TETRA数字集群通信系统是一种基于数字时分多址(DTMA)技术的无线集群移动通信系统。TETRA数字集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，它不仅提供多群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务。TETRA数字集群系统还支持功能强大的移动台脱网直通(DMO)方式，并可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密。TETRA数字集群系统同时还具有虚拟专网功能，可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务。TETRA数字集群系统具有丰富的服务功能、高频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用(如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等)都已在TETRA中得到实现。因此，近两年TETRA数字集群系统在世界上得到了快速的发展。

　　Tetra通信系统主要工作在380～400，410～430，806～825，851～870(MHz)频段。接入方式为时分多址(TDMA)，其中每载频4个时隙，调制方式为7／4QPSK。其载频间隔为25KHz，信道数据速率为36Kb／s。话音编码方式为ACELP，4．567kb／S，用户数据传输速率在不保护的情况下为7．2／14．4／21．6／28／28．8kb／S；在低保护的情况下为4．8／9．6／14．4／19．2kb／S；在高保护的情况下为2．4／4．8／7．2／9．6kb／S。基站发射功率为0．6～25W基站接收灵敏度为一1．06dBm移动台功率为lW，3W，10W。移动台功率控制范围为15～40dBm(每步进为5dBm)手机发射功率为30mW～3W。手机接收灵敏度为一ll2dBm(静态)；103dBm(动态)。

　　TETRA在系统设计上采用了诸多技术来保障系统的指挥调度功能，以及强大的可靠性和抗毁性，主要体现在以下方面：

　　(1)虚拟网概念

　　可使多个功能要求不同的机构共用一个物理网络。各机构只要配置调度台和移动台后，便可建立自己的虚拟网，并可像在传统的专用网中一样工作。

　　(2)直通工作方式

　　指移动台不经网络基础设施便可相互通信的工作模式。这种工作方式适合未设置集群基站地区及覆盖范围外的地区使用。也就是说，在TETRA系统中，脱网工作的移动台可以与未脱网工作的移动台保持通信联络。

　　(3)良好的互连特性

　　为了保证与其它系统和设备相互联接，TETRA定义了各种标准接口：移动台和手机的数据设备接口；与各种公众网的PSTN、ISDN、PDN接口；与不同TETRA厂家设备的ISI接口；与其它专网的PABX接口；LAN／WAN及计费管理接口。

　　(4)多业务特性

　　TETRA支持话音业务和多种数据业务。其中话音业务包括单呼、群呼和应急呼叫；数据通信业务包括短数据消息、状态消息、分组数据消息和电路交换数据等。短数据消息用于传送调度员的简短指令及车辆定位信息，传送时不必中断呼叫；状态消息总共有32000种，用于跟踪设备和数据库状态；分组数据多用于传送电子邮件和数据库查询；电路交换数据则用于需要快速传送大量数据的业务(如视频图像传送等)。

　　在网络构成方面，TETRA系统一般由数字交换机、基站、调度工作站和网管系统等设备构成。这些设备可以组成数字集群共网，也可以组成数字集群专网；可以组成单区制网，也可以组成多区制网。在单区制网中，移动交换机负责本地交换业务，控制和管理若干基站控制器，基站控制器负责若干基站的管理。多区制TETRA系统则是一个多层次控制的多区系统。

　　TETRA的数字交换机设有调度工作站接口及与现有各种公众网和网相连的接口，个别系统还设有与模拟系统相联接的接口。根据用户要求，交换机可以模块化地进行扩容。TE．TRA系统采用模块化基站，便于扩展信道容量。为了提高接收能力，基站和终端还可脱网工作，以增加网络的覆盖范围和应急通信能力。TEFTRA调度工作站设人机接口，保证调度员可以在调度站实现单呼、群呼、建立和撤消用户群、收发电文以及状态信息等业务。微机是调度工作站的主要设备，调度员通过屏幕了解用户请求和其它信息。通常，大型TETRA通过网管系统进行管理，在数字集群共网中，一般还需配备自动计费系统。中小型系统可直接使用网管终端设备进行管理。

　　1、motorola紧凑型TETRA系统

　　紧凑型TETRA系统可以满足各种不同的系统配置和对覆盖的需求，即可以实现单站和多站的配置。它采用的是分散智能的配置方式和的技术，以及分散智能系统所具有的高可靠性，即可以容忍个别单元及链路的故障，而不会对整个系统造成影响，比如一个收发信机出现故障时，另外几个收发信机可以取代它的工作。在多基站的配置中，由于所需的智能交换分散在所有的基站，因此即使其中的一个基站出现故障，系统内的其他基站仍能继续工作。整个系统采用数字化的语音编码，因此可以提供很好的端到端的话音质量和快速的呼叫建立时间。除此之外，整个系统还便于搭建和配置，强大的监控软件简化了系统搭建时间并减少了整体的运营成本，并提供在线的监视和记录。

　　2、nokia—TETRA系统

　　作为的TETRA数字集群网络和终端供应商，诺基亚为公共安全等政府部门及其他用户提供基于IP技术的并可扩展的数字化指挥调度集群解决方案。针对中国市场而开发的800MHzTETRA系统，是目前世界上具备中文功能的TETRA系统。目前，诺基亚在中国已签署并实施了多个TETRA项目，包括北京市数字集群无线政务网、香港警察、香港消防、中华电力、天津水利、天津公共安全、深圳地铁、南京地铁、宁启铁路和广州地铁四号线等。

　　TETRA数字集群系统采用数字话音编码、数字传输和交换技术，实现了系统功能和安全保密功能一体化设计，具有鉴权、空中接口加密和端到端加密等三种安全功能，配置、使用灵活，具有较好的安全保密性。

　　1. 鉴权（低级安全）

　　公网运营商运营主要是保证计费，防止无权用户进入系统；一般专网则主要保证网络专供本部门的人员使用。鉴权在GSM 和CDMA公网中都具备，但它们都是单向鉴权；TETRA系统可双向鉴权。

　　根据TETRA系统中的设置，不仅可以实现TETRA网络对移动台、移动台对TETRA网络的单向鉴权，还可以实现TETRA网络和移动台之间的双向鉴权。在TETRA系统中均可对交换和管理基础设施（SwMI）和移动台（MS）进行鉴权。对SwMI进行鉴权的目的是为了识别合法的SwMI，从而防止移动台接入非法的TETRA网络；对移动台进行鉴权的目的是为了识别由单个TETRA用户身份识别码（ITSI）标志的用户，从而防止非法移动台接入网络。鉴权采用挑战-应答协议，即由系统鉴权中心或终端产生一个随机数，系统和终端用各自的鉴权密钥和鉴权算法对该随机数进行运算作为对挑战的应答，通过比较各自的结果和收到的应答是否一致得出鉴权的结果。

　　2. 空中接口加密（中级安全）

　　空中接口加密是终端设备与基站之间的无线通路上的加密，TETRA空中接口包括认证、加密、终端禁止、空中二次加密、伪消息产生等安全功能。TETRA系统支持多种空中接口加密算法，可为不同用户配置不同的加密算法。

　　2.1 单个(一对一) 呼叫的空中接口加密

　　单个呼叫加密是比较简单的。移动台在鉴权时会产生一个导出密钥(DCK)。这个值对于某个移动台和某次鉴权过程都是的。不同的移动台和不同的鉴权过程都将会改变导出密钥的值。移动台计算出这个值，网络也计算出同样的值。导出密钥被用于加密和解密在空中传送信息，这样， 就不需要通过开放空中接口传送密钥了。移动台可以存储32个不同的密钥。

　　2.2 组(群) 呼叫的空中接口加密

　　对组呼叫的加密需要使用多个密钥，公共(用)密钥（Common Cipher Key，CCK），用于个呼和组呼的上行链路；组（群）密钥（Group Cipher Key，GCK），用于组呼的下行链路。每一个位置区域都是一种根据地理位置对系统覆盖区的分片划分，一个位置区域通常由几个相邻的基站组成。每一个区域都有一个共同的公用密钥。TETRA系统会在移动台登记时收到移动台所在位置区域的公共密钥。组(群)密钥是由TETRA系统的上层网络(SwMI)用组(群)身份识别码和随机参数计算出来的。组(群)密钥被分发到组(群)每个成员的移动台的过程可以由导出密钥加密。

　　2.3 组(群) 呼情况下的空中接口加密机制

　　在组(群)呼时接收方是多个移动台，所有接收方移动台必须使用同样密钥，即组(群) 密钥，还会用到公共(用) 密钥。

　　2.4 空中重新分配密钥

　　在TETRA系统中，允许通过空中将密钥分发给各个移动台，称为空中重新分配密钥(Over The A ir ReKeying，OTAR)。在群呼中，通过网络管理中心将所有共同的GCK和CCK密钥对应地写入每一个移动台。然而，每次更新密钥仍要网络管理中心去完成， 比较繁琐。

　　2.5 临时身份识别码

　　身份识别码(ITSI)是TETRA网络用来识别某个移动台的。当移动台进行呼叫时，必须把身份识别码和有关的信令发送给网络。但是，网络入侵者可能通过用户身份识别码监视该用户对TETRA网络的使用频繁程度等。为了防止对特定用户的跟踪，TETRA网络可以发给用户临时身份识别码(ATSI)，用临时身份识别码替换TETRA的用户身份识别码。临时身份识别码与用户身份识别码的数值长度相同，但他是随机分配给用户的，仅在规定时间内有效。TETRA网络管理系统负责维护ITSI和目前分配的ATSI之间的关系。临时身份识别码的应用，能够确保网络入侵者不能跟踪某个用户或了解某个用户对TETRA网络的使用频繁程度。

　　3. 端对端加密（安全）

　　端对端加密适用于对保密性有特严要求的应用场合。在端对端加密中，用户保持自己特有的密钥，系统只是为用户提供透明的通信线路和标准接口，并不参与加密过程。

　　TETRA数字集群系统由移动台MS、基站BS、调度台DWSx、交换机DXT及TETRA互联服务器TCS等构成，端到端加密的密钥管理中心KMC作为TCS的应用开发系统连接到TETRA系统中。为在标准TETRA系统中实现端到端加密功能， 必须进行以下两方面工作:

　　在TETRA系统中建立一个密钥管理中心(Key Management Center，KMC),KMC通过TCS的API与TETRA系统相连，通过空中接口以短数据的方式为移动台端分发通信密钥TEK，此外密钥管理中心负责密钥的产生，存储及增删等功能。

　　对TETRA终端设备进行改造，使其能够接受并响应KMC的密钥管理消息，并利用通信密钥来进行端对端加密。由于TETRA应用领域的特殊性，端到端加密中使用的加密算法可以是用户自行开发或是国家、行业准许的加密算法， 密钥长度也可由用户自行规定。

　　与其它几种数字集群系统相比，TETRA是一种较为成熟的标准。自1995年以来，ETSI对TETRA标准不断进行修订和完善，并增加了一些新的标准或内容。如TETRA逻辑链路控制服务标准RTS／]rETRA一04046、介绍访问控制服务标准RTS／TETRA一04047等。1999年，还对标准ETS300392--(V+D)中的网络设计、线性站和加密等内容制订了修改计划，并于2000年完成修订工作。1999年8月，对标准ETS300393(PDo)中的空-中接口，公布了新的取代标准。2000年，还将完成标准ETS300396--(DMO)中类型2路由器空中接口的论证工作。

　　几年来，诺基亚、摩托罗拉、马可尼等公司都按照TETRA标准开发生产出TETRA数字集群系统、设备、配套设备或测试系统，并与欧洲、亚洲、非洲、北美等地区的用户签订了大量定货合同或协议。目前，一些着名公司已开发出功能更强的第三代TETRA移动台，并在无线数据业务(Aws)TETRASIM卡、如何与第三代移动通信系统兼容、如何提高与其它系统的互通互连性能、多模终端以及扩展频率覆盖等方面进行开发和研究，以研制和生产出更加适合集群通信市场需求的产品。据调查，我国对专用集群系统的需求主要集中在公安、国家安全、水利、交通、城建、司法、电力、民航、铁路、海关等部门。国内对集群共网的需求也相当大。根据中国通信工业协会较保守的估计，未来10年，我国对数字集群的市场需求约为500亿元。为了防止过去曾出现过的盲目引进国外系统和沿用国外标准的弊端，在制定我国数字集群标准、发展民族集群通信工业以及开放国内集群市场方面，有关部门采取了积极谨慎的方针。即在进行充分的市场需求调研及分析比较国外各种数字集群标准的基础上，博采众长，制定出既能与国际标准接轨，又适合我国国情的标准。在制定数字集群通信体制画家标准时，我国采用TE—TRA空中接口技术，同时也吸纳了其它国外集群通信标准的特长。考虑到我国现行各类公网、专网频率分配办法和编号体制的不同，正在制定或修订相应的标准和管理办法，以适应发展数字集群通信业务的需要。

　　截至2006年10月底我国已建成并运行的TETRA系统有42个网络、39个交换机、860个基站、62050个用户终端。从数值来看，我国的TETRA系统并不算多，但与TETRA系统在欧洲刚起步时比较，这些数字已经很可观了。此外，至2008年我国北京奥运会开幕前，TETRA终端数量预计将会增加近一倍，也就是说，到2008年奥运会时TETRA用户数将达13万～14万。

　　我国哈尔滨工业大学深圳研究院已经研制出符合TETRA标准的系统，并已与深圳哈达讯公司实现合作生产。此外，天津712天通公司等国内三家公司也已经采用英国SRT公司的专利和技术研制出了TETRA手机。这些国内的企业研发和生产的TETRA系统和设备尽管刚刚推向市场不久，还需要一段时间来逐步走向成熟，但是已经开始打破国外公司的垄断，特别是哈工大研发的TETRA系统中有许多部件是自主创新的，例如数字化宽带中频技术等。

　　由于我国已建的TETRA网的良好运行，使人们对TETRA系统有了进一步的认识。用户深切感到TETRA系统的业务和功能确实能够满足专网指挥调度需要，认为它是目前几种数字集群通信系统中指挥调度功能最强的。这也是很多部门采用TETRA系统的原因之一。

　　我国政府为数字集群通信不仅指配了800MHz频段，还指配了350MHz频段。这两个频段分别各有600对和560对频点，这是我国所独有的。预计未来几年，我国专用通信网的网络数将会较多，但每个网络的用户数不会太多。这从有关统计数据可以看出，在42个TETRA网络、858个基站和62050个用户终端中，正通公司1个网络占有174个基站和42000用户。

　　这说明其他41个专用网络、686个基站仅拥有22000个用户。因此1个TETRA网络平均只有l7个基站、540个用户，这些数据与共网相差很大。

　　TETRA系统原来只用作专网使用，但通过北京正通公司TETRA网的实践已证明TE·TRA也可作为共网使用。目前上海TETRA政务网已经建成并开始运营，由于它的终端价格还比较高，作政务共网运营问题不大，但作为商用共网运营盈利能力较差，至少还需等待一段时间。

　　目前。越来越多的城市应急联动系统移动通信平台看好TETRA系统。公安部门一直非常重视数字集群通信的使用，上海市公安局和北京市公安局已经先后使用了TETRA系统，深圳市和珠海市的公安局也正在进行350MHzTETRA系统的试验。城市轨道交通专用无线通信系统也大多采用TETRA系统。

　　民航总局计划2010年前在将近40个机场建设TETRA网络，其中北京、上海、广州和成都等4个机场已经完成评标工作，而济南机场已建成了TETRA网络。

　　交通部的港口也需要建设专用无线通信系统，其中上海港、厦门港等都已建成了TETRA系统，前不久，深圳盐田港、深圳西部港口和大连港也采用了TETRA系统。

　　武警系统在北京已经建成3O个基站的350MHzTETRA网，还将增加一批基站以保证2008奥运会的使用。江、河水库也需建设数字集群通信网。我国有长江、黄河等7大流域、7万多个水库，防汛和抗洪救灾同样需要数字集群通信网。长江和淮河等水利委员会也有建设数字集群通信网的需求，而且对TETRA系统表现出了浓厚的兴趣。

　　此外，我国的国家安全、军队、铁路、煤矿、森林防火、油气田、高速公路、以及电力、电站等部门均有建设TETRA网的需求。事实上，安全、军队、武警、铁路、煤矿和电站等都已经或即将建设TETRA网。这些TETRA网络在需要的时候可以整合到一个网络中，因此，在处理类似汶川大地震抗震救灾这一类行动的时候，可以有效的协调各部门。

　　从所列举的几个不同部门的情况来看，我国数字集群通信的专多市场较大，而TE—TRA系统也已经为市场所接受。所以，TETRA系统在我国正在健康、稳步地向前发展，增长率每年都在增加，预计在今后几年中将会有新的发展。