目前和未来TETRA在铁路信号应用中的应用

多年来，已经有很多文章描述了TETRA在运输行业的成功。TETRA标准是ETSI在20世纪90年代中期首次发布的，是第一个用于数字集群无线电方案的欧洲标准，旨在满足关键业务和关键任务用户的需求。

从一开始，TETRA就满足了铁路界的许多需求，并被世界各地的一些地铁和有轨电车采用，以满足他们的通信需求。TETRA的优点之一是语音和数据的集成，允许关键控制信息和语音同时发送到同一个无线电终端。全双工语音通话使驾驶员与控制室之间的通信更加安全有效
紧急情况下与列车乘客的沟通。群呼为司机、控制中心、维护团队、安全组织和许多其他组织之间提供快速有效的语音通信。分组数据服务，允许传输用户的IP包，是对标准的早期增强，并提供了一个多槽分组数据服务，允许在一个通道上从一个到所有四个的任意数量的时隙专门用于数据服务。短数据服务广泛用于消息传递和位置应用程序。最近，TETRA增强型数据服务为数据提供了更高的速度，与标准语音和数据服务没有任何兼容性或干扰问题。直接模式操作允许列车上的工作人员之间或列车上和轨道旁的工作人员之间直接通信，而不需要附近的基站覆盖。在移动和便携式无线电上有一个标准化的接口——PEI(外围设备接口)——可以方便地将无线电用作调制解调器来传输应用数据。TETRA的安全机制设计得很强大，考虑到政府使用，这在运输市场中越来越重要。重要的是，这些服务是在ETSI标准中指定的，当与由TCCA (TETRA和关键通信协会)监督的独立互操作性测试制度相结合时，允许具有竞争力的多供应商供应过程。大约有15家公司参与了TCCA的互操作性流程(IOP)。

在地铁和有轨电车应用中，TETRA一直用于语音和数据中心应用。开放的接口允许不同的供应商在底层TETRA网络和终端设备上构建自己的列车调度和列车控制应用程序。TETRA设备与车载控制和信号系统集成，使TETRA网络能够用于从轨道侧和GPS定位系统报告位置信息。与列车运行状况有关的遥测数据可以报告给控制和维护系统，车载摄像机系统的图像也可以传输，例如在报警情况下。

语音服务通常用于列车通告和乘客紧急服务支持，以及列车与控制室之间的通信。TETRA具有高性能的群呼，设置时间通常为300毫秒，用于高效的员工通信(以及有效使用无线电频道)。个人呼叫设施可在全双工以及半双工模式的一键通话。

除了轨道到列车的应用外，数据服务还用于乘客信息系统。远程遥测可以确保无人值守设施的安全和安全得到持续监测。车站职员和维修人员经常使用语音服务。TETRA网络对于语音非常有效，在一个25kHz信道中提供多达4个呼叫，并且呼叫设置和清除速度快，避免浪费通话时间。

在欧洲，地铁和有轨电车的部署有很多例子。哥本哈根地铁是最早采用TETRA系统的地铁之一，在2002年第一条地铁开通时就使用了TETRA系统。伦敦地铁是世界上最古老的地铁系统，但也是第一个决定大规模使用TETRA的地铁系统之一，在2006-2008年推出的私人融资倡议合同中提供了全系统的安装。在欧洲以外，TETRA也被广泛采用，在亚太和拉丁美洲地区有许多系统。仅在中国，就有超过50个铁路项目使用TETRA;TETRA在台湾、新加坡、韩国和香港这四个亚洲“四小龙”经济体中都有很好的代表。

对于主线通信来说，情况就不一样了。国际铁路联盟(UIC)在20世纪90年代研究了GSM- r和TETRA，当时消费者GSM网络开始部署，而TETRA仍处于标准化阶段。因此，可以理解的是，决策者更愿意采用一种基于市场上已经出现的东西的技术。对通用技术的需求
这为跨境服务提供了互操作性，也导致了900MHz频段频谱的授予，毗邻大众市场的GSM频谱。直到最近，铁路干线通信还没有其他选择。在同一时间做出类似决定的公共安全社区采用了TETRA，并获得了380-400MHz频段的频谱;有趣的是，许多地铁系统也被置于同一波段，以帮助与相关公共安全机构的互操作性和支持。

在欧洲以外，没有强制要求使用GSM-R, TETRA也已被用于干线铁路通信。有时，决定因素包括可用的频谱——GSM-R频段并非在所有国家都可用，而TETRA被指定为在VHF到1GHz范围内运行。TETRA网络通常安装在400MHz频段，与GSM-R相比，这提供了一些经济效益，因为在较低频率下可以获得更大的基站范围。此外，由于TETRA设备的数量要大得多——到2016年底共出货570万台(IHS报告，2016年)——设备成本也有经济效益。例如，TETRA已在台湾和韩国的高速铁路线上成功部署多年，运行速度高达300公里/小时。TETRA网络也已部署在列车控制系统中，类似于欧洲的ETCS(欧洲列车控制系统)部署。哈萨克斯坦铁路采用了TETRA系统，提供相当于ETCS 3级的安全关键信号，除了数据功能外，还可以利用TETRA的关键任务语音功能，并在复杂地形上提供经济的UHF频谱覆盖解决方案。在拉丁美洲，哥伦比亚北铁载虫
(FENOCO)也迈出了类似的一步，在193公里的铁轨上提供符合美国要求的列车控制系统。在澳大利亚，罗伊山铁矿开采项目使用TETRA系统报告多星座GPS定位信息，作为移动块信号系统的一部分，这可能导致未来的自主操作。

在欧洲，TETRA直到现在还没有用于干线轨道到列车的通信目的。然而，芬兰面临着更换老旧GSM-R网络的成本问题，决定从GSM-R网络迁移到国家VIRVE TETRA网络，该网络部署用于公共安全和政府使用。这样做有明显的经济效益——该网络已经部署完毕，并且按照公众的要求有很好的覆盖范围
安全机构已经在使用它。鉴于GSM-R技术的寿命即将结束，在铁路行业开始考虑下一个替代GSM-R的合适技术时，它节省了替代GSM-R网络的投资。另一个好处是减少干扰:由于GSM-R频率分配与消费者移动通信使用的频段相邻，因此可能存在相互干扰问题，从而降低两个网络的通信质量(和范围)。通过采用完全不同的技术，
这些影响是可以避免的。当然，芬兰在欧洲使用俄罗斯铁路轨距的情况相当独特，因此不需要满足其他欧洲国家的跨境火车旅行需求。

另一个可能有助于在安全关键信号应用中采用TETRA的因素是完成了使用GPRS (GSM通用分组无线电业务)来携带ETCS数据的规范。TETRA数据包数据服务提供了与GPRS相同的能力，提高了电路交换服务的效率，并且能够灵活地提供不同的数据包延迟和比特率与不同的服务(单插槽数据包数据，多插槽数据包数据和TEDS)可用。此外，信号供应商已经在生产独立于底层无线电技术的解决方案，这进一步降低了在可能的情况下将TETRA用于安全关键方案的能力。

未来会怎样?

公共安全社区是TETRA开发和采用背后的驱动力之一，他们正在寻找提供宽带通信的方法。在大多数情况下，这些需要与TETRA网络一起运行，TETRA网络继续提供关键任务语音和广域覆盖，并为这些宽带通信提供高速数据服务来补充TETRA服务。ETSI TCCE (TETRA和关键通信进化)以及TETRA和关键通信协会(行业协会)都进行了大量的调查。ETSI内部开展了早期工作，以确定所需的用户服务，并计算提供公共安全服务所需的频谱数量。他们认为，关键任务行业本身规模太小，无法开发自己的用于关键任务宽带使用的无线电技术，而3GPP定义的LTE(也称为“4G”)将是最好的无线电解决方案，前提是可以进行适当的增强来增强关键任务方面。此外，还考虑在3GPP范围内继续在ETSI TCCE开始的关键任务服务标准化，以拥抱全球市场。作为回应，3GPP成立了一个新的工作组——这是10多年来3GPP内部的第一个新小组——负责关键任务解决方案的架构。这个小组，SA6，在2015年初开始工作。

到目前为止，在3GPP中，一个版本(release 13)已经完成了标准工作，为关键任务使用(MCPTT)提供了第一个一键通话解决方案。这第一个版本是旅程的第一步，并提供基本的PTT语音服务。在第14版中添加了增强功能，并且正在开发关键任务视频和数据的第一个方面。这听起来可能有点奇怪，因为4G LTE已经是一个非常好的视频和数据“数据管道”，但它需要加强以提供互操作、优先级服务和群体通信。由于3GPP发布相对频繁
考虑到关键任务解决方案的复杂性，它很可能会在2018年底发布第15版之后，在服务合理完成并为在关键情况下使用的产品实施做好准备之前。这与业界预测的第一个符合标准的关键任务系统将在2020年左右上市的情况非常吻合。与此同时，在ETSI内部，认识到TETRA系统与LTE关键任务应用程序之间需要互通，已开始定义互通标准，使TETRA系统能够与LTE关键任务应用程序并行工作。

铁路通信的未来——包括信号和语音——很可能在3GPP路线图中。与公共安全社区类似，铁路行业本身规模太小，无法开发特定的新无线电技术。第一个具体的铁路工作研究项目“未来铁路移动通信系统”(FRMCS)正在3GPP中进行，将研究已经标准化的关键任务功能是否足够，或者铁路界是否需要更多功能。本研究直接基于UIC的未来铁路移动通信系统-用户需求规范¹．然而，考虑到过去的教训，主流开发的独立分支并不具有吸引力，关键任务社区采取的方法是开发标准化应用程序，同时对底层平台进行最少必要的增强。当然，通过在3GPP标准机构内这样做，解决方案也将扩展到下一代5G服务以及目前的基线4G服务。因此，我们希望铁路行业能够与公共安全界携手，在标准机构的范围内，找到一个共同的关键任务解决方案，从而产生最佳的规模经济，以满足他们的共同需求。

参考:

1. www.uic.org/IMG/pdf/frmcs_user-requirements.pdf