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文檔簡介
本文格式為Word版,下載可任意編輯——同頻同播系統話說同頻同播系統
同頻同播系統是一種用來實現對講機遠距離、無盲區覆蓋的專業無線通訊系統。簡單的講,同頻同播系統是將多個工作在一致頻率的中轉臺進行聯網,每個中轉臺負責一片區域的覆蓋,從而形成大面積的無線覆蓋網。
說說同頻同播的應用背景
同頻同播技術曾應用于上世紀九十年代中期的尋呼系統中,用于改善低速數字尋呼的覆蓋效果。在2023年前后,開始出現模擬常規同頻同播系統,后來又出現了模擬集群同頻同播系統,用于實現大區域單信道的調度話音通信或接入控制。
目前,模擬常規/集群同頻同播系統頗受公安、交通管理、森林防火等專業調度指揮部門的歡迎。雖然只能提供模擬話音信道.但是卻是用最簡單的方式解決了跨區域調度指揮時的互聯互通難題。由于目前各類模擬常規、模擬集群和數字集群實現互聯互通和廣域覆蓋還尚需時日,而反恐處突、搶險救災、跨省地市協同等實際工作的需要卻刻不容緩,因此在未來一段時間內,同頻同播系統還有一定的生存和發展空間。
目前的模擬常規/集群同頻同播系統,主要傳輸的是重要通信保障任務中的高層級調度指揮命令,其重要性級別相當高,不斷推進其技術進步對于提高應急通信保障水平和維護國家的長治久安具有重要意義。
談談同頻同播的優點
1、組網靈活,各基站差轉機平日在原有的信道上工作,如有重大任務需多基站聯網時,指揮中心可通過網管中心將各同播基站設為一個或多個同播組,使之組成一個同播網或多個同播網,網內一呼百應,便于統一指揮調度;
2、指揮中心可設立網管中心,通過網管中心的調度完成多個同播基站的同時工作和互聯互通,使分支的無線通訊調度指揮統一在整體平臺上;
3、同頻同波網投入較低、實用性較強,易實現大范圍區域良好覆蓋,實現本地區無線通訊;
4、系統結構簡單合理,可靠性高,操作性強,包括系統設備操作及移動用戶使用操作系統具有指揮調度、管理維護、遠程監控等功能。
講講同頻同播系統的基本構成
1、同播基站包含全雙工KG510基地臺、同播基站控制器、鏈路機、GPS接收板、遙控遙測單元、天饋系統等;
2、同播中心包含同播中心控制器、鏈路機等;
3、調度中心包含電腦服務器、調度軟件、專用遙控遙測軟件等;4、遙控遙測設備包含遙測遙控單元、遙控遙測軟件等。
聊聊同頻同播系統的技術特性
在同頻同播系統中,有三大關鍵技術:
1、下行發射同頻技術。即通過頻率校正,使各同播基站發射載頻的中心頻率偏差控制在幾赫茲至十幾赫茲的水平,以免因同頻干擾中的中心載頻偏差引起
令人厭煩的“嘯叫〞。
2、下行發射同步技術。即遁過定時同步,將同一路話音信號經過不同同播基站轉發且被同一移動臺接收時各路一致的話音信號的相位偏差控制在一定范圍內,明顯改善在相鄰同播基站下行信號強度相近時的接收話音質量。3、上行接收判選技術。即當同一路上行發射被多個同播基站同時接收到時,從中選擇信號質量最正確的一路進行中繼轉發,以改善上行話音質量。從更深層次的技術原理上看,現有同頻同播系統的通信質量保證主要依靠的是窄帶調頻制本身所具有的同頻干擾容限(典型值為8dB),上述下行發射技術手段的使用,能在一定程度上改善相鄰同播基站下行信號的強度差異在同頻干擾容限之下(即小于8dB)時的通信質量。
找找影響同頻同播通信質量的制約因素
1、同一路模擬話音在經過中繼鏈路轉發的過程中會引入失真和噪聲,這些失真和噪聲在不同程度上讓本該完全一致的同一路模擬話音波形變成了多路基本相像的模擬話音波形,但在具體的波形細節上仍存在一定的差異。假使是數字同頻同播,雖然中繼傳輸過程不會引入失真和噪聲,但不同同播基站中數字信號基帶濾波器的群延時和失真特性是存在差異的,仍會導致濾波后用作調制信號的波形在具體的波形細節上存在一定的差異。2、在各個同播基站下行轉發時的調制過程中,各個調制器的調制信號幅度、調制靈敏度和調制響應特性也存在差異,目前流行的鎖相倍頻調制器,從調制信號的幅度變化到VOC輸出期望頻率的載波之間有一個過渡過程。
受鎖相環路濾波特性、VCO壓控特性等多種因素的影響,該過渡過程中實際的載波頻率均值雖然滿足調制特性要求,但其載波頻率變化的方差是隨機的;這樣的已調載波被同播之后,再與其他調制器輸出的具有類似隨機頻率變化細節的已調載波線性疊加,其合成的結果必然是“同〞頻干擾嚴重的;假使數字同頻同播時仍采用鎖相倍頻方案的調制器,則很難滿足較高速率數據的同頻同播要求。3、即使是在理想的發射同步信息支持下,各個同播基站在每個瞬間時刻所發射載波的頻率實際上也并不一致,不僅僅只存在幾赫茲至十幾赫茲的固定頻率偏差,也不僅僅是因受中繼鏈路引入的失真、噪聲、基帶濾波器特性(數字)、調制信號幅度、調制靈敏度和調制響應特性等多種因素的影響而在一定范圍內呈隨機變化。
而且經過同播發射后,在相鄰同播基站下行信號的強度差異不大的區域中,因傳輸路徑長度差異(數百米到幾公里,引入的時延差在幾微秒到幾十微秒之間)還會引入前后不同頻率之間的相互干擾(模擬話音波形是不斷變化的);此外,不同傳播路徑上隨機波動的傳播衰減還會進一步使這種相互干擾的幅度和變化規律浮現隨機變化。因此,盡管有些廠商宣稱采用了前述技術手段之后能完全消除同頻干擾,但從技術原理和實際應用狀況來看,同頻干擾是客觀存在的,同頻校正和發射同步技術手段的采用只是在一定程度上降低了同頻干擾的影響,在那些相鄰同播基站下行信號強度相當的區域中,其實際通話效果仍較差(也不排除存在由于接收到的上行話音質量差而導致同播下行接受到的話音質量不佳的狀況)。在目前的應用中,由于同頻同播基站的數量不多且覆蓋區大多呈帶狀或鏈狀分布,還能通過微調各基站的發射功率和定時同步偏差對同頻干擾嚴重的區域進行調整,因此基本上能滿足應用之需。
盡管還存在這樣或那樣的技術原理上和實際應用性能的不足,但同頻同播給實際工作帶來的好處是很明顯的。首先是能實現大區制覆蓋,其次是能沿用現有的模擬常規/集群終端,再之是跨區域時不需要更換信道,沒有集群系統中的身份登記之類的麻煩,用最簡單的方式解決了跨區域調度指揮時的互聯互通難題。采用同頻同播,是在目前各類模擬常規、模擬集群和數字集群系統難以實現互聯互通和廣域覆蓋狀況下迫不得已的現實選擇。
敘敘同頻同播的技術發展方向
從應用需求的發展來看,在未來10年左右的時間內,提供大區域覆蓋的模擬同頻同播系統仍是主流,數字同頻同播將有所發展,但很難出現與模擬同頻同播系統平分秋色的局面。究其原因,主要來自三個方面:1、主流應用需求
目前的模擬常規/集群同頻同播系統主要傳輸應急通信保障任務中的調度指揮命令,使用的是已經得到大量普及的模擬常規/集群終端。與目前的數字常規/集群終端相比,現有模擬常規/集群終端的組成和技術實現相對簡單,且經過過去20余年的發展已經很成熟了,加上還在用戶最為關注的價格、質量、終端大小和單次充電的使用時間等方面仍具有優勢,因此仍將是今后一段時間內專用移動通信市場上的主流產品。
由于模擬常規/集群終端采用的是窄帶模擬頻率調制,因此只要這類終端繼續使用且占據市場主流,模擬同頻同播系統也將繼續占據主流。2、互聯互通需求
模擬常規/集群同頻同播系統的生存和發展,一個重要的理由是采用最簡單的方式解決了跨區域調度指揮時的互聯互通難題。目前,數字常規/集群產品還于市場培育和推廣應用的初期,其數字話音編碼、空中接口及交換控制等還尚未形成相對統一的制式。
而模擬常規/集群終端已廠泛普及,通過窄帶頻率調制傳輸模擬話音來實現跨區域(跨系統)的互聯互通是目前最簡單和最現實的選擇,不管同頻同播基站和中繼系統中的處理和交換過程如何數字化,通過空中接口傳輸時仍必需照料或兼容模擬常規/集群終端。3、覆蓋性能因素
目前的模擬常規/集群采用的是25kHz或12.5kHz的載波信道帶寬,傳輸一路截止頻率在3kHz左右的模擬話音或1.2kbps的低速數字信令;而目前的調頻制窄帶數字常規/集群,選擇在12.5kHz的載波信道上傳輸兩路數字話音,其數據傳輸速率在9.6kbps左右。
顯然窄帶數字常規/集群的頻譜利用率更高,但為此付出的代價是接收靈敏度的下降,或者說是覆蓋區域的減小。這種數字化的代價,對于公眾移動通信來說是可以承受的,對于實現地市縣區級覆蓋的專用移動通信來說也是可以承受的,但對于同頻同播應用而言卻要慎重對待,由于能改善覆蓋本來就是同頻同播系統的市場契入點,假使數字化之后的覆蓋性能不如模擬,再加上不能兼容現有的窄帶模擬終端,那么其優勢地位就會受到影響。
從應急調度指揮應用的角度看,最簡單的設備往往是最可靠的,價格低的產品的市場占有率和普及率更高,體積更小、單次充電的使用時間更長的產品能更好地適應應急調度指揮之需,與目前數字常規/集群終端相比,模擬常規/集群終端在這些方面均有優勢。從應急通信基礎設施建設角度看,無論是抗毀(頑存)
性、建設和運維成本,還是終端的普及率及綜合應用性能,大區制覆蓋的模擬同頻同播系統無疑仍是目前的最正確現實選擇。
顯然,在數字化早已深入人心的今天,還如此地“推崇〞模擬產品實在是有些“逆潮流而動〞,也不利于專用移動通信向數字化方向發展。但是,應用需求和市場競爭是現實的,政策引導和學術觀點確實能對應用需求和市場競爭產生一定的影響,但其實際效能最終還是要通過市場競爭來表達。反過來講,這也說明白數字化能給同頻同播覆蓋這個應用領域帶來的好處尚不明顯。從長遠發展看,對數字同頻同播的應用需求確定是越來越多的,廣大的產、管、研、用單位還需要加大對數字化的關注、投入和支持。在現有的模擬同頻同播系統中,同頻干擾區的存在是影響其大規模發展的一個重要因素。目前的大多數同頻同播應用,覆蓋的是帶狀或鏈狀區域,或是單純覆蓋某個地市,因此同頻干擾區的不利影響尚不特別突出。
但是,假使將來大規模發展,要實現全省范圍的連續無縫覆蓋,則同頻干擾區的不利影響將會被明顯放大。假使在同頻干擾嚴重的區域中又必需提供良好覆蓋,那么現實且快捷的選擇就是改用異頻覆蓋,但這要求移動臺或通過手動或是自動地適應這種異頻覆蓋的狀況,這在一定程度上降低了同頻同播系統的吸引力。
從技術原理來看,在窄帶調頻制這個技術體系內,模擬同頻同播系統的同頻干擾區是必然存在的,要消除同頻干擾區,模擬同頻同播或朝著擴頻方向發展,利用擴頻解擴的多徑分辯和抑制能力來改善接收靈敏度和接收質量,或朝著異頻覆蓋自動轉換的方向發展。與模擬同頻同播類似,同頻干擾區在數字同頻同播中同樣存在。在帶寬更窄(載波信道由25kHz變成12.5kHz)、數據傳輸速率更高(由1.2kbps變成9.6kbps)的背景之下,傳輸不同數字碼元時的頻率變化過渡時間所占比例會更大,所引起的干擾也比傳輸模擬話音時更強,在窄帶調頻制這個技術體系內發展較高速率的數字同頻同播的技術難度更大。
假使還希望數字同頻同播實現與模擬同頻同播一致的覆蓋水平,則顯然是不現實的。在同頻干擾嚴重的區域中,模擬同頻同播的話音盡管干擾很大但人耳還能依稀辨識,而數字同頻同播因誤碼率過高卻導致沒有聲音輸出,這也在一定程度上影響了數字同頻同播的覆蓋水平。
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