同頻同播系統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度的一種重要通信手段,在火場指揮和搶險救援活動中發揮著重要的作用。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絡的建設力度。目前在消防常規無線網絡系統中,已向全域覆蓋發展,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量要求。近年來集群通信網絡的引入,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網絡方案,來兼容及改善常規的通信設備,同時希望它具有新穎的功能及質量,能更好地滿足消防通信日益擴展的實際需求。

經過調查,筆者認為在消防常規網絡系統中引入同頻同播技術,建立無線同頻同播網是消防無線通信的一種較好的發展模式。目前青島、濟南、邯鄲、成都、南昌等幾個城市已經建成了同頻同播系統,并運行良好。

2 同頻同播系統介紹

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域內,建立多個同播中轉臺,并利用鏈路將這些中轉臺連接起來,每個中轉臺負責一定范圍的覆蓋,這樣利用多個同頻中轉臺和鏈路連接就可以完成大區域的同播覆蓋,從而加大無線對講網的覆蓋范圍,提高覆蓋區的通信質量。

2.2 系統的構成與工作原理

2.2.1 系統的構成

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

2.2.1.2 同播基站：可根據實際情況確定架設基站數量,依照各個站點覆蓋的半徑和相鄰基站本地網場強交叉覆蓋的區域選擇適當的建站地點,保證整個轄區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中心站之間的良好通信。無線鏈路同頻同播網的系統結構如圖 1所示：

圖1 無線同頻同播系統結構圖

2.2.2 系統的結構要求

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 系統中心基站包括：基地臺、調制解調器、電源、備用電源、天饋、軟件、計算機、錄音系統等。

2.2.2.4 基站鏈路：采用無線雙工鏈路。

2.2.2.5 系統占用頻率：工作頻率 1對,鏈路頻率 1對。

2.2.3 系統的工作原理

當移動臺 A發出呼叫,假如同播站1和同播站 2同時收到此信號,系統同時對同播站 1和同播站 2的信號進行處理,系統會自動進行信號優劣判選,并確定主發同播站,同播主站收到的移動臺信號傳輸到同播中心后,同播中心通過對該信號處理,將該信號發向各同播站,各同播站收到中心的信號,進行精確處理,確定轉發時間,再轉發到移動臺,實現同播。

2.3 系統的應用技術

2.3.1 同頻抑制

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

2.3.2 場強判選

一般在網內會出現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中心鏈路基站再轉發至各同頻基站,令網內通話產生較大的雜音。同頻同播系統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,避免傳統的 S/N比值鑒別帶來的失誤。

2.3.3 智能化區域控制

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

2.4 系統的功能特點

2.4.1 ID、CTCSS識別

為了避免非法用戶入網影響到該網的正常使用,保證指揮調度的及時準確,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字信令,則視為鏈路中的干擾信號,系統不予轉換。該功能需移動臺支持。

2.4.2 系統弱化功能

通過中心控制器,可輕松地實現對各同播基站的鏈路的開與關,從而根據實際需要來改變同播網的大小和規模。在大的災害現場,根據需要可將各基站統一成一個大網,便于對整體的指揮調度。平時也可根據實際情況,通過中心調度臺更改各同播基站的轉發頻率,讓各基站獨立工作,覆蓋各自的區域范圍。

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,當系統檢測到某一同播基站的鏈路被干擾后,會發出指令將系統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,以保證系統的正常工作。

2.4.4 遠程遙控功能

系統設備引入遙控模塊,通過系統監控調度臺,可對遠端設備進行監控,包括檢測溫度、電壓、電流、GPS狀態、Rx狀態、Tx狀態等,也可對設備進行開啟或關閉、工作參數設定等控制操作。

3 同頻同播系統在消防通信中的應用優勢

3.1 多方位覆蓋,消除通信盲區

多基站同播可實現多方位的覆蓋,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問題。

3.2 有效抑制多基站干擾

同頻同播系統引入衛星控制技術、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,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場通信過程中的多基站同頻干擾。

3.3 通信效果穩定可靠

同頻同播系統在設計上采用最先進的大規模數字電路、GPS、CPU中央微處理器等技術,整個覆蓋區場強均勻;另外由于智能監控技術的運用,可實現對基站基本工作狀態 24小時不間斷的監控,為系統各基站的穩定運行提供最基本的保障。該系統不需要撥號和聯通時間,也不存在系統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

同頻同播系統具有常規中轉系統的基本特性,以現有的模擬通道作為鏈路,從而降低了系統的造價,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,所以同播系統既節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。同頻同播系統采用模塊化的結構設計,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,系統具有低功耗和免維護特點,能夠長期穩定的運行,這樣,大大減少了消防通信部門的系統維護工作,同時也有效地降低了系統運行中的維護費用。

隨著社會經濟的飛速發展和城市化進程的加快,消防無線通信大區域、多基站聯網工作已成為一種應用趨勢。同頻同播系統的設計理念,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同頻同播組網規范”,積極整合頻率及基站資源,統一鏈路,以更好地滿足跨區域滅火救援的需要。