郭文馨

摘 要：该文介绍了TETRA数字集群通信系统的概念及在准能集团公司两个露天矿山的应用。通过现有基站运行现状和用户需求分析，结合两个露天矿预选位置的信号强度测试和需求用户容量计算，提出了符合准能集团公司露天矿山实际的TETRA数字集群通信系统技术方案，实现更丰富的调度手段以提高露天矿山生产的效率和准确性，以推动和加强生产调度指挥工作。

关键词：TETRA 数字集群通信系统 信号强度 用户容量 调度指挥

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0026-02

随着数字化矿山的高速发展，矿山调度指挥工作日益繁重，对无线通信调度指挥提出更高的要求。而现有的单站集群模式逐渐显露出种种不足，解决这一矛盾的有效办法就是网络化。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio—陆上集群无线电）数字集群通信系统是基于数字时分多址技术的专业移动通信系统。该系统具有信令标准公开、频谱利用率高、抗干扰能力强、易于扩容等优点，并可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，它不仅提供多群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务，适应于未来技术的发展。

1 准能集团公司两个露天矿无线基站的运行现状

神华准能集团有限责任公司黑岱沟露天矿、哈尔乌素露天矿生产指挥调度的800兆无线基站使用的是Motorola四载频基站，为单站集群模式运行。随着露天矿采坑区的移动变化，如黑岱沟露天矿坑已经远离基站达4km以上，矿坑内无线信号衰耗增加，出现掉线和无法呼出现象，哈尔乌素露天矿同样存在这种现象。多年来两矿一直采用直放站补盲方式，但此方法存在同频干扰、信号漂移等现象，造成部分用户终端无法正常使用。

2 准能集团公司两个露天矿TETRA系统的需求分析

在黑岱沟露天矿和哈尔乌素露天空矿坑口附近分别新建一套基站，改善矿坑信号覆盖较弱区域的通讯状况。通过中心交换实现两矿四基站信号联网，当其中一个基站信号覆盖较弱时，可利用其他基站信号网络进行交换呼叫，实现信号全覆盖。

3 准能集团公司两个露天矿的信号强度测试和用户容量计算

3.1 信号强度测试

MTS4测试基站架设在预选站点，天馈安装好。车辆携带测试设备进入测试区域行进测量。将笔记本电脑与MTP850手台通过专用串口线连接好，将手台的天线拧下，把手台连接到车载台天线上。通过多次改变MST4测试基站的安装位置并测试信号强度，最终确定新建基站的安装位置，通过测试数据可以看出架设坑口基站，矿坑内信号覆盖达到-85dbm以内，完全满足用户呼叫的需要。

3.2 系统用户容量计算

TETRA系统所能支持的无线用户数主要取决于下面三个参数：每个站可用的业务信道数量、话务量数据、所呼损率 （GoS）、语音服务质量（Qos）。在TETRA系统中，每个收发信机能支持4个逻辑信道，3载频基站共有1个控制信道，11个业务信道。

根据话务量参照模型：业务类型话音业务占90%，电话和单呼占5%，数据业务占5%，用户忙时话务量0.012Erl，无线呼损率5%，通过爱尔兰公式和爱尔兰呼损B表可以计算出，当呼叫延迟概率为5%时，单基站话务量为7.08 Erl的话务量，4个三载频固定基站TETRA系统能够提供28.32 Erl的话务量。在每用户的忙时话务量为0.012 Erl的前提下，数字集群系统（4个固定基站）的用户容量为：28.32/0.012=2360用户，每个基站的用户容量约为590，由此可知设计方案完全满足用户呼叫的需要。

4 准能集团公司两个露天矿TETRA数字集群通信系统技术方案

根据对两矿现场勘察和分析表明，要明显改善矿坑信号覆盖较弱区域，需增加一套中心交换设备和两套坑口基站。结合实际电测报告数据选取了黑岱沟露天矿和哈尔乌素露天矿坑口位置的两个点作为实际基站位置。在黑岱沟露天矿坑口，建设一座50 m固定铁塔、建造一间集装箱式机房，采用E1协议与中心进行信号网络交换。在哈尔乌素露天矿坑口，利用原有卡调系统30 m塔架设天馈线系统、建造一间集装箱式机房，采用E1协议与中心进行信号网络交换。通过中心交换实现两矿四基站信号联网，当其中一个基站信号覆盖较弱时，可利用其他基站信号进行交换呼叫，不同基站间用户呼叫延时应小于500 ms。当个别区域需要采用直放站补盲时，可采用选频直放站，能够避免直放站之间的同频干扰，同时实现统一管理、自动漫游等功能。

TETRA数字集群通信系统的形成将准能公司整体无线系统构成一个一中心四基站的星形拓扑结构的网络，中心配备网络管理器，可以对网内用户、网络设备、远端基站进行统一管理，功能上实现自动漫游。当基站与中心交换机的传输发生故障时，基站可以进入单站集群功能，终端可以在本站信号覆盖区域内执行基本功能，不会使系统处于完全瘫痪状态。

系统各基站联网采用双链路连接方式：第一链路（主用）架设2条GYTA-24B1通信光缆，结合现有的光缆线路将黑岱沟露天矿、哈尔乌素露天矿基站，与中心交换机连接形成一套数字集群广域网。第二链路（备用）采用一套无线网桥方式，当光纤链路中断时可自动启动实现无损切换，保证800M数字广域集群系统正常运行。联网双链路的连接方式使得系统更加稳定。

方案中交换控制中心（MSO）与基站（MTS4）采用星形拓扑结构连接，即每个基站通过E1与TETRA交换机直接连接。这种连接方式简单、可靠。一条基站链路的断开不会影响其他基站的正常运行。

考虑到露天矿山的高速发展和未来调度系统的用户增长，该技术方案中的TETRA数字集群通信系统可以平滑升级，交换控制中心MSO最大可支持25个基站，共75个载频，MTS4型基站可以支持8个载频。最大限度的保护了投资，同时星形拓扑又是比较经济实用的，将来随着基站的增加，拓扑结构扩容和更改也十分方便。

5 TETRA数字集群通信系统的可靠性设计

该技术方案采用了可靠性设计。无论是MSO交换机还是基站都采取了多种策略保证系统的可靠运行。能够提供连续、不间断、有效畅通的通信保障。

（1）MSO交换中心主要设备和基站MTBF值（平均故障间隔时间）最小为38 515h，网管、调度台和用户台MTBF值最小为46 000h，完全能够满足各个生产调度对可靠性的要求。

（2）MSO交换机关键部件采用1+1热备份配置，相关网元设备采用冗余热备份，由此调度指挥业务获得最高级别的可靠性。当主设备检测到故障时，会触发自动切换。即使是在满负荷工作的情况下，切换过程也仅有十几秒。特别是节点控制器的冗余设计不仅针对故障，同时允许系统在不间断工作的情况下进行软件升级，这样就减少了计划的和非计划的中断时间。

（3）系统设备采用标准化和模块化的元器件，同类型的设备基本模块是相同的，具有互换性，极大地增强了设备的可靠性和可扩展性。

（4）系统可对用户数据、系统数据、各类参数及配置进行备份，当发生数据丢失时能用备份数据进行数据恢复。基站配置软件TESS可以将基站数据、参数和其他配置存为一个文件，存储在系统管理平台上，一旦基站发生故障，可以利用这些备份数据进行恢复。

（5）系统同其他通信系统及计算机网络进行互联应用时是通过边界路由器进行安全隔离的。这样保证了其他网络或系统不会影响本系统的正常运行。外界网络是无法访问和攻击系统的网元设备和数据库。

6 TETRA数字集群通信系统的功能

TETRA数字集群系统具有丰富的功能，可满足准能集团露天矿山生产部门各种调度指挥的要求。系统可实现的主要功能分为基本功能、扩展功能、单站集群功能等几个大类。

（1）基本功能包括组呼，单呼（私密呼叫），紧急呼叫，通播组呼叫，直通模式（DMO）。

（2）扩展功能包括优先呼叫，自动重发，迟后加入，预占优先呼叫，区域选择，限时通话，呼叫显示，呼叫提示，讲话方识别显示，缩位寻址，呼叫限制，电话互联限制，二次拨号，发射关闭，超出服务区指示，动态重组等。

（3）单站集群功能，系统基站能在中心站故障或通信链路中断时自动进入单站集群状态，基站用户仍能进行单基站内的组呼，且通话组状态和编组不发生变化；当故障排除后，系统自动恢复到正常运行状态，且用户的通信功能不受到任何影响。整个切换控制过程都由基站控制器自动完成，无需人工干预。单站集群功能主要包括：基站入网登记、基站信道动态分配、控制信道备份、组呼、紧急呼叫、遇忙排队、回叫迟后、加入新近用户优先、讲话方号码显示、单站集群提示等。

7 结语

当前，准能集团两个露天矿处于生产的高峰期，产量逐年增长，准能集团公司TETRA数字集群通信系统安装完成后，形成一套完整的TETRA数字集群通信系统，它不仅能够为日常生产提供更加稳定、可靠、精准的调度指挥模式，还提高了工作效率，更加确保了日常生产的安全性。今后TETRA数字集群通信系统将在露天矿生产中发挥更重要的作用。

参考文献

[1] 张晓伟.TETRA数字集群通信系统在消防调度指挥中的应用[J].中国公共安全：学术版，2010（2）：51-54.

[2] 胡世祥.集群移动通信技术[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3] 孙昕，孙溪.ETRA数字集群系统的技术特性和组网方法[J].移动通信，2003（8）：84-88.