張　瑩，孫鵬飛

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2.哈爾濱工業(yè)大學 通信技術研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

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PDT與Tetra業(yè)務能力比較

張瑩1，孫鵬飛2

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2.哈爾濱工業(yè)大學 通信技術研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

摘要公安部科技信息化局為了實現(xiàn)全國數(shù)字集群一張網(wǎng)的目標，于2013年發(fā)布了新一代警用數(shù)字集群系列標準(PDT)。根據(jù)PDT和Tetra標準在語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的承載能力、性能、語音聲碼器及組網(wǎng)等方面的規(guī)定，結合網(wǎng)絡覆蓋、用戶分布等特點，針對語音組呼和衛(wèi)星定位等主要業(yè)務進行了對比分析。雖然Tetra標準在數(shù)據(jù)業(yè)務上能力上存在一定的優(yōu)勢，但在中國警用廣域覆蓋和語音通信為主、數(shù)據(jù)業(yè)務為輔的需求前提下，仍可以得出PDT的綜合性能更適合中國警用需求的結論。

關鍵詞PDT；Tetra；警用集群通信

0引言

我國現(xiàn)行的數(shù)字集群標準包括：SJ/T11228-2000《數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制》、TETRA和PDT3個標準。近年來，出于信息安全方面的考慮，公安部一直在致力于擁有自主專利技術的專網(wǎng)數(shù)字集群標準的制定推進。2013年4月，公安部信息通信局發(fā)布了GA/T 105x-2013系列中國警用數(shù)字集群新標準PDT(Police Digital Trunking)[1-3]。

目前，針對中國警用數(shù)字集群(PDT)新標準專網(wǎng)建設的政策扶持計劃已逐步展開，公安部近日發(fā)文決定，廢止11項公共安全行業(yè)標準，包括GA/T444-2003《公安數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)總機技術規(guī)范》，屬于歐美技術的TETRA集群通信系統(tǒng)標準將逐步被警用數(shù)字集群(PDT)新標準所取代。有關部門近年來一直致力于推廣擁有自主知識產(chǎn)權的PDT標準，此次政策的具體實施將給PDT專網(wǎng)市場帶來巨大發(fā)展空間[4-6]。Tetra體制畢竟是原有的公安數(shù)字集群標準，而且已經(jīng)在北京上海等大型城市運行使用，通過對Tetra和PDT技術的分析，可對其產(chǎn)品應用特點進行深入了解，對下一步公安建設數(shù)字集群網(wǎng)絡具有重要的指導意義。

1Tetra與PDT話音質量差異

1.1　聲碼器速率

由于Tetra與PDT信道傳輸性能的差別，要求聲碼器壓縮比不同，聲音表現(xiàn)特征也存在差異。PDT使用的NVOC聲碼器輸出為2.4 kbps的壓縮語音，經(jīng)信道編碼后生成3.6 kbps的語音數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1　PDT聲碼器編碼示意

TETRA采用ACELP編碼，聲碼器輸出4.567 kbps的壓縮語音，經(jīng)信道編碼后生成7.2 kbps的語音數(shù)據(jù)[7]，如圖2所示。

圖2　TETRA ACELP編碼示意

1.2　安靜環(huán)境下MOS評分

從中文(MOS)評分上看，Tetra聲碼器壓縮比較低(128/4.567)，PDT為(128/2.45)，因此壓縮/解壓縮之后語音還原質量Tetra略高，體現(xiàn)在安靜環(huán)境下的MOS評分也略高。各種典型聲碼器在安靜環(huán)境下的中文MOS評分如表1所示。

表1　中文MOS評分

1.3　噪聲環(huán)境下話音質量

PDT的NVOC聲碼器優(yōu)勢在于較強的噪聲抑制能力，在噪聲環(huán)境中話音質量有明顯的優(yōu)勢。Tetra聲碼器沒有降噪功能，相比PDT聲碼器在強噪聲環(huán)境下通信話音清晰度略差，但更接近模擬系統(tǒng)的聲音特點(語音噪聲混合)，習慣模擬通信效果的用戶比較容易接受。PDT噪聲抑制的效果在各種典型噪聲背景都是比較好的，但部分習慣模擬通信效果的用戶會感覺聲音過于干凈和生硬，需要一段適應時間。因此，噪聲背景環(huán)境下PDT話音質量優(yōu)于Tetra。

1.4　模擬語音帶寬對話音質量影響

Tetra采用的ACELP編碼，碼率較高，達到4.567 kbps，其編碼原理對聲音頻譜中的低頻段不敏感。PDT使用的編碼由于碼率較低，只有2.45 kbps，編碼原理要求使用200 Hz以上的頻譜。在與模擬系統(tǒng)互聯(lián)時，因為窄帶濾波器導致300 Hz以下頻譜丟失，進而導致壓縮解壓縮聲音還原能力下降，出現(xiàn)音質下降和識別率降低的問題。實際測試的結果表明，音質和還原性能下降，但對可懂度影響不大。由此可以看出，Tetra的窄帶性能略優(yōu)于PDT。

1.5　信道編碼強度對語音質量影響

Tetra語音編碼的FEC糾錯能力要強于PDT，主要原因是Tetra接收機靈敏度低于PDT，因此需要更強的編碼和更低的編碼率來換取較強的抗誤碼能力，減少復雜環(huán)境及弱場對語音通信的影響。由于在不考慮編碼增益的PDT的實際通信距離較Tetra有比較明顯的優(yōu)勢，雖然Tetra語音信道編碼強度略高，實際可接受語音質量通信距離PDT還是具有明顯的優(yōu)勢。

1.6　加密對語音質量影響

Tetra語音加密采用偷幀的方式，常用的方法是每500 ms偷半幀，屬于有損加密方式；而PDT采用的是空閑比特位傳輸加密相關信息方式，不會對話音質量產(chǎn)生影響，屬于無損加密方式。因此，Tetra語音加密后可以明顯感覺到話音質量的下降，PDT加密對語音質量影響較小。

2Tetra與PDT語音業(yè)務差異

語音業(yè)務是集群系統(tǒng)最主要的業(yè)務，語音組呼是使用頻度最高的業(yè)務功能。Tetra與PDT在語音組呼中都可以支持豐富的細化需求，例如多個參與組、背景組解決參與用戶范圍問題，區(qū)域限制解決呼叫建立地理區(qū)域范圍問題，優(yōu)先、緊急呼叫解決信道繁忙時優(yōu)先保障重要呼叫的問題，越區(qū)切換解決移動中跨基站呼叫不斷線的問題，利用移動性管理僅在有用戶的基站分配信道節(jié)約信道資源等。由于Tetra與PDT存在基站覆蓋半徑的差別，針對相同的用戶地理位置分布，語音組呼會體現(xiàn)出明顯的差異，主要體現(xiàn)在通話過程中的越區(qū)切換及組呼漏呼概率[8,9]。

2.1　語音呼叫越區(qū)切換方法

通常大區(qū)制使用過程中發(fā)生基站切換的概率較低，小區(qū)制發(fā)生切換的概率較高，因此實現(xiàn)越區(qū)切換的技術也不同。典型的通告型通話過程中的組呼越區(qū)切換實現(xiàn)步驟如表2所示，可以清楚地看到2種不同思路。

表2　通話中越區(qū)切換過程對比

在前3步，Tetra與PDT沒有區(qū)別，后2步思路出現(xiàn)差異，Tetra采用的是系統(tǒng)控制終端切換方式，而PDT采用的是終端根據(jù)系統(tǒng)廣播消息自主決定切換方式。Tetra方式比較適合單呼越區(qū)切換，小區(qū)制信道上通話的用戶比較少，不會因為切換的信令交互影響正常通話；PDT方式比較適合組呼，大區(qū)制信道上通話的用戶比較多，一個人申請一組人收益的方式效率更高。Tetra越區(qū)切換由系統(tǒng)控制終端逐一進行基站的切換，PDT是終端利用系統(tǒng)廣播消息自主切換，支持不限數(shù)量的同時切換，在大量用戶參與的組呼越區(qū)切換中優(yōu)勢明顯。

2.2　多基站組呼漏呼概率

雖然Tetra和PDT系統(tǒng)都有完善的移動性管理，包括組用戶的位置管理，可以保證只在有組用戶的基站分配信道。但由于組呼用戶的分布是隨機的，每個基站下的用戶數(shù)量也很難平均，而且每個基站信道配置通常也是有限的。一個組呼在絕大多數(shù)情況下需要在多個基站同時分配信道，此時覆蓋區(qū)域內基站數(shù)量會對組呼的漏呼概率產(chǎn)生影響，基站越少，漏呼概率越低[10,11]。例如,圖3所示的極端情況，一個PDT基站需要9個Tetra基站完成覆蓋，此時PDT基站就不存在漏呼問題，但是Tetra在2號和7號基站因為信道全忙出現(xiàn)組呼漏呼。

圖3　多基站集群系統(tǒng)中組呼與漏呼

多基站的集群系統(tǒng)因為信道忙導致的組呼漏呼現(xiàn)象是無法避免的，通常需要利用呼叫的優(yōu)先級來保證重要呼叫的資源，帶來的副作用就是高優(yōu)先級呼叫搶占低優(yōu)先級呼叫信道資源，導致低優(yōu)先級呼叫中斷。相同面積的覆蓋區(qū)域，基站越多，組呼漏呼概率越高，反之越低。多基站組呼漏呼率PDT優(yōu)于Tetra[12,13]。

3Tetra與PDT數(shù)據(jù)業(yè)務差異

3.1　物理信道數(shù)據(jù)承載能力

Tetra與PDT都具備低速數(shù)據(jù)傳輸能力，但由于信道基礎條件的差異，數(shù)據(jù)傳輸能力也存在差異，Tetra的數(shù)據(jù)傳輸能力更強，數(shù)據(jù)傳輸對比如表3所示。由表3可以看出，Tetra單位頻譜數(shù)據(jù)承載能力比PDT要強1倍。

表3　數(shù)據(jù)傳輸能力對比

3.2　衛(wèi)星定位業(yè)務能力

GPS數(shù)據(jù)上傳分為主動上報和系統(tǒng)上拉2種類型，主動上報使用隨機接入方式，在空口存在碰撞的幾率，所以大量用戶上報GPS時會產(chǎn)生碰撞導致成功率降低；而上拉型有系統(tǒng)預先排號次序，不會發(fā)生碰撞，因此單位時間上拉GPS數(shù)據(jù)的數(shù)量比隨機接入型要大。

3.2.1控制信道GPS數(shù)據(jù)傳輸

Tetra與PDT標準都規(guī)定了利用控制信道短消息主動上傳GPS數(shù)據(jù)的機制，由于2種標準體制控制信道的承載能力的差異，導致單位時間Tetra的上傳能力強于PDT。根據(jù)每條GPS數(shù)據(jù)占用空口時間及隨機接入30%通過率推算如表4所示，表4中，N≤4，為控制信道數(shù)量。

表4　控制信道單位時間上傳GPS數(shù)量

3.2.2專用數(shù)據(jù)信道GPS數(shù)據(jù)傳輸

由于大量的GPS數(shù)據(jù)在控制信道傳輸會造成擁塞，影響系統(tǒng)正常的呼叫接入控制，所以在各廠商的產(chǎn)品實現(xiàn)過程中，也設計了基于專用數(shù)據(jù)信道的GPS上傳方法，由于并未獲得標準的支持，因此只能作為產(chǎn)品特色功能表現(xiàn)。典型的Tetra多個專用數(shù)據(jù)信道GPS主動上傳和PDT多個數(shù)據(jù)信道系統(tǒng)上拉的能力對比如表5所示，表5中，N為數(shù)據(jù)信道數(shù)量。由對比可知，PDT專用數(shù)據(jù)信道GPS上傳能力優(yōu)于Tetra。

表5　數(shù)據(jù)信道單位時間上傳GPS數(shù)量

3.3　狀態(tài)消息傳輸能力

Tetra和PDT都具備空口效率最高的狀態(tài)消息傳輸能力，通常用于發(fā)生較為頻繁上報終端用戶狀態(tài)(例如忙閑等)和其他對傳輸時延要求較高的應用，Tetra比PDT狀態(tài)消息長度要大。但二者的傳輸時間基本相同，如表6所示。

表6　狀態(tài)消息傳輸能力對比

3.4　分組數(shù)據(jù)承載能力

Tetra與PDT都支持分組數(shù)據(jù)及利用分組數(shù)據(jù)開發(fā)的各類應用。由于Tetra的單數(shù)據(jù)信道承載能力是PDT的兩倍(7.2 k/3.6 k)，所以Tetra可以支持更豐富小數(shù)據(jù)應用[14,15]，例如WAP查詢等。PDT的分組數(shù)據(jù)也可以支持WAP查詢，但因為速度較慢，使用體驗效果不理想，更多的是采用簡化的短消息查詢方式。在這2個技術體制的用戶使用及應用過程中，通常可以根據(jù)各自數(shù)據(jù)傳輸能力設計相匹配的應用功能，各自發(fā)揮優(yōu)勢。常用應用功能如表7所示。

表7　常用應用功能對比

4結束語

Tetra與PDT各有所長，2個標準是在不同的應用場景下的不同技術方案，二者各自具有優(yōu)勢。每個技術標準都不是完美無缺的，在不同的場景下，會表現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點。中國國土面積較大，人口分布不均，經(jīng)濟條件不平衡，中國公安的專用通信系統(tǒng)在此條件下正在從模擬MPT1327向數(shù)字系統(tǒng)轉化，PDT在業(yè)務能力方面的優(yōu)勢是比較明顯的，更符合中國的國情。

PDT標準的制訂已經(jīng)有了良好的開端，對于公安專用移動通信系統(tǒng)的發(fā)展影響深遠，面對挑戰(zhàn)迎難而上是義不容辭的選擇。伴隨著PDT標準的發(fā)展、進步和壯大，希望此標準可以為今后10~20年的公安工作提供更加強有力的技術支撐。

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張瑩女，(1982—)，助理工程師。主要研究方向：無線通信與信息系統(tǒng)、計算機信息處理。

孫鵬飛男，(1969—)，副教授，主要研究方向：專網(wǎng)通信研究、產(chǎn)品研發(fā)，制定PDT系列標準。

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

作者簡介

收稿日期：2015-03-09

中圖分類號TN929

文獻標識碼A

文章編號1003-3106(2015)06-0012-04

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.06.04

引用格式：張瑩，孫鵬飛.PDT與Tetra業(yè)務能力比較[J].無線電工程，2015，45(6)：12-15，91.