無線數字鏈路在應急同播通信系統中的研究與應用

路昊

專業無線通信領域數字化技術正處于蓬勃發展的階段，而無線同頻同播通信技術已成為一種解決大區制通信系統漫游問題的有效手段。此外，大區制通信系統的另一關鍵技術是基站之間的連接方式及網絡拓撲方案。針對上述關鍵技術，重點闡述了無線數字鏈路在通信系統建設中的技術特點及應用。

With the development of digital technology in professional wireless communication field， wireless simulcast communication technology becomes an effective method to solve the roaming of macro cell communication system. By the way， another key technology of macro cell communication system is the connection and network topology of base stations. In order to achieve the above technologies， the technology characteristics and applications of wireless digital link are illustrated in the communication system construction.

synchronization speech compression emergency simulcast system wireless communication

1 引言

目前大區制的無線同頻同播通信系統主要采用模擬無線信號鏈路或光纖有線（E1線路、IP 線路）這2種鏈路形式[1]。其中，使用模擬無線鏈路的缺點在于：模擬無線鏈路容易受到外界電磁環境干擾；在大區域（比如全省范圍）通信覆蓋場景下，一般通信距離長達數百公里，需要多級信號中繼傳輸。經過多級中繼傳輸后的信號質量下降，對通話質量影響較為嚴重。此外，在模擬無線鏈路同頻同播系統中需要建立1個系統鏈路中心站，該中心站的唯一性成為系統安全可靠運行的瓶頸。相比無線鏈路方式，有線鏈路（E1或IP）在信號傳輸中能夠保證很好的語音質量，但其也存在缺點，如在出現自然災害等突發事件的情況下，極易造成線路損毀且不易恢復。而本文提出的VHF（Very High Frequency，甚高頻）/UHF（Ultra High Frequency，特高頻）無線數字鏈路技術的應用在有效解決上述同頻同播系統帶來的一系列問題的同時，還具備很多其它獨特的功能，在組網方式上更為靈活方便。

2 大區制無線同頻同播通信系統結構

大區制無線同頻同播系統是在整個所需覆蓋區內架設若干個大區制通信基站，所有的基站都使用相同的頻率[2]。該系統通過使用同頻同播技術，實現全覆蓋區域的無線信號覆蓋。當用戶在系統內跨基站移動通話時，系統能夠自動識別并將終端切換到合適的基站繼續通信。該方式可以消除通信盲區，實現無縫覆蓋，確保系統提供快速、清晰、順暢的通話質量[3]。

在大區制同頻同播無線應急通信系統實際組網工程應用中，主要分為以下3個技術部分：

2.1 語音在數字鏈路中的傳輸技術

為實現數字鏈路的語音傳輸，必須對話音信號進行數字化處理。然而，經傳統的A/D（Analog/Digital，模/數）轉換器進行編碼處理的語音信號將產生大量數據，無法在目前的VHF/UHF數字鏈路中傳輸。因此，還需配合數字壓縮技術實現話音信號的數字傳輸[4]。

同頻同播系統中語音壓縮和解壓縮技術與一般數字系統中使用的技術不同，不僅要考慮語音信號的話音還原度，還要考慮壓縮后的語音碼流是否達到系統傳輸要求，更要考慮解壓縮編碼是否能同步還原。

在使用中，對于同樣一段數字話音，通常進行2次解壓縮，將會產生2個完全不同的還原語音波形。雖然解壓出的2個波形不影響聽者對原話音的理解，但2個不同的波形對同頻同播系統是不利的。為了在同頻同播系統中獲得相同的波形，需要使用特定的聲碼器。例如，CML公司聲碼器芯片CMX618就是一種高性能、高集成度的語音編解碼芯，其在同播系統中的應用特點如下：

CMX618編碼時有3種速率選擇，通過信道編碼和交織處理，可以形成3 600bps的位數據流，符合VHF數字通道對于語音信號的傳輸要求。

在進行解碼時，選擇同步解碼方式能保證解碼音頻還原的一致性，不會產生波形差異，滿足同頻同播的波形同步的要求。CMX618聲碼器語音編解碼流程如圖1所示：

綜合考慮上述因素，數字鏈路系統中可采用CMX618語音壓縮處理芯片，實現語音3 600bps碼流的數據傳輸。經過實際應用，無論是清晰度方面還是還原度方面都達到了使用的要求。

2.2 大區制多基站覆蓋的同步技術

與模擬無線鏈路語音同步只考慮空間時延完全不同，為消除臨近基站的同頻干擾，需要考慮數字鏈路語音解壓縮過程中產生的相位變化、波形變化、算法抖動及模數轉換時鐘的誤差積累等因素，這些都會造成音頻相位的不同步。

在實際應用中可使用外接D/A（Digital/Analog，數/模）轉換，而不使用CMX618內置的D/A轉換器，經CMX618解壓縮產生的編碼數據送外置PCM3500 D/A轉換芯片，在基站同步時鐘控制下，PCM3500芯片同步輸出話音音頻，保證音頻相位的同步。

基站的D/A轉換時鐘保持GPS（Global Positioning System，全球定位系統）基準時鐘同步，全部基站同步壓縮編碼、同步壓縮解碼、同步模數轉換輸出。其架構如圖2所示。endprint

對于覆蓋重疊區，使用GPS時鐘載波發射頻率同步技術、接收判選技術、自動語音延時同步技術，徹底解決了同頻覆蓋重疊區的同頻語音相互干擾問題。

2.3 數字鏈路的聯網及傳輸速率選擇

數字鏈路的傳輸速率選擇對系統的性能有重大影響，鏈路傳輸速率高，則語音接續延時小，但傳輸距離會有所縮短；鏈路傳輸速率低，則語音接續延時長，但傳輸距離遠。考慮到大區制同播基站聯網如全省范圍的聯網，所需覆蓋距離比較遠，最遠的基站距離可達200多公里，在滿足同步延時的條件下，選擇鏈路速率19.2kbps較為合適，經實際測試和應用，完全滿足通信系統設計要求，并可有大約15dB的冗余度。

基于無線數字鏈路技術實現同頻同播基站聯網，主要有以下優點：

（1）無中心聯網判選方式

數字鏈路同頻同播系統采用無中心VHF或UHF數字鏈路結構，相比模擬鏈路同頻同播系統，它不需要設立專門的中心鏈路基站，各基站實時檢測本地、鏈路的信號強度，自主產生判選結果，并根據判選結果，選擇語音信號傳輸路由。無中心系統中的所有基站全部是平等的，沒有主次之分，不需要配置專門的物理意義上的中心鏈路基站，這樣可以大大提高整個無線通信系統的可靠性。

（2）智能聯網路由

任何一個基站基于鏈路信號的場強、誤碼率這2個因素，智能選擇連接到其它基站。系統基站可以自主連接，也可以人為設定路由。不會因為某個基站的故障造成整個系統的癱瘓，系統具有極高的可靠性、穩定性和靈活性。即使系統某個（或幾個）基站出現故障，語音通信的聯網也可以通過其它路徑快速自主恢復。

3 系統優勢

（1）適合多級數字鏈路系統

數字話音能存儲、再生、加工、重發，在超短波無線通信網中多次中繼后，不會疊加鏈路噪音，能保持原音質不變的特點[5]。多節點數字鏈路能實現其它組網方式難以實現的在復雜鏈路條件下的系統聯網，尤其適合組建像高速公路及全省大范圍、長距離，需要多級鏈路才能實現覆蓋的復雜系統。網絡拓撲結構如圖3所示：

（2）多節點數字鏈路

多節點數字鏈路系統工程實施起來簡單易行。對于大范圍的多節點系統，節點之間的連接構成系統鏈路主干路，需要架設的基站只需要就近與任何一個節點基站連接。

系統擴展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是鏈路轉發基站（節點基站），在重新構建主干鏈路路由情況下，需要架設的基站也可以就近與某個能夠連接的基站進行連接，接入整個通信系統。

應急指揮無線通信系統特點十分明確，應急無線通信必須在任何時間、地點，能最大限度不受各種天災、人禍因素的制約，保障電臺語音通信簡單通暢。這就要求應急無線通信網首先是結構簡單，才能穩定可靠，抗災害能力強，同時具備各種應急解決預案，確保通信暢通。

4 應用案例

2014年，寧夏回族自治區固原市政府應急同播通信網建成，系統采用無線鏈路聯網模式。該市所轄2區4縣，在21 321平方公里區域內共建設了29套無線鏈路同播基站。固原市南北長約160公里，東西寬約150公里，地處山區。根據以往經驗，冬天風力很大，高山基站的天饋線經常被大風刮斷。如果基站鏈路全部采用有線光纖，則每年的線路租金費用龐大，而且有些基站位置不具備光纖接入的條件。因此，采用無線鏈路方式組建通信網，既節省了建設費用，同時也增加了應急通信網的傳輸可靠性。此同播網的建成，在固原市處理應急突發事件中發揮了重大作用。

同播基站分布如圖4所示（紅色標注為基站位置）。

5 總結

針對應急無線通信用戶在特定區域的通信要求，基站聯網鏈路的無線數字化技術應用無疑是一種比較可靠和靈活的解決方案，其技術特點是其它聯網鏈路方式無法替代的。數字無線鏈路聯網技術的優異性將隨著實際應用不斷地顯現出來，也必將在應急無線通信組網中得到更廣泛的應用。當然，無線通信會受到周圍電磁環境的影響，如何提高無線設備的抗干擾能力是數字無線鏈路可靠應用的關鍵所在。

參考文獻：

[1] 朱志宇，張云明. TETRA數字集群網絡的小區重選參數分析[J]. 移動通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD無線網優平臺中一些關鍵技術的實現[J]. 移動通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，趙偉，馬越. 數字集群通信寬帶化發展現狀與趨勢[J]. 現代電子技術， 2013（21）： 42-45.

[4] 張民，李德敏，鄒劍，等. 基于節點網絡深度的緩沖延時算法研究[J]. 計算機工程與應用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁銳. 數字集群通信網的頻譜使用情況簡介[J]. 中國無線電， 2012（7）： 35.endprint

對于覆蓋重疊區，使用GPS時鐘載波發射頻率同步技術、接收判選技術、自動語音延時同步技術，徹底解決了同頻覆蓋重疊區的同頻語音相互干擾問題。

2.3 數字鏈路的聯網及傳輸速率選擇

數字鏈路的傳輸速率選擇對系統的性能有重大影響，鏈路傳輸速率高，則語音接續延時小，但傳輸距離會有所縮短；鏈路傳輸速率低，則語音接續延時長，但傳輸距離遠。考慮到大區制同播基站聯網如全省范圍的聯網，所需覆蓋距離比較遠，最遠的基站距離可達200多公里，在滿足同步延時的條件下，選擇鏈路速率19.2kbps較為合適，經實際測試和應用，完全滿足通信系統設計要求，并可有大約15dB的冗余度。

基于無線數字鏈路技術實現同頻同播基站聯網，主要有以下優點：

（1）無中心聯網判選方式

數字鏈路同頻同播系統采用無中心VHF或UHF數字鏈路結構，相比模擬鏈路同頻同播系統，它不需要設立專門的中心鏈路基站，各基站實時檢測本地、鏈路的信號強度，自主產生判選結果，并根據判選結果，選擇語音信號傳輸路由。無中心系統中的所有基站全部是平等的，沒有主次之分，不需要配置專門的物理意義上的中心鏈路基站，這樣可以大大提高整個無線通信系統的可靠性。

（2）智能聯網路由

任何一個基站基于鏈路信號的場強、誤碼率這2個因素，智能選擇連接到其它基站。系統基站可以自主連接，也可以人為設定路由。不會因為某個基站的故障造成整個系統的癱瘓，系統具有極高的可靠性、穩定性和靈活性。即使系統某個（或幾個）基站出現故障，語音通信的聯網也可以通過其它路徑快速自主恢復。

3 系統優勢

（1）適合多級數字鏈路系統

數字話音能存儲、再生、加工、重發，在超短波無線通信網中多次中繼后，不會疊加鏈路噪音，能保持原音質不變的特點[5]。多節點數字鏈路能實現其它組網方式難以實現的在復雜鏈路條件下的系統聯網，尤其適合組建像高速公路及全省大范圍、長距離，需要多級鏈路才能實現覆蓋的復雜系統。網絡拓撲結構如圖3所示：

（2）多節點數字鏈路

多節點數字鏈路系統工程實施起來簡單易行。對于大范圍的多節點系統，節點之間的連接構成系統鏈路主干路，需要架設的基站只需要就近與任何一個節點基站連接。

系統擴展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是鏈路轉發基站（節點基站），在重新構建主干鏈路路由情況下，需要架設的基站也可以就近與某個能夠連接的基站進行連接，接入整個通信系統。

應急指揮無線通信系統特點十分明確，應急無線通信必須在任何時間、地點，能最大限度不受各種天災、人禍因素的制約，保障電臺語音通信簡單通暢。這就要求應急無線通信網首先是結構簡單，才能穩定可靠，抗災害能力強，同時具備各種應急解決預案，確保通信暢通。

4 應用案例

2014年，寧夏回族自治區固原市政府應急同播通信網建成，系統采用無線鏈路聯網模式。該市所轄2區4縣，在21 321平方公里區域內共建設了29套無線鏈路同播基站。固原市南北長約160公里，東西寬約150公里，地處山區。根據以往經驗，冬天風力很大，高山基站的天饋線經常被大風刮斷。如果基站鏈路全部采用有線光纖，則每年的線路租金費用龐大，而且有些基站位置不具備光纖接入的條件。因此，采用無線鏈路方式組建通信網，既節省了建設費用，同時也增加了應急通信網的傳輸可靠性。此同播網的建成，在固原市處理應急突發事件中發揮了重大作用。

同播基站分布如圖4所示（紅色標注為基站位置）。

5 總結

針對應急無線通信用戶在特定區域的通信要求，基站聯網鏈路的無線數字化技術應用無疑是一種比較可靠和靈活的解決方案，其技術特點是其它聯網鏈路方式無法替代的。數字無線鏈路聯網技術的優異性將隨著實際應用不斷地顯現出來，也必將在應急無線通信組網中得到更廣泛的應用。當然，無線通信會受到周圍電磁環境的影響，如何提高無線設備的抗干擾能力是數字無線鏈路可靠應用的關鍵所在。

參考文獻：

[1] 朱志宇，張云明. TETRA數字集群網絡的小區重選參數分析[J]. 移動通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD無線網優平臺中一些關鍵技術的實現[J]. 移動通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，趙偉，馬越. 數字集群通信寬帶化發展現狀與趨勢[J]. 現代電子技術， 2013（21）： 42-45.

[4] 張民，李德敏，鄒劍，等. 基于節點網絡深度的緩沖延時算法研究[J]. 計算機工程與應用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁銳. 數字集群通信網的頻譜使用情況簡介[J]. 中國無線電， 2012（7）： 35.endprint

對于覆蓋重疊區，使用GPS時鐘載波發射頻率同步技術、接收判選技術、自動語音延時同步技術，徹底解決了同頻覆蓋重疊區的同頻語音相互干擾問題。

2.3 數字鏈路的聯網及傳輸速率選擇

數字鏈路的傳輸速率選擇對系統的性能有重大影響，鏈路傳輸速率高，則語音接續延時小，但傳輸距離會有所縮短；鏈路傳輸速率低，則語音接續延時長，但傳輸距離遠。考慮到大區制同播基站聯網如全省范圍的聯網，所需覆蓋距離比較遠，最遠的基站距離可達200多公里，在滿足同步延時的條件下，選擇鏈路速率19.2kbps較為合適，經實際測試和應用，完全滿足通信系統設計要求，并可有大約15dB的冗余度。

基于無線數字鏈路技術實現同頻同播基站聯網，主要有以下優點：

（1）無中心聯網判選方式

數字鏈路同頻同播系統采用無中心VHF或UHF數字鏈路結構，相比模擬鏈路同頻同播系統，它不需要設立專門的中心鏈路基站，各基站實時檢測本地、鏈路的信號強度，自主產生判選結果，并根據判選結果，選擇語音信號傳輸路由。無中心系統中的所有基站全部是平等的，沒有主次之分，不需要配置專門的物理意義上的中心鏈路基站，這樣可以大大提高整個無線通信系統的可靠性。

（2）智能聯網路由

任何一個基站基于鏈路信號的場強、誤碼率這2個因素，智能選擇連接到其它基站。系統基站可以自主連接，也可以人為設定路由。不會因為某個基站的故障造成整個系統的癱瘓，系統具有極高的可靠性、穩定性和靈活性。即使系統某個（或幾個）基站出現故障，語音通信的聯網也可以通過其它路徑快速自主恢復。

3 系統優勢

（1）適合多級數字鏈路系統

數字話音能存儲、再生、加工、重發，在超短波無線通信網中多次中繼后，不會疊加鏈路噪音，能保持原音質不變的特點[5]。多節點數字鏈路能實現其它組網方式難以實現的在復雜鏈路條件下的系統聯網，尤其適合組建像高速公路及全省大范圍、長距離，需要多級鏈路才能實現覆蓋的復雜系統。網絡拓撲結構如圖3所示：

（2）多節點數字鏈路

多節點數字鏈路系統工程實施起來簡單易行。對于大范圍的多節點系統，節點之間的連接構成系統鏈路主干路，需要架設的基站只需要就近與任何一個節點基站連接。

系統擴展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是鏈路轉發基站（節點基站），在重新構建主干鏈路路由情況下，需要架設的基站也可以就近與某個能夠連接的基站進行連接，接入整個通信系統。

應急指揮無線通信系統特點十分明確，應急無線通信必須在任何時間、地點，能最大限度不受各種天災、人禍因素的制約，保障電臺語音通信簡單通暢。這就要求應急無線通信網首先是結構簡單，才能穩定可靠，抗災害能力強，同時具備各種應急解決預案，確保通信暢通。

4 應用案例

2014年，寧夏回族自治區固原市政府應急同播通信網建成，系統采用無線鏈路聯網模式。該市所轄2區4縣，在21 321平方公里區域內共建設了29套無線鏈路同播基站。固原市南北長約160公里，東西寬約150公里，地處山區。根據以往經驗，冬天風力很大，高山基站的天饋線經常被大風刮斷。如果基站鏈路全部采用有線光纖，則每年的線路租金費用龐大，而且有些基站位置不具備光纖接入的條件。因此，采用無線鏈路方式組建通信網，既節省了建設費用，同時也增加了應急通信網的傳輸可靠性。此同播網的建成，在固原市處理應急突發事件中發揮了重大作用。

同播基站分布如圖4所示（紅色標注為基站位置）。

5 總結

針對應急無線通信用戶在特定區域的通信要求，基站聯網鏈路的無線數字化技術應用無疑是一種比較可靠和靈活的解決方案，其技術特點是其它聯網鏈路方式無法替代的。數字無線鏈路聯網技術的優異性將隨著實際應用不斷地顯現出來，也必將在應急無線通信組網中得到更廣泛的應用。當然，無線通信會受到周圍電磁環境的影響，如何提高無線設備的抗干擾能力是數字無線鏈路可靠應用的關鍵所在。

參考文獻：

[1] 朱志宇，張云明. TETRA數字集群網絡的小區重選參數分析[J]. 移動通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD無線網優平臺中一些關鍵技術的實現[J]. 移動通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，趙偉，馬越. 數字集群通信寬帶化發展現狀與趨勢[J]. 現代電子技術， 2013（21）： 42-45.

[4] 張民，李德敏，鄒劍，等. 基于節點網絡深度的緩沖延時算法研究[J]. 計算機工程與應用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁銳. 數字集群通信網的頻譜使用情況簡介[J]. 中國無線電， 2012（7）： 35.endprint