CN202218404U

CN202218404U - 数字同频同播网系统

Info

Publication number: CN202218404U
Application number: CN2011202520411U
Authority: CN
Inventors: 王浙安; 张延涛
Original assignee: BEIJING INFORMATION TECHNOLOGY APPLICATION RESEARCH INSTITUTE; GUANGDONG INFORMATION TECHNOLOGY APPLICATION RESEARCH INSTITUTE; GUANGZHOU SOCIETY SITUATION RESEARCH OFFICE; SYNERGY SMARTEND COMMUNICATION TECHNOLOGY (SHENZHEN) Co Ltd
Current assignee: SYNERTONE COMMUNICATION COPORATION
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2021-07-18

Abstract

一种数字同频同播网系统，包括同播站、同播集中控制中心和常规对讲机，其中：同播集中控制中心包括由公用交换电话网（PSTN）、电脑、同播集中控制设备和中心无线链路传输设备；同播站包括基站无线转播塔、同播设备和基站无线链路传输设备。各同播站通过有线链路或者无线专用链路与同播集中控制中心连接，同播集中控制中心统一控制与管理各同播站，该同播集中控制中心接入有线网络。

Description

数字同频同播网系统

技术领域

本实用新型涉及对讲机远距离、无盲区覆盖的专业无线通讯系统。数字同频同播系统是将多个工作在相同频率的中转台进行联网，每个中转台负责一片区域的覆盖，从而形成大面积的无线覆盖网。

背景技术

集群通信及同频同播系统依靠实用、可靠、灵活、以及良好的性价等优势现已在多个行业广泛应用。系统中基站发射频率的漂移及时延对系统的正常运行造成很大的影响。安全、快速、可靠、准确的无线通信是相关行业完成职责的重要保障手段。解决日益增长的通信需求，提升各相关行业的工作效率和缓解现有集群系统的通信压力，同播系统是广泛应用的通讯系统之一。

但在集群通信中由于信号干扰多、覆盖区域广等原因，维护和架设都存在许多困难。

简单地安装多个中转台，各个中转台之间的重叠区将会产生同频干扰。建立同播系统必须按照严格的同播相关技术，要实现同播系统交界区良好的通话质量必须满足下列基本条件：

1、同播基站发射频率的同步。

传统常规发射台载频频率稳定度较差，一般为2×10-6，即2ppm。对于380MHz的频率可以产生760Hz的载频频率误差，当两个载波同时进入移动台接收机时，由于接收机的混频作用可产生最大1.52kHz的差拍干扰信号，将会严重影响通话效果。如果发射机到达重叠覆盖区的载频信号不稳定，对讲机收到信号剧烈的噪音或者拍频现象，严重时会出现语音断续现象，所以系统必需采用载频同步控制技术。

2、重叠区域三个音频参数的调整。

由于从判选器输出的信号传送到各基站的链路形式或者距离不同，到达重叠覆盖区的延时、相位、幅度会出现不一致。通过不同的同播基站的发射机话音信号传送到手持电台，由于不同路径延时的影响，移动台在重叠区内收到音频信号存在相位差，幅度也会出现起伏。延时、相位和幅度三个参数控制不好，则会出现语音语音变调、音频失真大、错误、丢字等现象。必需严格控制上述三个音频参数，是使得到达重叠覆盖区的波形能够基本重叠。

3、接收信号的判选。

移动台(特别是手持机)发射功率较小，而基站一般发射功率较大，天线的架设制高点也比较高，所以往往在离基站较远或在死角位置下，移动台收到中转台的强信号，而基站却收到移动台是弱信号，甚至收不到信号，使得与对方移动台的通信中断。系统工作时，多个接收机经常会收到同一移动台音频信号，如果将这些信号全部转发出去，会出现多个音频叠加，导致对讲机收到的信号背景噪音大、失真严重。如果多个基站接收机同时收到移动台信号，而且各个接收机接收的信号质量各不相同，则需要在覆盖区内设置多个接收点，并保证在覆盖区域内移动台发射的信号能够到达基站接收机。因此，同播基站必须将接收到的信号数据通过链路机送到链路中心站进行判选。判选过程是根据各路信号的质量，选出一个较好的信号输出，再送到各同播基站的发射机发射，从而保证另一方移动台收到的话音是不受干扰的清晰话音。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种数字同频同播网系统。

实现本实用新型的技术方案是：这种数字同频同播网系统包括同播站、同播集中控制中心和常规对讲机，各同播站与同播集中控制中心通过有线链路或者无线专用链路连接，同播集中控制中心统一控制与管理各同播站，该同播集中控制中心接入有线网络。

该技术方案还包括：

所述同播集中控制中心包括公用交换电话网（PSTN）、电脑、同播集中控制设备、中心无线链路传输设备；所述同播站包括基站无线链路传输设备、同播设备；其中公用交换电话网（PSTN）和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、中心无线链路传输设备、无线转播塔、基站无线链路传输设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机。

所述同播集中控制中心包括公用交换电话网（PSTN）、电脑、同播集中控制设备；所述同播站包括同播设备；其中公用交换电话网（PSTN）和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机。

所述同播集中控制中心包括公用交换电话网（PSTN）、电脑、同播集中控制设备、中心无线链路传输设备；所述同播站包括基站无线链路传输设备、同播设备；其中公用交换电话网（PSTN）和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、中心无线链路传输设备、无线转播塔、基站无线链路传输设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机，同播集中控制设备还经E1或者IP链路、基站无线链路传输设备、基站无线转播塔连接对讲机。

所述同播设备包括同播站控制单元、射频单元、告警控制单元、时钟单元、电源单元，其中电源单元分别经时钟单元和告警控制单元连接射频单元和同播站控制单元，同播站控制单元还经同播站信道接口单元与射频单元连接；所述射频单元包括双工器、低噪放大器及分路器、功放模块、合路器、接收模块、激励模块，其中双工器分别经低噪放大器与接收模块连接，经功放模块、合路器、接收模块与激励模块连接，其中低噪放大器及分路器、接收模块、激励模块分别经信道机控制板与同播站信道接口单元连接。

所述同播设备还包括控制接口、E1或者IP链路接口、测试接口、人机接口、时钟系统天馈、基站天馈，其中控制接口、E1或者IP链路接口、测试接口分别连接同播站控制单元，人机接口接告警控制单元，时钟系统天馈接时钟单元，基站天馈接双工器。

本实用新型具有的有益效果：无线同播网即利用同播技术，在一个区域内设置多个同频中转台，并利用链路将相关中转台信号进行连接，从而在大区域范围内实现良好通讯质量的无线对讲网络。其优势主要体现在以下三个方面。

1、减少相互干扰，在覆盖区信号均匀分布。

由于的无线电波的恶劣干扰现状，同播系统工作模式也具备特别的作用。对于地处较高的地点单个中转台，随着距离的加大，信号将随距离的指数形式迅速衰减，当移动用户附近有较强的无线信号时，弱信号可能被屏蔽无法进行正常通讯。无线同播网属于多点覆盖，整个覆盖区信号均匀，所以在同播网中通信效果更稳定更可靠。

2、可以消除通信死角。

在山地丘陵地区和高层建筑林立的市区进行的无线通信，因为山地和高层建筑对高段无线电波有明显的阻碍作用，靠某一个制高点上的一个中转台，通信是不可靠的。同播网可实现覆盖范围的扩大，是解决无线盲区的有效方法。因为同播网可实现多方位的覆盖，如果移动用户所处位置受到某个方向的阻碍，还可以接收到其它方向的中转信号，终端仍可正常通信。

3、安装比较方便。

同播系统中转台只需要安装于远离大功率发射设备，位置相对较高、便于安装的地点即可。这比安装在高位置无线中转台要方便的多。

本系统还可以得到如下收益：1). 增加客户容量，增加传输距离；2). 增加通信传输距离提高纠错能力、增强通信可靠性; 3).简化了网络设备的安装难度，提高了其机动性能4). 解决了城市环境的覆盖和容量问题; 5). 组网灵活，降低运营成本。

附图说明

图1为本实用新型的全无线链路搭建的数字同播网络系统示意图。

图2为本实用新型的有线链路搭建的数字同播网络系统示意图。

图3为本实用新型的有线、无线链路搭建的数字同播网络系统示意图。

图4为本实用新型的同播站同播设备的结构框图。

图中：1同播集中控制中心、11公用交换电话网（PSTN）、12电脑、13同播集中控制设备、14中心无线链路传输设备、2无线转播塔、3同播站、31基站无线转播塔、32同播设备、321同播站控制单元、322告警控制单元、323电源单元、324时钟单元、325射频单元、33基站无线链路传输设备、4对讲机、51控制接口、52 E1链路接口、53测试接口、54人机接口、55基站天馈，56时钟系统天馈、57交流输入接口、58直流输入接口、59电源开关。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本系统（无线同播网络）由同播集中控制中心1、无线转播塔2、同播站3和对讲机4组成。

同播集中控制中心1由公用交换电话网（PSTN）11、电脑12、同播集中控制设备13和中心无线链路传输设备14组成。

同播站3由基站无线转播塔31、同播设备32和基站无线链路传输设备33组成。

如图2所示，本系统（有线同播网络）由同播集中控制中心1、无线转播塔2、同播站3和对讲机4组成。

同播集中控制中心1由公用交换电话网（PSTN）11、电脑12和同播集中控制设备13组成。

同播站3由基站无线转播塔31和同播设备32组成。

如图3所示，本系统（有线、无线同播网络）由同播集中控制中心1、无线转播塔2、同播站3和对讲机4组成。

同播站3由基站无线转播塔31和同播设备32组成；以及由基站无线转播塔31、同播设备32和基站无线链路传输设备33组成。

如图4所示，同播设备32由同播站控制单元321、告警控制单元322、电源单元323、时钟单元324、射频单元325、控制接口51、E1链路接口52、测试接口53、人机接口54、基站天馈55，时钟系统天馈56、交流输入接口57、直流输入接口58、电源开关59组成。

功能：

基本上以380MHz集群通信系统为主。但是,无线通信系统存在许多不确定因素,随时会因为各种问题引起故障，日常工作事务将因此而受到影响，无线通信一旦中断，指挥调度得不到有效保障，必将造成严重后果。同播网是既相对独立又能与集群系统联网的应急通信系统,作为现有集群系统的备份和补充,以进一步提高通信的可靠性、灵活性、保密性。

有效地解决大范围无缝覆盖的通信问题，同时引入了常规终端的信令，实现了对移动终端的管理以及所有通话的数字录音和查询。具有调度指挥灵活机动又具有保密性的需要；

系统支持有线链路、无线链路、有/无线混合链路方式进行组网；

数字同播系统包括数字同播设备、无线链路传输设备，同播集中控制设备等。同播站链路天线采用增益为12dB的定向天线，用户天线采用增益为8dB的全向天线。

系统最大联网基站数目大于12个；

需具备与集群系统和有线电话互联的接口，实现集群终端和常规终端的互联互通；

遥控同播信道转换功能；遥控关闭/开启系统设备，遥控基站联网/本地状态转换。可遥测系统各种设备的工作参数，如电流、电压、温度、锁频状态、GPS状态等。

系统应具备基站分群管理功能，可以设置任意一个基站为独立工作的模式，余下的基站仍可组成一个同播系统；具有移动用户通讯过程资料管理和查询统计。

系统应具备强大的故障弱化能力；

系统应具有移动台身份识别功能，兼容多种信令格式。可以接收和显示设备报警信号及内容。

支持紧急呼叫报警；无声检测即在不惊动数字移动用户的情况下，检测移动用户是否处于通信网络中；对遗失或被盗数字移动用户机进行探测和关闭；支持软加密。

控制中心具有话音质量判选功能，保证最佳通话质量。

工作原理：

采用星型联网方式对全网实施集中控制，系统由同播站，控制中心和常规对讲机构成，各同播站与同播集中控制中心通过有线链路或者无线专用链路连接，受同播集中控制中心的统一控制与管理，并从该处接入有线网络。同播网的主要设备是同播收发信设备，当与同播集中控制中心的传输链路采用无线链路时，同播站和同播集中控制中心均需要增加无线链路传输设备。

本方案规划，由12个同播站，1个同播集中控制中心组成的同播网。它们之间的传输链路可以全由无线链路建立，如图1所示，也可全由有线链路实现（如图2所示），或者二者共存（如图3所示）。同播站与终端之间及同播站与同播控制中心之间分别设置两组链路设置。前者用其中的一个信道做为主用信道，另一信道做备用信道，也可做另一个同播组的同播信道或紧急情况下的报警呼叫信道。

本系统的设备构成如图4所示。无线链路的设备构成如图5所示。

本系统采用如下方法解决数字同播网中存在的问题，利用GPS同步技术同步各基站发射机的载波信号频率来解决重叠覆盖区接收机接收到的多基站载波同频问题；利用数字信号处理技术调整数字信号的相位延迟来解决重叠覆盖区接收机接收解调的多基站调制信号的相位同步问题；运用精确的工程调试保证数字信号等幅解决对来自重叠区接收解调的多基站调制信号的幅度等幅问题；运用精确的动态场强检测技术保证判选的可靠性。

由于受空中传输速率的影响，当无线链路数较多时，中心站判选时间将明显延迟，导致系统响应时间过长，终端难以忍受。为了加快系统响应时间，本方案采用了数字时分复用技术。

系统在轮询过程中每次获取一个复帧，在一个复帧中包含了12个链路帧及其它系统数据帧，其中每个链路帧均包含二个时隙，一个时隙承载话音质量数据和终端场强数据，另一个时隙承载数字信令（如终端ID等）。

系统为每条无线链路分配一个时隙，在某一时隙主动获取相对应链路所传来的数据。此时链路上下行传输消耗时间最多不超过200毫秒，控制中心判选过程最多不超过300毫秒。最快时，某一链路上传数据刚好被中心捕获，则此时的系统响应时间即为200毫秒；最慢时，当中心查询某一时隙时，该链路的时隙并无数据，而当中心开始查询下一链路时隙数据时，前一链路数据到达，此时其对应时隙的数据只有等下一个轮训周期由中心来读取了。这种情形下的系统响应时间为：200毫秒＋300毫秒＝500毫秒。通常情况下系统响应时间在350毫秒左右。

同播系统的同播站同播设备、同播站无线链路设备、同播集中控制中心的无线链路传输设备以及同播集中控制设备均配有丰富的E1接口。因此，当链路是无线链路时，同播站一端的同播设备以E1与同播站无线链路设备相连，中心站无线链路设备以E1与同播集中控制设备相连；当链路为有线链路时，同播站一端的同播设备通过E1直接与中心同播集中控制设备相连接。图2所示为各同播站与控制中心间的有线链路均以标准E1进行传输；而在图3中，控制中心的同播集中控制设备则通过E1接口同时支持有线链路和无线链路的连接。全有线链路的系统响应时间≤150毫秒。

本系统有下列功能：支持数字话音；遥控同播信道转换功能；控制中心接收和显示工作过程中的同播基站ID码；控制中心接收和显示系统设备报警信号及内容；遥控关闭／开启系统设备，遥控基站联网／本地状态转换；遥测系统各种设备的工作参数，包括电流、电压、温度、锁频状态、GPS状态等；数字移动用户通讯过程资料管理、查询统计；显示通话过程中数字移动用户的ID码及相关身份资料，并记录入档。报警；无声检测：在不惊动数字移动用户情况下，检测移动用户是否处于通讯网中；无线遥毙：对遗失或被盗数字移动用户机进行探测和关闭。支持软加密。

同播系统有下列关键技术

1. GPS锁频与时延控制技术

由于优选后的话音要由中心站统一转发下去，因此要求各同播站通过不同的延时同时发送话音，以保证不同同播站的话音到达移动终端(移动终端解调后)的音频相位的一致性。

在同播系统中，一个服务区内具有多个基站，且为同频发射,于是就存在某些区域，可以同时接收到两个或两个以上基站发射出的信号。由于控制中心到各个基站的传输时间差异而造成各发射机发射时间之差即为时延误差，另一方面各发射机发射频率的微小差异造成在某些相位差处产生的信号衰减即为差拍干扰。时延误差与差拍干扰带来接收误码，导致语音失真、啸叫。利用GPS技术提供的高精度时间信息为发射机实现同播建立高精度时钟系统，并建立链路传输和同播控制系统,实现时延均衡消除时延误差。

如图1所示，在交叠区D机同时收到2、3号同播站的载波信号，接收机产生误码。产生误码的主要原因是差拍干扰和时延误差。

2. 鉴权与信号判选技术

出于安全保密考虑，系统将在各同播设备对每个终端ID进行鉴权。对于无ID或是非法ID的网外终端系统将不予响应。

在同播中心和各同播基站使用场强判选技术。话音质量与同播基站接收到移动终端发出场强信号的强度成正比。同播基站将接收到的信号场强强度检测出来并发到中心站,中心站进行比较,从而选择一个最佳的场强信号。

由于交叠区的存在，终端发起呼叫，多个同播站接收的信号（如图1交迭区中A机发起呼叫后，1、2号同播站同时收到A机的载频信号），信号的强弱不一致，需要筛选强信号进行差转同播。另外，由于本系统采用数字话音，所以系统将以链路上传的信号场强和数字话音的质量（如误码情况）同时作为信号判选的判据。

3. 数字语音信号同步技术

模拟同播系统，语音到载频发射采用一次调制，通过时延控制与GPS锁频可以做到交叠区的载频信号同步，达到消除时延与差拍干扰目的。数字同播系统中除了载波频率同步技术外，数字信号本身相位同步要求严格，时延误差不能超过1/4码元速率，由于器件、传播路径的差异，交叠区的数字信号相位差大，需要采用专门相位可控的GMSK调制技术实现。拟采用软件GMSK调制技术，在FPGA上实现。

4. 同播信令技术

要实现同播的控制、鉴权、有线呼叫，同播中心与同播站、管理中心之间存在数据交换，需要设计一套专用随路同播控制数字信令。

同播基站的设备构成及性能指标

5. 无线抗干扰技术。由于同播网多个站使用相同的频点，不同的设站地点，电磁环境不尽相同，这大大增加了系统受干扰的几率，这就需要通过相关技术的研究提高系统的抗干扰能力。

6. 系统中的同播基站和链路基站已经配置远程遥控模块，通过监控调度台，可以对系统设备进行远程遥控，包括对设备工作状态的检测或对相关设备进行操控，特别是对于大面积分布的同播系统，对系统的维护将带来极大的帮助。另外通过遥控操作，可对整个系统设备进行管理和控制，从而达到灵活有效的调度目的。

附图解释

Claims

1.一种数字同频同播网系统，其特征是包括同播站、同播集中控制中心和常规对讲机，其中各同播站通过有线链路或者无线专用链路与同播集中控制中心连接，同播集中控制中心统一控制与管理各同播站，该同播集中控制中心接入有线网络。

2.如权利要求1所述的数字同频同播网系统，其特征是所述同播集中控制中心包括公用交换电话网PSTN、电脑、同播集中控制设备、中心无线链路传输设备；所述同播站包括基站无线链路传输设备、同播设备；其中公用交换电话网PSTN和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、中心无线链路传输设备、无线转播塔、基站无线链路传输设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机。

3.如权利要求1所述的数字同频同播网系统，其特征是所述同播集中控制中心包括公用交换电话网PSTN、电脑、同播集中控制设备；所述同播站包括同播设备；其中公用交换电话网PSTN和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机。

4.如权利要求1所述的数字同频同播网系统，其特征是所述同播集中控制中心包括公用交换电话网PSTN、电脑、同播集中控制设备、中心无线链路传输设备；所述同播站包括基站无线链路传输设备、同播设备；其中公用交换电话网PSTN和电脑分别经同播集中控制设备、E1或者IP链路、中心无线链路传输设备、无线转播塔、基站无线链路传输设备、E1或者IP链路、同播设备、基站无线转播塔连接对讲机，同播集中控制设备还经E1或者IP链路、基站无线链路传输设备、基站无线转播塔连接对讲机。

5.如权利要求2或3或4所述的数字同频同播网系统，其特征是所述同播设备包括同播站控制单元、射频单元、告警控制单元、时钟单元、电源单元，其中电源单元分别经时钟单元和告警控制单元连接射频单元和同播站控制单元，同播站控制单元还经同播站信道接口单元与射频单元连接；所述射频单元包括双工器、低噪放大器及分路器、功放模块、合路器、接收模块、激励模块，其中双工器分别经低噪放大器与接收模块连接，经功放模块、合路器、接收模块与激励模块连接，其中低噪放大器及分路器、接收模块、激励模块分别经信道机控制板与同播站信道接口单元连接。

6.如权利要求5所述的数字同频同播网系统，其特征是所述同播设备还包括控制接口、E1或者IP链路接口、测试接口、人机接口、时钟系统天馈、基站天馈，其中控制接口、E1或者IP链路接口、测试接口分别连接同播站控制单元，人机接口接告警控制单元，时钟系统天馈接时钟单元，基站天馈接双工器。