PDT与Tetra业务能力比较

张　莹，孙鹏飞

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；

2.哈尔滨工业大学 通信技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)



PDT与Tetra业务能力比较

张莹1，孙鹏飞2

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；

2.哈尔滨工业大学 通信技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)

摘要公安部科技信息化局为了实现全国数字集群一张网的目标，于2013年发布了新一代警用数字集群系列标准(PDT)。根据PDT和Tetra标准在语音业务和数据业务的承载能力、性能、语音声码器及组网等方面的规定，结合网络覆盖、用户分布等特点，针对语音组呼和卫星定位等主要业务进行了对比分析。虽然Tetra标准在数据业务上能力上存在一定的优势，但在中国警用广域覆盖和语音通信为主、数据业务为辅的需求前提下，仍可以得出PDT的综合性能更适合中国警用需求的结论。

关键词PDT；Tetra；警用集群通信

0引言

我国现行的数字集群标准包括：SJ/T11228-2000《数字集群移动通信系统体制》、TETRA和PDT3个标准。近年来，出于信息安全方面的考虑，公安部一直在致力于拥有自主专利技术的专网数字集群标准的制定推进。2013年4月，公安部信息通信局发布了GA/T 105x-2013系列中国警用数字集群新标准PDT(Police Digital Trunking)[1-3]。

目前，针对中国警用数字集群(PDT)新标准专网建设的政策扶持计划已逐步展开，公安部近日发文决定，废止11项公共安全行业标准，包括GA/T444-2003《公安数字集群移动通信系统总机技术规范》，属于欧美技术的TETRA集群通信系统标准将逐步被警用数字集群(PDT)新标准所取代。有关部门近年来一直致力于推广拥有自主知识产权的PDT标准，此次政策的具体实施将给PDT专网市场带来巨大发展空间[4-6]。Tetra体制毕竟是原有的公安数字集群标准，而且已经在北京上海等大型城市运行使用，通过对Tetra和PDT技术的分析，可对其产品应用特点进行深入了解，对下一步公安建设数字集群网络具有重要的指导意义。

1Tetra与PDT话音质量差异

1.1　声码器速率

由于Tetra与PDT信道传输性能的差别，要求声码器压缩比不同，声音表现特征也存在差异。PDT使用的NVOC声码器输出为2.4 kbps的压缩语音，经信道编码后生成3.6 kbps的语音数据，如图1所示。

图1　PDT声码器编码示意

TETRA采用ACELP编码，声码器输出4.567 kbps的压缩语音，经信道编码后生成7.2 kbps的语音数据[7]，如图2所示。

图2　TETRA ACELP编码示意

1.2　安静环境下MOS评分

从中文(MOS)评分上看，Tetra声码器压缩比较低(128/4.567)，PDT为(128/2.45)，因此压缩/解压缩之后语音还原质量Tetra略高，体现在安静环境下的MOS评分也略高。各种典型声码器在安静环境下的中文MOS评分如表1所示。

表1　中文MOS评分

1.3　噪声环境下话音质量

PDT的NVOC声码器优势在于较强的噪声抑制能力，在噪声环境中话音质量有明显的优势。Tetra声码器没有降噪功能，相比PDT声码器在强噪声环境下通信话音清晰度略差，但更接近模拟系统的声音特点(语音噪声混合)，习惯模拟通信效果的用户比较容易接受。PDT噪声抑制的效果在各种典型噪声背景都是比较好的，但部分习惯模拟通信效果的用户会感觉声音过于干净和生硬，需要一段适应时间。因此，噪声背景环境下PDT话音质量优于Tetra。

1.4　模拟语音带宽对话音质量影响

Tetra采用的ACELP编码，码率较高，达到4.567 kbps，其编码原理对声音频谱中的低频段不敏感。PDT使用的编码由于码率较低，只有2.45 kbps，编码原理要求使用200 Hz以上的频谱。在与模拟系统互联时，因为窄带滤波器导致300 Hz以下频谱丢失，进而导致压缩解压缩声音还原能力下降，出现音质下降和识别率降低的问题。实际测试的结果表明，音质和还原性能下降，但对可懂度影响不大。由此可以看出，Tetra的窄带性能略优于PDT。

1.5　信道编码强度对语音质量影响

Tetra语音编码的FEC纠错能力要强于PDT，主要原因是Tetra接收机灵敏度低于PDT，因此需要更强的编码和更低的编码率来换取较强的抗误码能力，减少复杂环境及弱场对语音通信的影响。由于在不考虑编码增益的PDT的实际通信距离较Tetra有比较明显的优势，虽然Tetra语音信道编码强度略高，实际可接受语音质量通信距离PDT还是具有明显的优势。

1.6　加密对语音质量影响

Tetra语音加密采用偷帧的方式，常用的方法是每500 ms偷半帧，属于有损加密方式；而PDT采用的是空闲比特位传输加密相关信息方式，不会对话音质量产生影响，属于无损加密方式。因此，Tetra语音加密后可以明显感觉到话音质量的下降，PDT加密对语音质量影响较小。

2Tetra与PDT语音业务差异

语音业务是集群系统最主要的业务，语音组呼是使用频度最高的业务功能。Tetra与PDT在语音组呼中都可以支持丰富的细化需求，例如多个参与组、背景组解决参与用户范围问题，区域限制解决呼叫建立地理区域范围问题，优先、紧急呼叫解决信道繁忙时优先保障重要呼叫的问题，越区切换解决移动中跨基站呼叫不断线的问题，利用移动性管理仅在有用户的基站分配信道节约信道资源等。由于Tetra与PDT存在基站覆盖半径的差别，针对相同的用户地理位置分布，语音组呼会体现出明显的差异，主要体现在通话过程中的越区切换及组呼漏呼概率[8,9]。

2.1　语音呼叫越区切换方法

通常大区制使用过程中发生基站切换的概率较低，小区制发生切换的概率较高，因此实现越区切换的技术也不同。典型的通告型通话过程中的组呼越区切换实现步骤如表2所示，可以清楚地看到2种不同思路。

表2　通话中越区切换过程对比

在前3步，Tetra与PDT没有区别，后2步思路出现差异，Tetra采用的是系统控制终端切换方式，而PDT采用的是终端根据系统广播消息自主决定切换方式。Tetra方式比较适合单呼越区切换，小区制信道上通话的用户比较少，不会因为切换的信令交互影响正常通话；PDT方式比较适合组呼，大区制信道上通话的用户比较多，一个人申请一组人收益的方式效率更高。Tetra越区切换由系统控制终端逐一进行基站的切换，PDT是终端利用系统广播消息自主切换，支持不限数量的同时切换，在大量用户参与的组呼越区切换中优势明显。

2.2　多基站组呼漏呼概率

虽然Tetra和PDT系统都有完善的移动性管理，包括组用户的位置管理，可以保证只在有组用户的基站分配信道。但由于组呼用户的分布是随机的，每个基站下的用户数量也很难平均，而且每个基站信道配置通常也是有限的。一个组呼在绝大多数情况下需要在多个基站同时分配信道，此时覆盖区域内基站数量会对组呼的漏呼概率产生影响，基站越少，漏呼概率越低[10,11]。例如,图3所示的极端情况，一个PDT基站需要9个Tetra基站完成覆盖，此时PDT基站就不存在漏呼问题，但是Tetra在2号和7号基站因为信道全忙出现组呼漏呼。

图3　多基站集群系统中组呼与漏呼

多基站的集群系统因为信道忙导致的组呼漏呼现象是无法避免的，通常需要利用呼叫的优先级来保证重要呼叫的资源，带来的副作用就是高优先级呼叫抢占低优先级呼叫信道资源，导致低优先级呼叫中断。相同面积的覆盖区域，基站越多，组呼漏呼概率越高，反之越低。多基站组呼漏呼率PDT优于Tetra[12,13]。

3Tetra与PDT数据业务差异

3.1　物理信道数据承载能力

Tetra与PDT都具备低速数据传输能力，但由于信道基础条件的差异，数据传输能力也存在差异，Tetra的数据传输能力更强，数据传输对比如表3所示。由表3可以看出，Tetra单位频谱数据承载能力比PDT要强1倍。

表3　数据传输能力对比

3.2　卫星定位业务能力

GPS数据上传分为主动上报和系统上拉2种类型，主动上报使用随机接入方式，在空口存在碰撞的几率，所以大量用户上报GPS时会产生碰撞导致成功率降低；而上拉型有系统预先排号次序，不会发生碰撞，因此单位时间上拉GPS数据的数量比随机接入型要大。

3.2.1控制信道GPS数据传输

Tetra与PDT标准都规定了利用控制信道短消息主动上传GPS数据的机制，由于2种标准体制控制信道的承载能力的差异，导致单位时间Tetra的上传能力强于PDT。根据每条GPS数据占用空口时间及随机接入30%通过率推算如表4所示，表4中，N≤4，为控制信道数量。

表4　控制信道单位时间上传GPS数量

3.2.2专用数据信道GPS数据传输

由于大量的GPS数据在控制信道传输会造成拥塞，影响系统正常的呼叫接入控制，所以在各厂商的产品实现过程中，也设计了基于专用数据信道的GPS上传方法，由于并未获得标准的支持，因此只能作为产品特色功能表现。典型的Tetra多个专用数据信道GPS主动上传和PDT多个数据信道系统上拉的能力对比如表5所示，表5中，N为数据信道数量。由对比可知，PDT专用数据信道GPS上传能力优于Tetra。

表5　数据信道单位时间上传GPS数量

3.3　状态消息传输能力

Tetra和PDT都具备空口效率最高的状态消息传输能力，通常用于发生较为频繁上报终端用户状态(例如忙闲等)和其他对传输时延要求较高的应用，Tetra比PDT状态消息长度要大。但二者的传输时间基本相同，如表6所示。

表6　状态消息传输能力对比

3.4　分组数据承载能力

Tetra与PDT都支持分组数据及利用分组数据开发的各类应用。由于Tetra的单数据信道承载能力是PDT的两倍(7.2 k/3.6 k)，所以Tetra可以支持更丰富小数据应用[14,15]，例如WAP查询等。PDT的分组数据也可以支持WAP查询，但因为速度较慢，使用体验效果不理想，更多的是采用简化的短消息查询方式。在这2个技术体制的用户使用及应用过程中，通常可以根据各自数据传输能力设计相匹配的应用功能，各自发挥优势。常用应用功能如表7所示。

表7　常用应用功能对比

4结束语

Tetra与PDT各有所长，2个标准是在不同的应用场景下的不同技术方案，二者各自具有优势。每个技术标准都不是完美无缺的，在不同的场景下，会表现出不同的优缺点。中国国土面积较大，人口分布不均，经济条件不平衡，中国公安的专用通信系统在此条件下正在从模拟MPT1327向数字系统转化，PDT在业务能力方面的优势是比较明显的，更符合中国的国情。

PDT标准的制订已经有了良好的开端，对于公安专用移动通信系统的发展影响深远，面对挑战迎难而上是义不容辞的选择。伴随着PDT标准的发展、进步和壮大，希望此标准可以为今后10~20年的公安工作提供更加强有力的技术支撑。

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张莹女，(1982—)，助理工程师。主要研究方向：无线通信与信息系统、计算机信息处理。

孙鹏飞男，(1969—)，副教授，主要研究方向：专网通信研究、产品研发，制定PDT系列标准。

Comparison of PDT and Tetra Capabilities

ZHANG Ying1,SUN Peng-fei2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;

2.CommunicationResearchCenterofHIT,HarbinHeilongjiang150080,China)

AbstractIn order to build a wide wireless digital trunking communication network in China,the Science and Technology Informatization Bureau of Ministry of Public Security of the People’s Republic of China released a series of police digital trunking communication system standards in 2013.According to the definition of PDT and Tetra standard on bearing capacity of voice and data services,performances,vocoder,networking,etc.,the primary services such as voice group call and satellite positioning are analyzed and compared combining with such characteristics as network coverage and user distribution.Under the precondition of requiring wide-area coverage and voice communication more than data service for police communication in China,although Tetra standard has some advantages on data service capability,it is concluded that PDT is more suitable for police communication in China.

Key wordsPDT;Tetra;police trunking communication

作者简介

收稿日期：2015-03-09

中图分类号TN929

文献标识码A

文章编号1003-3106(2015)06-0012-04

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.06.04

引用格式：张莹，孙鹏飞.PDT与Tetra业务能力比较[J].无线电工程，2015，45(6)：12-15，91.