王海龙

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

陆上数字集群通信系统（Terrestrial Trunked Radio，TETRA）是欧洲电信标准协会（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）于1995年正式确定并推荐的开放性数字集群通信标准，起初是为欧洲警察和安全部门使用而制定的，具有较强的指挥调度功能[1]。TETRA系统由于其接口开放、技术先进、功能丰富和保密性好等特点，已成为我国数字集群领域的首选标准[2]。TETRA系统在我国地铁、机场、港口、公共安全等领域得到了广泛应用，许多专业部门相继建立了自己的TETRA专网，TETRA数字集群标准已经在全球超过70个国家签署了超过760个，TETRA标准更是在我国指挥调度通信行业中扮演着重要角色[3]。

随着TETRA数字集群通信系统的应用愈发广泛，系统的实际工程规划建设中必然要涉及到系统容量的计算问题，此时，就需研究各项业务的话务量模型。虽然国内外对集群系统话务量都有所研究，但均没有具体研究过TETRA数字集群系统的集群模式对于各业务话务量的影响，也未具体研究过TETRA系统的多种业务的具体话务量计算方法[4-8]。因此，TETRA业务话务量亟待深入研究和分析。

1 TETRA系统业务简介

TETRA数字集群系统可以提供语音业务、数据业务和补充业务，用户通过使用TETRA移动台实现这些业务。具体业务类型如表1所示。

表1 TETRA系统业务简介

2 TETRA业务话务量计算模型

通信系统在一定呼损率E下能够容纳的话务量A可以作为该通信系统基本性能的定量指标。在通信系统的工程设计中，以忙时话务量作为系统性能指标，每一用户的忙时话务量为：

式中， a：每个用户的忙时话务量，单位是Erl；

α：每个用户在一天内的呼叫总次数；

β：忙时集中率，定义为忙时话务量与每天话务量之比；

t：每个用户占用信道的平均时间，单位是h。

在呼损率E保持不变的情况下，通信系统能够容纳的最多用户数M定义为：

假定用户数M足够大，且远大于信道数N，单位时间的呼叫次数为常数，通话时长的概率服从指数分布，则可得E、A、N之间的关系为：

公式（3）是第一爱尔兰公式，亦称为爱尔兰B公式。

分析公式（2）、（3）可得，若呼损率E保持不变，话务量A越大，则系统可容纳的用户数M越多；若系统可容纳的用户数M保持不变，话务量A越大，则呼损率E越小。由此可见，通信系统容纳的话务量A直接决定了系统的用户数和呼损率，而这二者直观地表示出通信系统的优劣，因此通信系统能够容纳的话务量能很好表示出系统的基本性能，可以作为通信系统基本性能的定量指标。

然而，严格来说移动通信系统并非完全满足推导公式（3）的三个前提条件，尤其是在小话务量时偏差较大。但是，如果作为一般的估算，可以应用这个公式及其损失概率表。因此，它在移动通信工程中一直被广泛使用。

对于等待制系统（最简单呼叫流程等待制全利用系统），当信道全忙时，新的呼叫请求排队等候，而非被系统直接拒绝。所以，等待制系统的一个重要服务质量指标是呼叫的等待时间γ大于0的概率，用P（γ>0）来表示。经推理验证，如果A/N<1，则出现排队等待的概率（条件呼损概率）为：

公式（4）是第二爱尔兰公式，也称爱尔兰C公式。

TETRA系统是等待制系统，若系统的所有信道都繁忙，则用户发出的新呼叫建立请求需要排队等待至有信道释放，再依次占用空闲的信道，系统容量采用公式（4）计算，则TETRA系统基站容量配置的信道数与排队等待概率的关系为：

在不同TETRA系统中，呼叫等待时间大于0 s的概率P取值有所不同，本文按照通常情况使用的5%考虑。

3 TETRA业务话务量分析

TETRA系统的集群模式有3种，内容如下。

1）消息集群（Message Trunking）：每一次呼叫通话期间，一次性地分配业务信道，通话完毕后（即松开PTT开关后），继续保持信道6～10 s左右，供其他听者占用；若6～10 s内未监测到有业务占用信道，则释放此信道。

2）传输集群（Transmission Trunking）：每一次按PTT开关就重新分配业务信道。

3）准传输集群（Quasi Transmission Trunking）：前两者的折中方案，每次PTT松开后保持业务信道0.5～6 s，然后释放信道。

在TETRA系统的不同集群模式下，TETRA系统的各项业务实际占用信道的时间可能大于或等于通话时长，即在相同通话时长下，由于集群模式的不同，各种模式下相应的话务量也有所不同。下面将以组呼为例分析不同集群模式下的话务量，并分析几种典型的TETRA业务话务量。

3.1 TETRA组呼话务量

参考国外的统计资料和国内已建数字集群网络的运营经验[9]，假设每天发起组呼25次，忙时集中率为0.1；每组有15个用户，每个用户都参与任意用户发起的每一次组呼，每个用户的回话一次，其通话时长（讲话时间）平均为15 s，每组中有5个用户在等待其他用户通话完毕的x1=6～10 s内按下PTT，每组中有5个用户在其他用户通话时就按下PTT（排队等待业务信道），每组中有5个用户在等待其他用户通话完毕的x2=0.5～6 s内按下PTT，假定条件如图1所示。

1）消息集群

由于每次组呼时，每个用户都通话完毕后，继续保持信道6～10 s左右，即松开PTT开关后可以继续占用信道6～10 s。由上述拟定的情况可知，每组中有5个用户占用信道时间为（15+x1）s，有5个用户占用信道时间为15 s，有5个用户占用信道时间为（15+x2）s，话务量分析如图2所示。

根据公式（1）得，每天的组呼话务量a为：

由拟定条件得，x1+x2∈[6.5，16]，则每天组呼话务量为0.178 9 Erl至0.211 8 Erl。

2）传输集群

由于每次组呼时，每个用户都占用重新分配的业务信道，即只有在按下PTT通话时占用信道，通话组中的每个用户占用信道时间均为15 s，话务量分析如图3所示。

根据公式（1）得，每天的组呼话务量a为：

3）准传输集群

由于每次组呼时，每个用户都通话完毕后，继续保持信道0.5～6 s左右，即松开PTT开关后可继续占用信道0.5～6 s。由上述设定情况可知，5个在其他用户通话时就按下PTT的用户占用信道时间为15 s，以及5个在等待其他用户通话完毕的x1=6～10 s才按下PTT的用户占用信道时间为（15+6）s，这5个用户获得了重新分配的信道（相当于发起新的组呼，但由于是回应本次发起组呼并为方便计算话务量，考虑这5个用户的呼叫仍属于本次组呼）；还有5个用户占用信道时间为（15+ x2）s，话务量分析如图4所示。

根据公式（1）得，每天的组呼话务量a为：

由拟定条件得，x2∈[0.5，6]，则每天的组呼话务量a为0.1788 Erl至0.1979 Erl。

根据TETRA标准可知，TETRA的一个载频分为4个信道，TETRA基站支持配置1至8个载波，则相应有3至31个业务信道。用户忙时排队概率≤5%，根据公式（5）或查看Erlang C表，可得到不同载波配置基站的话务容量,如表2所示。

表2 不同载波数下的话务容量表

在TETRA移动通信系统中，以组呼为主要通信方式，每个通话组的忙时话务量与基站能支持的通话组数息息相关。根据公式（2），以典型的8载波基站为例，在表3中列出了在不同集群模式下，可以支持的最大通话组数。

表3 不同集群模式下8载波基站能承载的通话组数

由表3可以看出，在TETRA系统为传输集群模式时，8载波基站所能承载的通话组数量最大，以下依次为准传输集群和消息集群。虽然传输集群承载最多数量的通话组，但由于每次按下PTT时均重新分配信道，在业务繁忙时，信道可能全部占满，很可能导致业务传输不连续形成通话中断现象。对于消息集群，松开PTT开关后，网络无线侧继续保持组呼信道6～10 s左右，可供组内其他用户占用，大大减少通话中断现象，但频率利用率较前者显著下降，能承载的通话组数量降低约18～37组，是消息集群承载最大通话组数量的13%～26%。而准传输集群兼顾了前两者的优点，信道利用率高且消息连续，可承载的通话组数量较传输集群只是略有减少。

通过上述分析可知，准传输集群模式是3种集群模式中能兼顾另外两者优点的模式，而实际的TETRA系统中，通常采用的也是准传输集群模式。所以，本文中其他TETRA业务话务量的分析也是在准传输集群模式下进行，下面以TETRA紧急呼叫为例说明。

3.2 TETRA紧急呼叫话务量

参考国外的统计资料和国内已建数字集群网络的运营经验，假设每天发起紧急呼叫5次，忙时集中率为0.1；每组有15个用户，每个用户都参与任意用户发起的每一次紧急呼叫，每个用户的回话一次，其通话时长（讲话时间）平均为10 s，每组中有5个用户在等待其他用户通话完毕的x1=6～10 s内按下PTT，每组中有5个用户在其他用户通话时就按下PTT（排队等待业务信道），每组中有5个用户在等待其他用户通话完毕的x2=0.5～6 s内按下PTT。

紧急呼叫是一种具有高优先级的组呼，具有较长挂起时间定时器设置的消息集群。该定时器的范围为0～3 600 s，紧急呼叫的默认消息挂起时间一般为30 s。

由上述设定情况可知，紧急呼叫无论在哪一种集群模式下，由于默认消息挂起时间一般都应大于用户延迟回话的时间（x1或x2），所以，每组中有5个用户占用信道时间为（10+x1）s，有5个用户占用信道时间为20 s，有5个用户占用信道时间为（10+x2）s，话务量分析如图5所示。

根据公式（1）得，每天的紧急呼叫话务量a为

由拟定条件得，x1+x2∈[6.5，16]，则每天的紧急呼叫话务量a为0.0253 Erl至0.0318 Erl。

3.3 TETRA业务话务量小结

由分析可知，TETRA数字集群通信系统在准传输集群模式下能兼顾提高频道利用率和减少通话中断，在实际系统中最为实用，应用最为广泛。而三种不同的集群模式主要是对TETRA系统中最重要的业务——组呼和通播组呼叫的话务量大小有影响，而对紧急呼叫、个呼（半双工或双工）以及数据业务均无影响。

本文依据TETRA系统中各业务根据统计资料拟定的情况，总结了TETRA系统移动终端的业务话务量，具体如表4所示。

表4 TETRA准集群模式下各项业务话务量

4 结束语

通信系统容纳的话务量与系统性能息息相关，TETRA系统由于业务类型各异，集群模式不同，因此话务量分析复杂。本文简单介绍了TETRA系统业务类型和话务量计算模型，详细研究了TETRA系统不同集群模式下组呼话务量的计算结果，并在此基础上分析准传输集群模式下TETRA系统多种业务的话务量，为TETRA系统性能的深入研究奠定了一定的基础。

[1]郑祖辉，陆锦华，丁锐，等．数字集群移动通信系统[M].北京：电子工业出版社，2008．

[2] ETSI Technical Specification，TETRA V+D Part 2: Air Interface，TS 100 392-2 V3.3.1.2008．

[3] ETSI Technical Report，TETRA Release 2 Designer’s Guide:TEDS，TR 102 580 V1.1.1.2007．

[4]宋雅，田野，韩龙国．TETRA数字集群网络高话务区域的容量解决思路探讨[J]．移动通信，2010，（9）： 52-55．

[5]徐华林，专用无线通信系统话务量的计算[J]．邮电设计技术，2004，（8）：31-35.

[6]王汉杰，陈昌前．一种基于组呼的话务量模型[J]．移动通信，2008，35（18）：36-38．

[7] Dimitrios I．Axiotis，Apostolis K．Salkintzis．Packet data messaging over TETRA：network performance analysis，Wireless Networks[J]．2010（6）：1189-1198．

[8] Farid Azizzadeh，Seyed Ali Ghorashi．Performance Evaluation and Enhancement of Random Access Procedure in TETRA Networks[C].2010 6th Conference on Wireless Advanced．2010．

[9]周承昊，孙洁．城市轨道交通中无线集群通信系统的话务分析[J]．中国新技术新产品，2009（13）：24．