【摘要】本文分析了消防無線通信中引入同頻同播技術(shù)的必要性和可行性，介紹了同頻同播系統(tǒng)的技術(shù)特征及功能特點，分析了產(chǎn)生同頻干擾的各種原因，結(jié)合消防無線通信的特點設(shè)計了消防無線同頻同播網(wǎng)的組網(wǎng)方案，并對該方案的工作原理及鏈路的選擇作了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】同頻同播通信系統(tǒng)無線消防應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的搶險救災(zāi)形勢逐步趨向社會化、全局化、復(fù)雜化和智能化等特點，消防跨地區(qū)大兵團(tuán)聯(lián)合作戰(zhàn)的幾率越來越高，由于參戰(zhàn)部隊多、建制組合復(fù)雜，火災(zāi)、搶險救援現(xiàn)場的特殊性客觀上也對保障消防通信指揮中心與火災(zāi)現(xiàn)場之間的通信鏈路暢通無阻提出了更高的要求，消防無線網(wǎng)應(yīng)用是否成功，都將給滅火和搶險救援事故處置帶來全局性的影響。但消防部隊專用頻率很少，受頻譜資源緊張的約束仍然是一個難題，這就需要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，以適應(yīng)專用網(wǎng)絡(luò)、特別是日益發(fā)展的警用調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的需要。因此建設(shè)無線同頻同播消防大區(qū)覆蓋網(wǎng)非常必要，對消防部隊履行滅火救援職責(zé)具有重要意義。

一、無線同頻同播網(wǎng)概況

1、無線同頻同播網(wǎng)。同頻同播系統(tǒng)是由單基站通信系統(tǒng)、常規(guī)多基站通信系統(tǒng)演變而來。同頻同播就是在整個所需要覆蓋的區(qū)域內(nèi)架設(shè)多個同頻中轉(zhuǎn)臺，并利用鏈路將相關(guān)中轉(zhuǎn)臺信號進(jìn)行連接，從而加大無線通信網(wǎng)的覆蓋范圍，提高覆蓋區(qū)的通訊可靠性，實現(xiàn)良好通訊質(zhì)量的無線對講網(wǎng)絡(luò)。

2、同頻同播系統(tǒng)的優(yōu)勢。同頻同播系統(tǒng)自出現(xiàn)以來，在短時間內(nèi)就得到了廣泛的應(yīng)用。其具有組網(wǎng)靈活簡便、可靠性高、多方位覆蓋，消除通訊死角，可實現(xiàn)大范圍無縫覆蓋；整個系統(tǒng)采用一對工作頻率，頻譜利用率高，用戶使用方便，移動用戶在整個覆蓋范圍內(nèi)無需轉(zhuǎn)換頻道；安裝比較靈活方便，可根據(jù)需要任意增加基站，原有的無線電臺能夠在同播系統(tǒng)中使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡練，建設(shè)要求低、周期短等特點。適用于頻率資源少，要求覆蓋范圍大，通信業(yè)務(wù)量低的應(yīng)用。較適合消防部隊使用，即可作主網(wǎng)使用，也可作備用網(wǎng)。

二、同播通信網(wǎng)的技術(shù)可行性

由于同頻同播系統(tǒng)的特點，多基站覆蓋時存在眾多的重疊覆蓋區(qū)，在重疊覆蓋區(qū)中，接收到來自幾個基站下發(fā)的信號，這些信號存在著載波頻率的差異、調(diào)制音頻信號的相位差異、調(diào)制音頻信號的幅度差異、電磁波空間傳輸路徑的時間差異以及不同傳輸介質(zhì)的時延差異，在各個發(fā)射站之間的重疊區(qū)域產(chǎn)生同頻干擾，影響信號的正常接收。因此，同頻同播系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于對各基站信號重疊區(qū)的處理。

建立同播系統(tǒng)必須滿足嚴(yán)格的同播技術(shù)要求要實現(xiàn)同播網(wǎng)交界區(qū)良好的通話質(zhì)量必須滿足下列條件：（1）各區(qū)中轉(zhuǎn)臺發(fā)射音頻波形要求基本一致包括幅度與形狀。（2）各區(qū)中轉(zhuǎn)臺發(fā)射音頻延時量要求基本一致。（3）各區(qū)中轉(zhuǎn)臺發(fā)射頻率必須一致。（4）優(yōu)化話音判選技術(shù)使通信網(wǎng)保持最佳話音質(zhì)量。

三、同頻同播系統(tǒng)重疊區(qū)同頻干擾的原因

1、頻率穩(wěn)定度

在多個基站進(jìn)行大覆蓋范圍組網(wǎng)時，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)用戶機同時收到兩個或多個中轉(zhuǎn)基站傳來的信號，將會存在同頻干擾問題。

設(shè)其中A基站發(fā)射頻率為F1，鄰區(qū)另一B基站為F1’，則接收機解調(diào)輸出有：F1+F1’和F1-F1’。其中F1+F1’由于太高，在實際中沒有影響，F(xiàn)1-F1’則不能忽視，由于現(xiàn)用的無線發(fā)射設(shè)備頻率穩(wěn)定度誤差都在±10-6。而消防部隊現(xiàn)用的無線頻率是350MHz，頻率誤差為：±350×106×10-6=±350Hz，兩個載波之間會產(chǎn)生一個頻率為0-700Hz的差頻干擾信號，因此F1-F1’所得之值正好落在音頻話音300Hz-3.4KHz范圍之內(nèi)，此時會產(chǎn)生一單音嘯叫，這就是差拍嘯叫干擾，通信話音質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，甚至根本無法工作。因此，如何令F1與F1’同步，亦即F1=F1’，便成為同頻覆蓋發(fā)射的一個關(guān)鍵問題。

2、相位同步

信號在接收端產(chǎn)生失真的機理與多徑效應(yīng)相類似，產(chǎn)生的原因主要是由于傳輸網(wǎng)絡(luò)具有不同的群時延特性。如果接收機接收到的語音是幾個相位不等的同一信號的疊加，倘若兩個相位恰好反相，接收機鑒頻輸出信號相互削弱，則接收效果不好甚至無接收信號。

（1）電磁波空間傳輸路徑的時間差異是引起音頻信號相位差異的另一個主要原因，電磁波傳輸時延0.3km/uS。因此不能忽略電磁波的空間傳輸時延差異。

（2）不同傳輸介質(zhì)的時延差異也會引起音頻信號相位的差異，光纖鏈路、數(shù)字微波鏈路提供的E1接口時延時間都不一樣，即使都是光纖鏈路，由于其經(jīng)過的節(jié)點數(shù)量不同、路徑不同，其時延也不會相同。通常光纖或微波鏈路提供的E1接口時延時間小于500uS。

3、同幅

當(dāng)接收機接收到幾個載波的調(diào)制頻偏大于2dB時，解調(diào)出的信號幅度變化較大，移動臺在高速穿越兩個同頻發(fā)射下行重疊區(qū)時就會接收到忽大忽小的鑒頻輸出信號，類似于收AM波的衰落現(xiàn)象。

四、系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

同頻同播系統(tǒng)從引起同頻干擾的信號覆蓋重疊區(qū)根源著手，引入衛(wèi)星GPS技術(shù)、鎖頻技術(shù)、延遲控制技術(shù)（如話音延時等同步技術(shù)）、場強判選技術(shù)等，建立起一套信令控制系統(tǒng)，減少各種干擾，提高通行質(zhì)量，實現(xiàn)信道的延伸和無縫覆蓋，從而加大無線對講網(wǎng)的覆蓋范圍，提高覆蓋區(qū)的通通信可靠性。

1、載波頻率的同步

采用同步技術(shù)使基站的發(fā)射頻率與某一頻率參考源進(jìn)行同步，則可徹底消除重疊區(qū)的差拍干擾。如在解決同播站發(fā)射載波頻率差異方面引入GPS衛(wèi)星時鐘同步技術(shù)（其頻率穩(wěn)定度為10-9），作為參考源，采用GPS高精度授時技術(shù)和晶振馴服技術(shù)，使內(nèi)部晶體振蕩器輸出頻率精密鎖定在GPS信號上，如果在350MHz頻段發(fā)射，保證重疊覆蓋區(qū)用戶接收端接收不同基站載波的頻率差異小于1Hz，低于20Hz的頻差人耳是分辨不出來的，因此采用GPS時鐘同步技術(shù)可以有效的避免了同頻干擾對話音質(zhì)量的影響。

2、調(diào)制信號幅度均衡

調(diào)制信號的幅度特性與傳輸網(wǎng)絡(luò)及基站的調(diào)制指數(shù)密切相關(guān)，調(diào)制信號幅頻特性的差異將會引起重疊區(qū)接收信號的失真。可精選設(shè)備，嚴(yán)格的篩選和精確的調(diào)試，保證各基站之間性能參數(shù)差異控制在很小的范圍之內(nèi)，保證音頻幅頻特性一致性好。

3、調(diào)制信號相位均衡

由于鏈路中轉(zhuǎn)臺的輸出話音信號通過不同的同播基站的發(fā)射機傳送到手持電臺，由于不同路徑延時的影響，因此在重疊區(qū)內(nèi)的移動臺收到的音頻信號存在相位差?？刹捎眯l(wèi)星GPS提供的高精度標(biāo)準(zhǔn)時間作為基準(zhǔn)，調(diào)整各個發(fā)射機的發(fā)射音頻信號的延時，保證重疊區(qū)的音頻信號同相。

4、場強判選

一般在網(wǎng)內(nèi)會出現(xiàn)同時幾個同頻基站接收到載波信號，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，此時判選系統(tǒng)可檢測啟動的各同頻基站場強，將接收到的信號的場強數(shù)據(jù)通過鏈路機送到鏈路中心站進(jìn)行比較、分析、判選，根據(jù)各路信號的質(zhì)量，選出一個較好的信號輸出，再送到各同播基站的發(fā)射機發(fā)射，從而保證另一方移動臺收到的話音是清晰的。

五、同頻同播系統(tǒng)組網(wǎng)模式

同播系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，鏈路均可采用有線、無線鏈路或有線及無線鏈路混合。

1、無線鏈路同頻同播網(wǎng)

同頻同播網(wǎng)的鏈路采用無線方式，占用一對無線頻率。它的優(yōu)點是：基站選擇相對容易不受架設(shè)有線鏈路的條件的限制。但各同播基站和中心鏈路差轉(zhuǎn)機間必須建立可靠的通訊連接，而且鏈路頻率不能受到干擾。當(dāng)采用無線鏈路方式時，鏈路機需選用專用的鏈路電臺。

2、有線鏈路同頻同播網(wǎng)

有線鏈路同頻同播網(wǎng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上和無線鏈路同頻同播網(wǎng)大至相同，只是不再采用無線鏈路機而是用有線接口設(shè)備來傳輸鏈路信號。

每個同播基站到同播控制中心之間均有屬于自己的專用鏈路，而且在同播網(wǎng)工作期間是實時在線的，因此同播基站可將自己的狀態(tài)實時傳送給同播控制中心處理而無需同播控制中心輪詢，因此處理延遲時間幾乎為零。

3、二種方式的比較

無線鏈路方式：（1）站點選擇靈活，不受有線架設(shè)條件的限制，只要可以和鏈路基站連通的地點都可以布設(shè)同播基站。（2）以后的使用和維護(hù)費用低，但話音質(zhì)量低于E1鏈路方式。

有線方式：（1）可以組建大型同播系統(tǒng)，但基站架設(shè)受限制不能靈活選點。（2）全數(shù)字鏈路，傳輸速率高且穩(wěn)定，話音判選性能好，可確保系統(tǒng)已最佳話音同播。（3）相對于無線鏈路，受干擾的可能性小，可靠性高。

在實際應(yīng)用中，一般采用有線/無線混合鏈路同播系統(tǒng)，有條件的地點采用有線鏈路，如總隊到各個支隊，可利用現(xiàn)有的消防信息通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；沒有條件的地點采用無線鏈路，如各個支隊的中轉(zhuǎn)基站，組成混合鏈路同播系統(tǒng)。

4、基站的選擇

基站的選擇應(yīng)該以布點合理、基站架設(shè)條件成熟以及便于日常維護(hù)管理為主。事前要做好轄區(qū)地形、地貌以及電磁環(huán)境的調(diào)查勘測工作，合理選擇設(shè)置基站的地點和數(shù)量，確?；驹O(shè)置合理和轄區(qū)指揮通信。

六、結(jié)論

在頻率資源日益短缺和電磁環(huán)境日益惡劣的今天，同播系統(tǒng)無疑有其存在的意義，它具有其它通信系統(tǒng)所不能替代的優(yōu)勢，其性能在經(jīng)過設(shè)計和優(yōu)化調(diào)節(jié)后完全可以達(dá)到常規(guī)通信系統(tǒng)的水平。因此同播網(wǎng)不但可實現(xiàn)覆蓋范圍的擴大，而且是解決無線盲區(qū)的有效方法，便于快速、高效、安全傳遞信息，提供了指揮、調(diào)度的便捷手段，提高滅火救援行動的應(yīng)急反應(yīng)速度。

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