基于数字集群异系统的互联互通设计

张成斌 康志杰

摘要：轨道交通领域专用无线通信系统的建设多采用TETRA数字集群无线通信系统承载，但是各TETRA系统厂家之间互联互通方面并没有开放接口，严重制约了地铁网络化运营的发展。设计了一种新型的异系统互联互通的网关设备，实现了不同品牌TETRA无线通信系统间的互联互通，重点阐述了互联网关的系统架构、设计实现方案；论证了互联网关设计应用于轨道无线通信领域的可行性和可扩展性。

关键词：无线通信；互联互通；互联网关

中图分类号：TN929文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）05-65-3

0引言

在城市轨道交通建设中，一般多采用TETRA数字集群系统作为无线通信系统使用[1]，各TETRA数字集群系统厂家之间无法实现互联互通，虽然TETRA ISI规范中定义了TETRA系统设备间互联互通的接口，但只是建议规范，目前各TETRA系统厂家之间相互封闭，为了各自商业利益，均不愿意开放系统间互联互通接口。各个城市地铁建设中，因有需求要实现跨线运营、统一调度及跨系统漫游等[2]，对TETRA异系统之间的互联互通需求十分迫切。

目前市场上TETRA系统间互通方式主要是通过背靠背车载台的方式实现互联，但这种异系统间互联互通方式有局限性，它并没有实现全集群业务的互联互通，只能实现一路组呼，在实际使用中存在扩容复杂、功能业务受限的问题，已无法满足用户越来越多的业务需求。基于现状，迫切需要实现一种新型异系统互联互通网关设备，能够满足用户各种丰富的业务需求，搭建方便，对双方系统的依赖性小，并且能够同时支持多路呼叫。

1总体方案

由于TETRA异系统之间尚未开放互联接口，因此无法通过TETRA ISI接口与其他TETRA系统实现互联互通，可借助异系统互联互通网关设备实现与异系统的互联互通。

互联网关的工作原理是在本端和對端的TETRA系统中配置需要互通的个人号码和群组号码，利用TETRA标准空中接口协议[3]，将需要互通的个人号码和群组号码通过构造注册和附属的空口信令的方式发送到对端TETRA系统中，实现将本端TETRA系统下的个人和群组镜像注册到对端TETRA系统中，如图1所示。

此方案不需要窄带系统开放系统间接口，互联网关通过TETRA标准的空口信令实现互联互通，利用TETRA空口严格标准性，采用更加灵活的方案设计，通过互联网关而非背靠背终端的方式，实现了TETRA异系统间的互通。除了呼叫、短消息等基本互通功能外，系统还支持动态重组等跨线调度功能[4]，而且并发业务不受限。

2设计方案

2.1配置管理模块

互联网关是在原TETRA基站设备基础之上，将收发频段互异所得，即原正常TETRA信道机发射频段为851～866 MHz[5]，接收频段为806～821 MHz，而TETRA系统互联设备的发射频段为806～821 MHz，接收频段为851～866 MHz。对于接收板而言，就是输入信号由原来的806～821 MHz改为了851～866 MHz，以上通过上层的配置软件下发反转后的频点给互联网关设备。

2.2注册模块

注册模块主要功能是向MOTO系统和AcroTetra系统发起用户注册请求，以及组附属请求，注册模块对注册相关信息进行转换，然后调用MM协议栈对注册和组附属进行处理，实现了一种基于全时隙终端协议栈的跨域TETRA异系统互联网关。采用了多实例多并发的镜像簇技术，能够以反向终端的身份模拟注册信令同时接入不同厂家的TETRA网络，并执行网络协议转换，实现了TETRA跨系统间通信。

2.3信令模拟处理模块

由于TETRA系统的高实时性要求，需要及时处理对端TETRA系统的空口消息，在接收到对端TETRA系统的空口消息后的2个时隙内回复上行消息，因此需要互联网关设备在1个时隙的时间内完成下行信令的接收、解调、解码、信令适配转换以及上行信令的编码、调制及发射等处理，如图2所示。

本方案实现了一种高效高并发的信令模拟处理机制，实现了多信道消息并发处理，能够将媒体数据和控制信令进行分离处理且互不影响，有效地增强了互联网关对TETRA异系统空口消息的处理速度。

2.4空口数据组装模块

互联网关需要接收处理来自对端TETRA系统基站的控制信令和语音数据，因时隙驱动为14.167 ms[6]，这就要求互联网关的处理时延要求在6 ms以内才能保证信令不丢失。本方案设计了一种零时延高密轮询的空口数据块组装方法，收到来自LLC及U面应用的数据，UMAC将其暂存，不耗费CPU去进行协议编码；收到来自LMAC的时隙请求，UMAC直接将已经组装好的空口数据块发往LMAC[7]，以保证空口数据的精确性。UMAC层数据组装模块如图3所示。