同頻同播系統(tǒng)及其在消防無線通信中的應用

●裴建國,張麗敏,郭松濤

(武警學院 a.消防指揮系;b.研究生隊,河北 廊坊 065000)

1 引入同頻同播技術的必要性

無線通信是消防指揮調(diào)度的一種重要通信手段,在火場指揮和搶險救援活動中發(fā)揮著重要的作用。為滿足消防工作對無線通信日益增長的需求,全國各地的消防部門不斷加大了對消防無線通信網(wǎng)絡的建設力度。目前在消防常規(guī)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)中,已向全域覆蓋發(fā)展,要求不放過任何一個盲點。但頻率資源的約束仍然是一個難題,很難在簡單的頻率分配下去完成大面積覆蓋及高通話質(zhì)量要求。近年來集群通信網(wǎng)絡的引入,無疑是把消防無線通信推向了一個新的階段,它能很好地利用、分配頻率資源,但其價格昂貴,要想進行全區(qū)覆蓋,必須投入大量的資金。因此,還需尋求一種新的無線對講通信系統(tǒng)網(wǎng)絡方案,來兼容及改善常規(guī)的通信設備,同時希望它具有新穎的功能及質(zhì)量,能更好地滿足消防通信日益擴展的實際需求。

經(jīng)過調(diào)查,筆者認為在消防常規(guī)網(wǎng)絡系統(tǒng)中引入同頻同播技術,建立無線同頻同播網(wǎng)是消防無線通信的一種較好的發(fā)展模式。目前青島、濟南、邯鄲、成都、南昌等幾個城市已經(jīng)建成了同頻同播系統(tǒng),并運行良好。

2 同頻同播系統(tǒng)介紹

2.1 同頻同播的概念

同頻同播就是在一個需求較大的無線覆蓋區(qū)域內(nèi),建立多個同播中轉(zhuǎn)臺,并利用鏈路將這些中轉(zhuǎn)臺連接起來,每個中轉(zhuǎn)臺負責一定范圍的覆蓋,這樣利用多個同頻中轉(zhuǎn)臺和鏈路連接就可以完成大區(qū)域的同播覆蓋,從而加大無線對講網(wǎng)的覆蓋范圍,提高覆蓋區(qū)的通信質(zhì)量。

2.2 系統(tǒng)的構成與工作原理

2.2.1 系統(tǒng)的構成

2.2.1.1 同播中心基站：系統(tǒng)的中心應設在支隊級以上,以便于對整體力量的指揮和調(diào)度。

2.2.1.2 同播基站：可根據(jù)實際情況確定架設基站數(shù)量,依照各個站點覆蓋的半徑和相鄰基站本地網(wǎng)場強交叉覆蓋的區(qū)域選擇適當?shù)慕ㄕ镜攸c,保證整個轄區(qū)通信信號的無縫覆蓋。

2.2.1.3 鏈路：大多采用無線方式,占用一個無線頻率。在較高的位置架設鏈路基站,以保證各個同播基站和系統(tǒng)中心站之間的良好通信。無線鏈路同頻同播網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構如圖 1所示：

圖1 無線同頻同播系統(tǒng)結(jié)構圖

2.2.2 系統(tǒng)的結(jié)構要求

2.2.2.1 每個同播基站包括：主機站、3套天饋(用戶、鏈路 、GPS用 )、電源、備用電源 、避雷、濾波器 、機箱、安裝配件等。

2.2.2.2 每個鏈路基站包括：主機站、2套天饋(鏈路、GPS用)、電源 、備用電源 、避 雷 、濾波器 、安 裝配件等。

2.2.2.3 系統(tǒng)中心基站包括：基地臺、調(diào)制解調(diào)器、電源、備用電源、天饋、軟件、計算機、錄音系統(tǒng)等。

2.2.2.4 基站鏈路：采用無線雙工鏈路。

2.2.2.5 系統(tǒng)占用頻率：工作頻率 1對,鏈路頻率 1對。

2.2.3 系統(tǒng)的工作原理

當移動臺 A發(fā)出呼叫,假如同播站1和同播站 2同時收到此信號,系統(tǒng)同時對同播站 1和同播站 2的信號進行處理,系統(tǒng)會自動進行信號優(yōu)劣判選,并確定主發(fā)同播站,同播主站收到的移動臺信號傳輸?shù)酵ブ行暮?同播中心通過對該信號處理,將該信號發(fā)向各同播站,各同播站收到中心的信號,進行精確處理,確定轉(zhuǎn)發(fā)時間,再轉(zhuǎn)發(fā)到移動臺,實現(xiàn)同播。

2.3 系統(tǒng)的應用技術

2.3.1 同頻抑制

多個中轉(zhuǎn)臺使用同一對頻率工作,必然在相鄰地方存在重疊區(qū),在重疊區(qū)同一頻率疊加產(chǎn)生的差值,正好落在音頻話音 300Hz～3.4KHz范圍之內(nèi),此時會產(chǎn)生單音嘯叫、雜音等。同頻同播系統(tǒng)采用分區(qū)獨立同步方式,利用高穩(wěn)定晶體模塊,同步各基站發(fā)射機,令頻率穩(wěn)定度大大提高。同時插入 GPS接收衛(wèi)星時標對各發(fā)射站進行頻率校正鎖定,進一步消除時間累加頻率漂移,徹底抑制重疊區(qū)內(nèi)的同頻干擾。

2.3.2 場強判選

一般在網(wǎng)內(nèi)會出現(xiàn)幾個同頻基站同時接收到載波信號,這些同頻基站所接收到的載波信號會強弱不等。如將這些載波信號經(jīng)中心鏈路基站再轉(zhuǎn)發(fā)至各同頻基站,令網(wǎng)內(nèi)通話產(chǎn)生較大的雜音。同頻同播系統(tǒng)可以采用檢測接收機輸入端口場強電平方式進行判選,檢測啟動的各同頻基站場強,從而選取最強信號傳送,避免傳統(tǒng)的 S/N比值鑒別帶來的失誤。

2.3.3 智能化區(qū)域控制

應用地址碼技術,使系統(tǒng)能自動識別用戶的呼叫請求,根據(jù)呼叫請求指派基站處理通話,而不對鄰區(qū)造成影響,從而提高頻率的利用率,增大網(wǎng)絡的用戶量。

2.4 系統(tǒng)的功能特點

2.4.1 ID、CTCSS識別

為了避免非法用戶入網(wǎng)影響到該網(wǎng)的正常使用,保證指揮調(diào)度的及時準確,在中心控制器加裝身份識別功能。同播控制器收到的鏈路信號中如果沒有特定的數(shù)字信令,則視為鏈路中的干擾信號,系統(tǒng)不予轉(zhuǎn)換。該功能需移動臺支持。

2.4.2 系統(tǒng)弱化功能

通過中心控制器,可輕松地實現(xiàn)對各同播基站的鏈路的開與關,從而根據(jù)實際需要來改變同播網(wǎng)的大小和規(guī)模。在大的災害現(xiàn)場,根據(jù)需要可將各基站統(tǒng)一成一個大網(wǎng),便于對整體的指揮調(diào)度。平時也可根據(jù)實際情況,通過中心調(diào)度臺更改各同播基站的轉(zhuǎn)發(fā)頻率,讓各基站獨立工作,覆蓋各自的區(qū)域范圍。

2.4.3 自動更改鏈路頻率

鏈路頻率有富余時,可將其全部寫入鏈路機,當系統(tǒng)檢測到某一同播基站的鏈路被干擾后,會發(fā)出指令將系統(tǒng)中的所有同播基站的鏈路頻率同時更換到備用的鏈路頻率上,以保證系統(tǒng)的正常工作。

2.4.4 遠程遙控功能

系統(tǒng)設備引入遙控模塊,通過系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)度臺,可對遠端設備進行監(jiān)控,包括檢測溫度、電壓、電流、GPS狀態(tài)、Rx狀態(tài)、Tx狀態(tài)等,也可對設備進行開啟或關閉、工作參數(shù)設定等控制操作。

3 同頻同播系統(tǒng)在消防通信中的應用優(yōu)勢

3.1 多方位覆蓋,消除通信盲區(qū)

多基站同播可實現(xiàn)多方位的覆蓋,移動臺所處位置可能受到來自一方或兩方的阻礙,這時還有其它方向的基站信號可以射入,移動臺即使處在通信不利點仍可得到良好的通信效果。因此,該系統(tǒng)可以最大限度地滿足消防通信的大面積覆蓋要求,同時又解決了長期困擾消防通信的無線盲區(qū)問題。

3.2 有效抑制多基站干擾

同頻同播系統(tǒng)引入衛(wèi)星控制技術、絕對時間技術以及話音延時同步技術,并建立了一套獨有的信令控制系統(tǒng),可對來自不同同播基站的信號進行判選,從根源上徹底消除了災害現(xiàn)場通信過程中的多基站同頻干擾。

3.3 通信效果穩(wěn)定可靠

同頻同播系統(tǒng)在設計上采用最先進的大規(guī)模數(shù)字電路、GPS、CPU中央微處理器等技術,整個覆蓋區(qū)場強均勻;另外由于智能監(jiān)控技術的運用,可實現(xiàn)對基站基本工作狀態(tài) 24小時不間斷的監(jiān)控,為系統(tǒng)各基站的穩(wěn)定運行提供最基本的保障。該系統(tǒng)不需要撥號和聯(lián)通時間,也不存在系統(tǒng)繁忙無法接入的問題。即按即講,一呼就通的快捷性也非常適用于消防通信指揮的特殊要求。

3.4 造價低,投資少

同頻同播系統(tǒng)具有常規(guī)中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的基本特性,以現(xiàn)有的模擬通道作為鏈路,從而降低了系統(tǒng)的造價,占用頻點少,且原來的基站和終端基地臺、手持機基本上全能用上,所以同播系統(tǒng)既節(jié)省頻率資源又解決覆蓋問題,同時還減少投資費用。

3.5 設備更換、拆裝和維護方便

通信系統(tǒng)的維護一直是消防通信部門關心的問題,它直接影響到將來的使用。同頻同播系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構設計,設備的更換、拆裝和維護非常方便。各功能單元為一獨立模塊,各模塊間采用標準 9針和 25針連線連接,模塊更換只需直接插拔連線,整個更換過程只需 2～3min即可完成,既簡單方便,又安全可靠,也大大減少了停機時間。同時,系統(tǒng)具有低功耗和免維護特點,能夠長期穩(wěn)定的運行,這樣,大大減少了消防通信部門的系統(tǒng)維護工作,同時也有效地降低了系統(tǒng)運行中的維護費用。

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快,消防無線通信大區(qū)域、多基站聯(lián)網(wǎng)工作已成為一種應用趨勢。同頻同播系統(tǒng)的設計理念,能夠很好的克服消防專用頻率少、干擾嚴重、通信覆蓋區(qū)域小等諸多弱勢,消防管理部門應盡快出臺“350M同頻同播組網(wǎng)規(guī)范”,積極整合頻率及基站資源,統(tǒng)一鏈路,以更好地滿足跨區(qū)域滅火救援的需要。