TETRA集群通信系统空中接口协议

2010-08-09徐小涛

电信工程技术与标准化 2010年7期

关键词：网络协议时隙链路

徐小涛

（通信指挥学院武汉 430010）

TETRA是目前世界上应用最为广泛的数字集群通信系统，为了确保不同厂商系统设备的兼容性，TETRA制定了基于空中接口的网络协议，使系统设备可以与网络中不同资源的接口有效互联。

1 网络协议结构

在TETRA数字集群移动通信系统中，基站和移动台以互补的方式工作，移动台/基站空中接口网络协议栈如图1所示。

移动台/基站空中接口网络协议规定，控制面业务主要包括：移动性管理、电路方式控制实体和分组数据业务。其中，移动性管理用来控制漫游、迁移和切换；电路方式控制实体负责呼叫控制、补充业务和短数据业务；分组数据业务分为：面向连接的网络业务、无连接网络业务。移动性管理、电路方式控制实体和分组数据业务统称为子网络接入功能（SNAFs）。

用户面业务有：明话/密话、电路方式不保护数据、电路方式保护数据（低保护）、电路方式保护数据（高保护）和端对端用户数据。

控制面信息是指全部信令信息，包括控制信令和分组数据；用户面信息是指电路方式话音或电路方式数据，包括端对端用户数据。控制面信息和用户面信息有不同的要求。控制面只需要一个离散的、非连续物理链路来传送信息，建立连续的虚拟链路来支持其业务；控制信息有的需要请求应答，有的不需要请求应答；而用户面则需要一个连续的物理链路来支持用户业务。

数据链路层（第2层DLL）完成从第3层至第1层的映射。

MAC子层则负责信道分配及物理层的数据复用。为了实现这些功能，MAC用数据原语与高层进行通信，并用逻辑信息与底层进行通信。媒体介入控制层（MAC）实现TDMA的帧同步、交织/去交织、信道编码、随机接入过程、分片/合片、在AACH上无线链路质量的RSSI和MER测量、支持LLC重传过程的MER测量；在MAC层实现控制面和用户面的分离；用户面业务传送至用户面，而控制面信息则传向协议栈。

图1 移动台/基站空中接口网络协议栈

逻辑链路层（LLC层）负责处理多路逻辑链路以支持同时发生的业务，并负责数据传送与重传、分段/合段和逻辑链路处理。

网络层（第3层）仅用于控制面，负责网络过程。移动链路控制实体（MLE）用来管理移动台至基站/基站至移动台的连接、登记区域内的移动性、识别码管理、业务质量选择和协议鉴别（即传送至较高层实体）。

高层实体不涉及传输机理，只是按数据原语（请求/指示/应答/证实）和协议数据单元（PDU）进行处理，相反，物理层则依从预先确定的固定定时机制，不涉及每一个数据包的内容是什么。

2 物理层

在TETRA数字集群移动通信系统中，移动台/基站空中接口网络协议栈物理层（第1层）处理调制和解调、收/发转换、频率校正、码元同步及移动台功率控制等。

2.1 TDMA帧结构

TDMA帧结构如图2所示。由4个时隙构成一个TDMA 帧，帧长 170/3ms（ ≈ 57.67ms），由 18个TDMA帧构成一个复帧，复帧长1.02s，复帧的第18帧为控制帧。以话音加数据电路方式工作时，把18帧复帧长的业务压缩在17个TDMA帧中传送，从而允许将第18帧用作控制指令，而不致造成数据流的中断。由60个复帧构成一个超帧，超帧长61.2s。

2.2 时隙结构

时隙结构如图3所示。一个时隙包含510bit（255个码元）。每个时隙的时长为85/6ms（≈14.167ms）。上行时隙可分成两个子时隙，每个子时隙包含255bit。一个调制比特的时宽为250/9μs（≈27.78μs）。由于要实施移动台发射功率的跃升及功放线性化，在下行中插入同步序列（称为中间训练序列），下行传输量要略大于上行传输量（多30bit）。额外的下行容量用于发送下MAC层信息。在物理层，该信息字段被称为“广播块”，它在每一个下行时隙中出现。而在MAC层，该信息字段则被称之为接入指配信道（ACCH）。

图2 TDMA帧结构

接入指配信道主要用于下述两个目的：

（1）在业务信道上传送“使用标志”，标明下行时隙的预定目的地和上行时隙的允许用户。这一特性减少了由于移动台覆盖中断（桥下或隧道现象）所引起的交叉呼叫（在覆盖中断处，系统把移动台所用的那个信道又分配给另一个呼叫），使本协议更为坚固。利用“使用标志”，正在接收和发送的移动台可以连续不断地证实它们有权接入该信道，否则它们必须返回至主控信道（MCCH）。

（2）在信令信道上传送接入控制元素（接入码及ALOHA帧长）。每个接入半时隙上的信息可以在ACCH中独立传送，或混合传送一个方向上的话务和另一个方向上的信令。