TETRA業務話務量研究

王海龍

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

陸上數字集群通信系統（Terrestrial Trunked Radio，TETRA）是歐洲電信標準協會（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）于1995年正式確定并推薦的開放性數字集群通信標準，起初是為歐洲警察和安全部門使用而制定的，具有較強的指揮調度功能[1]。TETRA系統由于其接口開放、技術先進、功能豐富和保密性好等特點，已成為我國數字集群領域的首選標準[2]。TETRA系統在我國地鐵、機場、港口、公共安全等領域得到了廣泛應用，許多專業部門相繼建立了自己的TETRA專網，TETRA數字集群標準已經在全球超過70個國家簽署了超過760個，TETRA標準更是在我國指揮調度通信行業中扮演著重要角色[3]。

隨著TETRA數字集群通信系統的應用愈發廣泛，系統的實際工程規劃建設中必然要涉及到系統容量的計算問題，此時，就需研究各項業務的話務量模型。雖然國內外對集群系統話務量都有所研究，但均沒有具體研究過TETRA數字集群系統的集群模式對于各業務話務量的影響，也未具體研究過TETRA系統的多種業務的具體話務量計算方法[4-8]。因此，TETRA業務話務量亟待深入研究和分析。

1 TETRA系統業務簡介

TETRA數字集群系統可以提供語音業務、數據業務和補充業務，用戶通過使用TETRA移動臺實現這些業務。具體業務類型如表1所示。

表1 TETRA系統業務簡介

2 TETRA業務話務量計算模型

通信系統在一定呼損率E下能夠容納的話務量A可以作為該通信系統基本性能的定量指標。在通信系統的工程設計中，以忙時話務量作為系統性能指標，每一用戶的忙時話務量為：

式中， a：每個用戶的忙時話務量，單位是Erl；

α：每個用戶在一天內的呼叫總次數；

β：忙時集中率，定義為忙時話務量與每天話務量之比；

t：每個用戶占用信道的平均時間，單位是h。

在呼損率E保持不變的情況下，通信系統能夠容納的最多用戶數M定義為：

假定用戶數M足夠大，且遠大于信道數N，單位時間的呼叫次數為常數，通話時長的概率服從指數分布，則可得E、A、N之間的關系為：

公式（3）是第一愛爾蘭公式，亦稱為愛爾蘭B公式。

分析公式（2）、（3）可得，若呼損率E保持不變，話務量A越大，則系統可容納的用戶數M越多；若系統可容納的用戶數M保持不變，話務量A越大，則呼損率E越小。由此可見，通信系統容納的話務量A直接決定了系統的用戶數和呼損率，而這二者直觀地表示出通信系統的優劣，因此通信系統能夠容納的話務量能很好表示出系統的基本性能，可以作為通信系統基本性能的定量指標。

然而，嚴格來說移動通信系統并非完全滿足推導公式（3）的三個前提條件，尤其是在小話務量時偏差較大。但是，如果作為一般的估算，可以應用這個公式及其損失概率表。因此，它在移動通信工程中一直被廣泛使用。

對于等待制系統（最簡單呼叫流程等待制全利用系統），當信道全忙時，新的呼叫請求排隊等候，而非被系統直接拒絕。所以，等待制系統的一個重要服務質量指標是呼叫的等待時間γ大于0的概率，用P（γ>0）來表示。經推理驗證，如果A/N<1，則出現排隊等待的概率（條件呼損概率）為：

公式（4）是第二愛爾蘭公式，也稱愛爾蘭C公式。

TETRA系統是等待制系統，若系統的所有信道都繁忙，則用戶發出的新呼叫建立請求需要排隊等待至有信道釋放，再依次占用空閑的信道，系統容量采用公式（4）計算，則TETRA系統基站容量配置的信道數與排隊等待概率的關系為：

在不同TETRA系統中，呼叫等待時間大于0 s的概率P取值有所不同，本文按照通常情況使用的5%考慮。

3 TETRA業務話務量分析

TETRA系統的集群模式有3種，內容如下。

1）消息集群（Message Trunking）：每一次呼叫通話期間，一次性地分配業務信道，通話完畢后（即松開PTT開關后），繼續保持信道6～10 s左右，供其他聽者占用；若6～10 s內未監測到有業務占用信道，則釋放此信道。

2）傳輸集群（Transmission Trunking）：每一次按PTT開關就重新分配業務信道。

3）準傳輸集群（Quasi Transmission Trunking）：前兩者的折中方案，每次PTT松開后保持業務信道0.5～6 s，然后釋放信道。

在TETRA系統的不同集群模式下，TETRA系統的各項業務實際占用信道的時間可能大于或等于通話時長，即在相同通話時長下，由于集群模式的不同，各種模式下相應的話務量也有所不同。下面將以組呼為例分析不同集群模式下的話務量，并分析幾種典型的TETRA業務話務量。

3.1 TETRA組呼話務量

參考國外的統計資料和國內已建數字集群網絡的運營經驗[9]，假設每天發起組呼25次，忙時集中率為0.1；每組有15個用戶，每個用戶都參與任意用戶發起的每一次組呼，每個用戶的回話一次，其通話時長（講話時間）平均為15 s，每組中有5個用戶在等待其他用戶通話完畢的x1=6～10 s內按下PTT，每組中有5個用戶在其他用戶通話時就按下PTT（排隊等待業務信道），每組中有5個用戶在等待其他用戶通話完畢的x2=0.5～6 s內按下PTT，假定條件如圖1所示。

1）消息集群

由于每次組呼時，每個用戶都通話完畢后，繼續保持信道6～10 s左右，即松開PTT開關后可以繼續占用信道6～10 s。由上述擬定的情況可知，每組中有5個用戶占用信道時間為（15+x1）s，有5個用戶占用信道時間為15 s，有5個用戶占用信道時間為（15+x2）s，話務量分析如圖2所示。

根據公式（1）得，每天的組呼話務量a為：

由擬定條件得，x1+x2∈[6.5，16]，則每天組呼話務量為0.178 9 Erl至0.211 8 Erl。

2）傳輸集群

由于每次組呼時，每個用戶都占用重新分配的業務信道，即只有在按下PTT通話時占用信道，通話組中的每個用戶占用信道時間均為15 s，話務量分析如圖3所示。

根據公式（1）得，每天的組呼話務量a為：

3）準傳輸集群

由于每次組呼時，每個用戶都通話完畢后，繼續保持信道0.5～6 s左右，即松開PTT開關后可繼續占用信道0.5～6 s。由上述設定情況可知，5個在其他用戶通話時就按下PTT的用戶占用信道時間為15 s，以及5個在等待其他用戶通話完畢的x1=6～10 s才按下PTT的用戶占用信道時間為（15+6）s，這5個用戶獲得了重新分配的信道（相當于發起新的組呼，但由于是回應本次發起組呼并為方便計算話務量，考慮這5個用戶的呼叫仍屬于本次組呼）；還有5個用戶占用信道時間為（15+ x2）s，話務量分析如圖4所示。

根據公式（1）得，每天的組呼話務量a為：

由擬定條件得，x2∈[0.5，6]，則每天的組呼話務量a為0.1788 Erl至0.1979 Erl。

根據TETRA標準可知，TETRA的一個載頻分為4個信道，TETRA基站支持配置1至8個載波，則相應有3至31個業務信道。用戶忙時排隊概率≤5%，根據公式（5）或查看Erlang C表，可得到不同載波配置基站的話務容量,如表2所示。

表2 不同載波數下的話務容量表

在TETRA移動通信系統中，以組呼為主要通信方式，每個通話組的忙時話務量與基站能支持的通話組數息息相關。根據公式（2），以典型的8載波基站為例，在表3中列出了在不同集群模式下，可以支持的最大通話組數。

表3 不同集群模式下8載波基站能承載的通話組數

由表3可以看出，在TETRA系統為傳輸集群模式時，8載波基站所能承載的通話組數量最大，以下依次為準傳輸集群和消息集群。雖然傳輸集群承載最多數量的通話組，但由于每次按下PTT時均重新分配信道，在業務繁忙時，信道可能全部占滿，很可能導致業務傳輸不連續形成通話中斷現象。對于消息集群，松開PTT開關后，網絡無線側繼續保持組呼信道6～10 s左右，可供組內其他用戶占用，大大減少通話中斷現象，但頻率利用率較前者顯著下降，能承載的通話組數量降低約18～37組，是消息集群承載最大通話組數量的13%～26%。而準傳輸集群兼顧了前兩者的優點，信道利用率高且消息連續，可承載的通話組數量較傳輸集群只是略有減少。

通過上述分析可知，準傳輸集群模式是3種集群模式中能兼顧另外兩者優點的模式，而實際的TETRA系統中，通常采用的也是準傳輸集群模式。所以，本文中其他TETRA業務話務量的分析也是在準傳輸集群模式下進行，下面以TETRA緊急呼叫為例說明。

3.2 TETRA緊急呼叫話務量

參考國外的統計資料和國內已建數字集群網絡的運營經驗，假設每天發起緊急呼叫5次，忙時集中率為0.1；每組有15個用戶，每個用戶都參與任意用戶發起的每一次緊急呼叫，每個用戶的回話一次，其通話時長（講話時間）平均為10 s，每組中有5個用戶在等待其他用戶通話完畢的x1=6～10 s內按下PTT，每組中有5個用戶在其他用戶通話時就按下PTT（排隊等待業務信道），每組中有5個用戶在等待其他用戶通話完畢的x2=0.5～6 s內按下PTT。

緊急呼叫是一種具有高優先級的組呼，具有較長掛起時間定時器設置的消息集群。該定時器的范圍為0～3 600 s，緊急呼叫的默認消息掛起時間一般為30 s。

由上述設定情況可知，緊急呼叫無論在哪一種集群模式下，由于默認消息掛起時間一般都應大于用戶延遲回話的時間（x1或x2），所以，每組中有5個用戶占用信道時間為（10+x1）s，有5個用戶占用信道時間為20 s，有5個用戶占用信道時間為（10+x2）s，話務量分析如圖5所示。

根據公式（1）得，每天的緊急呼叫話務量a為

由擬定條件得，x1+x2∈[6.5，16]，則每天的緊急呼叫話務量a為0.0253 Erl至0.0318 Erl。

3.3 TETRA業務話務量小結

由分析可知，TETRA數字集群通信系統在準傳輸集群模式下能兼顧提高頻道利用率和減少通話中斷，在實際系統中最為實用，應用最為廣泛。而三種不同的集群模式主要是對TETRA系統中最重要的業務——組呼和通播組呼叫的話務量大小有影響，而對緊急呼叫、個呼（半雙工或雙工）以及數據業務均無影響。

本文依據TETRA系統中各業務根據統計資料擬定的情況，總結了TETRA系統移動終端的業務話務量，具體如表4所示。

表4 TETRA準集群模式下各項業務話務量

4 結束語

通信系統容納的話務量與系統性能息息相關，TETRA系統由于業務類型各異，集群模式不同，因此話務量分析復雜。本文簡單介紹了TETRA系統業務類型和話務量計算模型，詳細研究了TETRA系統不同集群模式下組呼話務量的計算結果，并在此基礎上分析準傳輸集群模式下TETRA系統多種業務的話務量，為TETRA系統性能的深入研究奠定了一定的基礎。

[1]鄭祖輝，陸錦華，丁銳，等．數字集群移動通信系統[M].北京：電子工業出版社，2008．

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

[4]宋雅，田野，韓龍國．TETRA數字集群網絡高話務區域的容量解決思路探討[J]．移動通信，2010，（9）： 52-55．

[5]徐華林，專用無線通信系統話務量的計算[J]．郵電設計技術，2004，（8）：31-35.

[6]王漢杰，陳昌前．一種基于組呼的話務量模型[J]．移動通信，2008，35（18）：36-38．

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[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，孫潔．城市軌道交通中無線集群通信系統的話務分析[J]．中國新技術新產品，2009（13）：24．