同频同播系统及其在消防无线通信中的应用

●裴建国,张丽敏,郭松涛

(武警学院 a.消防指挥系;b.研究生队,河北 廊坊 065000)

1 引入同频同播技术的必要性

无线通信是消防指挥调度的一种重要通信手段,在火场指挥和抢险救援活动中发挥着重要的作用。为满足消防工作对无线通信日益增长的需求,全国各地的消防部门不断加大了对消防无线通信网络的建设力度。目前在消防常规无线网络系统中,已向全域覆盖发展,要求不放过任何一个盲点。但频率资源的约束仍然是一个难题,很难在简单的频率分配下去完成大面积覆盖及高通话质量要求。近年来集群通信网络的引入,无疑是把消防无线通信推向了一个新的阶段,它能很好地利用、分配频率资源,但其价格昂贵,要想进行全区覆盖,必须投入大量的资金。因此,还需寻求一种新的无线对讲通信系统网络方案,来兼容及改善常规的通信设备,同时希望它具有新颖的功能及质量,能更好地满足消防通信日益扩展的实际需求。

经过调查,笔者认为在消防常规网络系统中引入同频同播技术,建立无线同频同播网是消防无线通信的一种较好的发展模式。目前青岛、济南、邯郸、成都、南昌等几个城市已经建成了同频同播系统,并运行良好。

2 同频同播系统介绍

2.1 同频同播的概念

同频同播就是在一个需求较大的无线覆盖区域内,建立多个同播中转台,并利用链路将这些中转台连接起来,每个中转台负责一定范围的覆盖,这样利用多个同频中转台和链路连接就可以完成大区域的同播覆盖,从而加大无线对讲网的覆盖范围,提高覆盖区的通信质量。

2.2 系统的构成与工作原理

2.2.1 系统的构成

2.2.1.1 同播中心基站：系统的中心应设在支队级以上,以便于对整体力量的指挥和调度。

2.2.1.2 同播基站：可根据实际情况确定架设基站数量,依照各个站点覆盖的半径和相邻基站本地网场强交叉覆盖的区域选择适当的建站地点,保证整个辖区通信信号的无缝覆盖。

2.2.1.3 链路：大多采用无线方式,占用一个无线频率。在较高的位置架设链路基站,以保证各个同播基站和系统中心站之间的良好通信。无线链路同频同播网的系统结构如图 1所示：

图1 无线同频同播系统结构图

2.2.2 系统的结构要求

2.2.2.1 每个同播基站包括：主机站、3套天馈(用户、链路 、GPS用 )、电源、备用电源 、避雷、滤波器 、机箱、安装配件等。

2.2.2.2 每个链路基站包括：主机站、2套天馈(链路、GPS用)、电源 、备用电源 、避 雷 、滤波器 、安 装配件等。

2.2.2.3 系统中心基站包括：基地台、调制解调器、电源、备用电源、天馈、软件、计算机、录音系统等。

2.2.2.4 基站链路：采用无线双工链路。

2.2.2.5 系统占用频率：工作频率 1对,链路频率 1对。

2.2.3 系统的工作原理

当移动台 A发出呼叫,假如同播站1和同播站 2同时收到此信号,系统同时对同播站 1和同播站 2的信号进行处理,系统会自动进行信号优劣判选,并确定主发同播站,同播主站收到的移动台信号传输到同播中心后,同播中心通过对该信号处理,将该信号发向各同播站,各同播站收到中心的信号,进行精确处理,确定转发时间,再转发到移动台,实现同播。

2.3 系统的应用技术

2.3.1 同频抑制

多个中转台使用同一对频率工作,必然在相邻地方存在重叠区,在重叠区同一频率叠加产生的差值,正好落在音频话音 300Hz～3.4KHz范围之内,此时会产生单音啸叫、杂音等。同频同播系统采用分区独立同步方式,利用高稳定晶体模块,同步各基站发射机,令频率稳定度大大提高。同时插入 GPS接收卫星时标对各发射站进行频率校正锁定,进一步消除时间累加频率漂移,彻底抑制重叠区内的同频干扰。

2.3.2 场强判选

一般在网内会出现几个同频基站同时接收到载波信号,这些同频基站所接收到的载波信号会强弱不等。如将这些载波信号经中心链路基站再转发至各同频基站,令网内通话产生较大的杂音。同频同播系统可以采用检测接收机输入端口场强电平方式进行判选,检测启动的各同频基站场强,从而选取最强信号传送,避免传统的 S/N比值鉴别带来的失误。

2.3.3 智能化区域控制

应用地址码技术,使系统能自动识别用户的呼叫请求,根据呼叫请求指派基站处理通话,而不对邻区造成影响,从而提高频率的利用率,增大网络的用户量。

2.4 系统的功能特点

2.4.1 ID、CTCSS识别

为了避免非法用户入网影响到该网的正常使用,保证指挥调度的及时准确,在中心控制器加装身份识别功能。同播控制器收到的链路信号中如果没有特定的数字信令,则视为链路中的干扰信号,系统不予转换。该功能需移动台支持。

2.4.2 系统弱化功能

通过中心控制器,可轻松地实现对各同播基站的链路的开与关,从而根据实际需要来改变同播网的大小和规模。在大的灾害现场,根据需要可将各基站统一成一个大网,便于对整体的指挥调度。平时也可根据实际情况,通过中心调度台更改各同播基站的转发频率,让各基站独立工作,覆盖各自的区域范围。

2.4.3 自动更改链路频率

链路频率有富余时,可将其全部写入链路机,当系统检测到某一同播基站的链路被干扰后,会发出指令将系统中的所有同播基站的链路频率同时更换到备用的链路频率上,以保证系统的正常工作。

2.4.4 远程遥控功能

系统设备引入遥控模块,通过系统监控调度台,可对远端设备进行监控,包括检测温度、电压、电流、GPS状态、Rx状态、Tx状态等,也可对设备进行开启或关闭、工作参数设定等控制操作。

3 同频同播系统在消防通信中的应用优势

3.1 多方位覆盖,消除通信盲区

多基站同播可实现多方位的覆盖,移动台所处位置可能受到来自一方或两方的阻碍,这时还有其它方向的基站信号可以射入,移动台即使处在通信不利点仍可得到良好的通信效果。因此,该系统可以最大限度地满足消防通信的大面积覆盖要求,同时又解决了长期困扰消防通信的无线盲区问题。

3.2 有效抑制多基站干扰

同频同播系统引入卫星控制技术、绝对时间技术以及话音延时同步技术,并建立了一套独有的信令控制系统,可对来自不同同播基站的信号进行判选,从根源上彻底消除了灾害现场通信过程中的多基站同频干扰。

3.3 通信效果稳定可靠

同频同播系统在设计上采用最先进的大规模数字电路、GPS、CPU中央微处理器等技术,整个覆盖区场强均匀;另外由于智能监控技术的运用,可实现对基站基本工作状态 24小时不间断的监控,为系统各基站的稳定运行提供最基本的保障。该系统不需要拨号和联通时间,也不存在系统繁忙无法接入的问题。即按即讲,一呼就通的快捷性也非常适用于消防通信指挥的特殊要求。

3.4 造价低,投资少

同频同播系统具有常规中转系统的基本特性,以现有的模拟通道作为链路,从而降低了系统的造价,占用频点少,且原来的基站和终端基地台、手持机基本上全能用上,所以同播系统既节省频率资源又解决覆盖问题,同时还减少投资费用。

3.5 设备更换、拆装和维护方便

通信系统的维护一直是消防通信部门关心的问题,它直接影响到将来的使用。同频同播系统采用模块化的结构设计,设备的更换、拆装和维护非常方便。各功能单元为一独立模块,各模块间采用标准 9针和 25针连线连接,模块更换只需直接插拔连线,整个更换过程只需 2～3min即可完成,既简单方便,又安全可靠,也大大减少了停机时间。同时,系统具有低功耗和免维护特点,能够长期稳定的运行,这样,大大减少了消防通信部门的系统维护工作,同时也有效地降低了系统运行中的维护费用。

随着社会经济的飞速发展和城市化进程的加快,消防无线通信大区域、多基站联网工作已成为一种应用趋势。同频同播系统的设计理念,能够很好的克服消防专用频率少、干扰严重、通信覆盖区域小等诸多弱势,消防管理部门应尽快出台“350M同频同播组网规范”,积极整合频率及基站资源,统一链路,以更好地满足跨区域灭火救援的需要。