0秒的概率

A:话务量

N:可用信道数

在不同的数字集群网络中,呼叫等待时间大于0秒的概率(用户忙时排队概率)取值有所不同,本文的分析按照通常使用的5%考虑。

TETRA标准采用TDMA与FDD技术,将一个载频的25kHz带宽分为4个时隙(信道)。目前TETRA基站支持1~8载波配置,相应有3~31个业务信道。根据上述容量计算公式,得到不同载波配置基站的容量,如表1所示:

在TETRA系统中,通信以组呼为主,基站的话务容量或能支持的通话组数跟每个通话组的忙时话务量直接相关。根据国内各类大型活动期间的话务统计,每组忙时话务量可达0.15Erl~0.2Erl之间,据此可得到8载波基站最大可支持的通话组数,如表2所示。

因此,8载波基站忙时最多能承载的通话组数在110~147个组之间。对话务需求大于该范围的热点区域,需要寻求进一步的高话务解决方案。

3 TETRA高话务区域容量解决思路及流程

解决TETRA高话务区域的容量需求,可采用的方法包括:优化系统自身的容量控制机制、网络扩容、辅助一些临时控制手段。

3.1 TETRA系统的高话务控制

通过优化控制信道与业务信道的负荷分担,语音和数据业务动态分配信道,并结合多用户类别、多优先级技术手段,提高无线信道的利用率,并确保话务高峰时重要呼叫的顺畅。

(1)控制信道的负荷优化

对控制信道负荷影响较大的GPS定位业务,关键要控制好GPS定位的发送间隔。对某些TETRA系统,可采用分组数据通道发送GPS信息,从而避免控制信道成为容量瓶颈。

(2)业务信道的负荷优化

在突发高话务事件发生时,可将多个日常的小型通话组合并成一个规模较大的、甚至是跨不同部门的通话组,使得通信在一个基站内只需要一个信道,以提升基站容量。通信完成后调度员可快速解除通话组的合并,该操作的灵活性和简易性优于动态重组。

话务繁忙时,可关闭相关基站的分组数据业务、个呼业务、GPS业务甚至短信业务以释放信道,增加呼叫业务可用的信道数。

(3) 语音和数据业务动态信道分配

信道资源可以根据信道忙闲状况动态地在分组数据和话音业务之间进行共享,无数据发送时,分组数据信道可以用于话音,从而大大提高信道利用率。

3.2 网络扩容提升系统容量

在各大型TETRA网络中,大都配备有高载波配置的应急通信车。对突发的、小范围区域的高话务需求,应急通信车基站可快速开通,有效解决方案。然而,由于应急通信车覆盖范围较小,对可预见的高话务区域,建议预先进行基站扩容,提升网络容量。考虑到集群以组呼为主、每个组呼通信通常要跨多个基站,因此,在进行基站载波配置或扩容时,需要成片考虑,避免其中的个别基站由于配置较低成为瓶颈,出现组呼建立时延过长甚至漏呼的现象。

目前,单个TETRA基站最大可扩容至8载波,该配置可能仍不满足热点区域的话务需求。使用网中网技术,可进一步提升局部区域的系统容量。

4 网中网技术及应用分析

目前的TETRA集群系统中,可将用户划分为多种不同的类别,用于管理用户使用基站的权限。基站会自动在控制信道上广播所允许的用户类别,只有与所广播的类别相一致的用户才能使用该基站,从而保证重要用户有足够的系统资源进行紧急情况处理。

在此基础上,延伸出了“网中网”的概念:所谓“网中网”,是指在网络整个覆盖范围内,针对重点地区的基站,在同一个物理站址或邻近位置架设双站,并通过用户类别的限制,将不同类型的用户限定在不同基站上,减少用户之间对资源的争抢,进一步提升重点地区的容量。

应用网中网技术,同一物理站址建设逻辑双站,结合用户类别区分及用户分组技术,最大可将重点区域的话务容量提升1倍。如对某个TETRA基站由原先的8载波扩容至网中网8+8配置后,两个逻辑站设置为分别承载不同类别的用户(如一个基站承载安保用户,另外一个基站承载其余用户),合理规划每个基站下面的用户组数,最大可实现8+8双站所支持的通话组数为8载波单站的2倍。对于基站和终端用户类别的修改均在系统侧完成,这意味着大型活动保障期间,可以根据需要随时调整基站允许的用户类别,达到对网络资源的最有效利用。

运用网中网技术时,需要重点考虑以下几个方面的因素:

(1) 网中网区域范围的设置

对重点区域设置网中网时,区域范围需恰当,不宜过小或过大。若网中网区域过小,考虑到集群组呼一般需要涉及多个基站,重点区域发起的呼叫很大概率需要同时占用网中网区域以外基站的信道,这些普通基站的容量相对较低、易成为话务瓶颈。若网中网区域设置过大,一方面交换机、基站需要新增的资源较多;另一方面,网络的频率需求也会明显增加,频率资源可能会成为网络建设、运营的瓶颈。实际网络中,需要综合考虑系统的交换机、基站及可用的频率资源情况,合理设置网中网区域,网中网双站的数量可能为3~10个不等。

(2)应用网中网后的频率需求及规划

TETRA网络中设置网中网双站后,该区域的频率需求将直接增加,建议在前期频率规划时,考虑双站的频率需求,统一规划。若网络建设运营过程中才新增网中网双站,则网中网区域的频率方案需进行调整、重新规划。若网中网区域处于网络中的话务最密集簇内,频率调整的难度将大大增加,需要结合软件仿真、实际测试等手段,评估新频率方案的效果,必要时需再申请临时频率。

(3)网中网区域与普通区域的边界考虑

由于网中网双站的话务容量大于普通基站,网中网区域边界处的普通基站大都比较繁忙,可能成为容量瓶颈。在保证覆盖连续的前提下,通过设置切换等系统参数以及基站的发射功率、天线方向角及下倾角等参数,使得网中网基站的覆盖范围尽可能大、多吸收话务,降低边界处的普通基站负荷,提升网络性能。

5 结束语

高话务区域的通信保障,是TETRA数字集群网络保障的重点和难点。合理应用网中网技术及其他技术手段,确保满足高话务区域的容量需求,将为建设稳定可靠的TETRA网络奠定坚实的基础。

【作者简介】

宋雅:毕业于华南理工大学通信与信息系统专业,工学硕士,现就职于广东省电信规划设计院有限公司,工程师,主要从事无线网络规划、设计与优化工作。

曾沂粲:现就职于广东省电信规划设计院有限公司,任电信咨询设计院技术总监,高级工程师,主要从事无线网络咨询及技术管理工作。

沈海红:毕业于南京邮电学院,工学硕士,现就职于广东省电信规划设计院有限公司,主要从事无线网络咨询、规划与优化工作。