同頻同播技術(shù)在城市消防無線通信中的應(yīng)用

摘要：隨著我國城市的現(xiàn)代化建設(shè)水平不斷提高，頻率資源短缺問題越來越突出，對城市消防工作的開展來說，電磁環(huán)境整體呈不樂觀的情況。就我國當(dāng)前城市消防無線通信來看，還存在一些問題和不足，為了體現(xiàn)同頻同播技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，突出同頻同播系統(tǒng)及技術(shù)的良好功能特性，不斷提高消防搶險(xiǎn)救災(zāi)的反應(yīng)速度，文章就同頻同播技術(shù)在城市消防無線通信中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。關(guān)鍵詞：同頻同播技術(shù);城市消防無線通信;信號質(zhì)量隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的全面提高，城市高層建筑的電磁干擾性越來越大，消防搶險(xiǎn)救災(zāi)工作不僅越來越復(fù)雜，而且特殊化、全局化的特點(diǎn)逐漸突出。在實(shí)際消防工作中參與部門和人員數(shù)量大，聯(lián)合作戰(zhàn)的難度也越來越高，必須要保證通信指揮中心與救援現(xiàn)場的無縫無阻鏈路，才能更好地?cái)U(kuò)大通信覆蓋面積，避免電磁干擾信號的影響，全面提高消防無線通信的通話音質(zhì)水平。一、城市消防無線通信現(xiàn)狀我國城市消防無線通信網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)的過程中，一般會選擇在城市中心區(qū)域無線通信地帶建設(shè)高塔、高架天線以及中轉(zhuǎn)站等實(shí)現(xiàn)本地覆蓋。在實(shí)際使用過程中，這類方式受多種因素影響存在許多局限。首先，最突出的短板就是信號接收效果的不斷惡化，在高層建筑的影響下會產(chǎn)生多方面的信號干擾。其次，以制高點(diǎn)+中轉(zhuǎn)臺的設(shè)置形式，無法形成良好的無線通信網(wǎng)絡(luò)，且高層建筑會阻礙高端無線電波的信號，尤其是在距離中轉(zhuǎn)臺近的位置存在明顯的無線通信盲區(qū)，必須遠(yuǎn)離中轉(zhuǎn)臺才能獲得良好通信效果。最后，雖然中轉(zhuǎn)臺處于相對較高的位置，但是在距離逐漸加大的過程中，整體的場強(qiáng)也會快速減弱。不僅如此，在移動(dòng)臺附近存在更強(qiáng)的無線電場時(shí)，大功率無線尋呼發(fā)射機(jī)的弱信號很容易被完全屏蔽，進(jìn)而造成消防無線通信中斷[1]。為了更好地解決在城市消防無線通信網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋問題，必須進(jìn)一步探索適應(yīng)性更強(qiáng)的消防無線通信技術(shù)，以此來構(gòu)建更高效的消防通信系統(tǒng)。二、同頻同播系統(tǒng)及技術(shù)的優(yōu)勢與功能特性同頻同播系統(tǒng)是從傳統(tǒng)的單基站通信系統(tǒng)中演變過來的，其中還融合了常規(guī)多基站通信系統(tǒng)。所謂同頻同播就是通過在整個(gè)覆蓋區(qū)域設(shè)置更多同頻中轉(zhuǎn)臺，并借助鏈路將中轉(zhuǎn)臺信號連接，使每個(gè)中轉(zhuǎn)臺相互連接可以使用相同載波頻率發(fā)射信號，以此來有效加大無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，全面提高無線覆蓋區(qū)域通信信號可靠性，優(yōu)化通信質(zhì)量最終實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的新型通信系統(tǒng)。不同于以往覆蓋范圍受限、通信信號質(zhì)量不佳的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，隨著同頻同播系統(tǒng)的出現(xiàn)，極大地提升了城市消防無線通信網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量水平。同頻同播系統(tǒng)在組網(wǎng)的過程中操作更靈活且便捷，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全方位覆蓋還有著可靠性更強(qiáng)的突出優(yōu)勢，整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率更高，用戶在使用的過程中可以感受到更簡便的信號服務(wù)，且移動(dòng)用戶在覆蓋范圍內(nèi)更不需要額外轉(zhuǎn)換頻道。由于安裝過程相對簡便，可以根據(jù)消防工作的實(shí)際需要自由增加基站，不僅如此，消防通信系統(tǒng)中原有的無線通信電臺也能在同播系統(tǒng)中使用，可以很大程度上簡化結(jié)構(gòu)，使整個(gè)建設(shè)周期有效縮短。在消防無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，更適用于頻率資源較少、范圍覆蓋要求較大且通信業(yè)務(wù)量較低的無線網(wǎng)絡(luò)，在配合消防部門作業(yè)的過程中，不僅能作為備用網(wǎng)還可以作為主網(wǎng)使用。其中，多中轉(zhuǎn)臺的形式在實(shí)現(xiàn)多方位覆蓋的基礎(chǔ)上，還能有效抵消移動(dòng)用戶所承受的方向阻礙，即使其他方向射入有干擾性的中轉(zhuǎn)信號，依然可以保證良好的通信效果。而且由于布點(diǎn)數(shù)量多，可以更好地覆蓋以往無法覆蓋的區(qū)域，并能夠有效抵消多徑干擾和陰影干擾，使整個(gè)覆蓋區(qū)域的場強(qiáng)更均勻，質(zhì)量效果更可靠穩(wěn)定[2]。同頻同播技術(shù)的主要特征表現(xiàn)在以下幾方面：第一，是保證載波頻率的一致性。通過利用GPS原子鐘可以將無線載波通信頻率精確地控制在10Hz范圍內(nèi)，滿足通信同播的要求。第二，是同時(shí)性。要確保信號能夠同時(shí)播出且同時(shí)到達(dá)，并避免出現(xiàn)重音或回聲現(xiàn)象。同頻同播技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，當(dāng)接收機(jī)位的同頻信號強(qiáng)度差大于6dB時(shí)，強(qiáng)信號會抑制替代弱信號，所以就不存在音頻信號延遲的情況。在信號強(qiáng)度小于6dB的交叉區(qū)域，兩信號的音頻延遲在固定范圍內(nèi)也可以滿足同播的需要，從理論上來說中轉(zhuǎn)站距離在3km之內(nèi)就能滿足需要，因此在架設(shè)中轉(zhuǎn)站的過程中必須根據(jù)實(shí)際情況來確定交叉覆蓋區(qū)域的具體范圍，以此來更好地確保實(shí)現(xiàn)同頻傳播的需求。三、同頻同播技術(shù)在城市消防無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用城市消防無線通信系統(tǒng)在應(yīng)用同頻同播技術(shù)時(shí)，應(yīng)從同頻信號干擾的覆蓋根源入手，并將衛(wèi)星定位技術(shù)、鎖屏技術(shù)、延遲控制技術(shù)以及場強(qiáng)判斷技術(shù)引入其中，以此形成一系列的信令控制系統(tǒng)，從而有效減少各類通信信號干擾，保證消防無線通信的質(zhì)量水平，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無限延伸和無縫覆蓋，更好地保障覆蓋區(qū)域的通信可靠性，為消防救援的工作開展提供更多通信技術(shù)上的支持。（一）載波頻率同步技術(shù)在應(yīng)用同頻同播技術(shù)的過程中，采用同步技術(shù)可以使基站的發(fā)射頻率與頻率參考源同步進(jìn)行，能夠有限消除重疊區(qū)域的信號干擾。在解決發(fā)射載波頻率差的問題時(shí)，可以采用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步技術(shù)、高精度授時(shí)技術(shù)和晶振馴服技術(shù)，并將內(nèi)部晶體的振蕩器輸出頻率控制設(shè)定在GPS信號上。當(dāng)發(fā)射頻段處于350MHz時(shí)，為了保證重疊區(qū)域移動(dòng)用戶接收端處理不同基站載波頻率能夠小于1Hz，且更好地彌補(bǔ)人耳無法分別的頻差載波，可以采用GPS時(shí)鐘同步技術(shù)來進(jìn)一步避免同頻干擾，提高消防應(yīng)急救援中的對話音質(zhì)[3]。（二）調(diào)制信號的幅度均衡技術(shù)在同播同頻技術(shù)的應(yīng)用中，調(diào)制信號的幅度特性會受傳輸網(wǎng)絡(luò)基站的調(diào)制指數(shù)影響，且調(diào)制信號幅頻的差異性會引發(fā)無線信號重疊區(qū)域的信號接收失真情況。因此，為了更好地保證發(fā)揮同播同頻技術(shù)的特性和優(yōu)勢，必須精確選擇信號幅度調(diào)制均衡，通過嚴(yán)格的篩選和精確的調(diào)試，進(jìn)一步縮小相鄰基站之間的性能參數(shù)差異，在合適范圍內(nèi)保證音頻幅度的均衡和一致性。（三）調(diào)制信號的相位均衡技術(shù)通常情況下，在消防救援中無線通信信號受不同路徑延時(shí)的干擾，鏈路中轉(zhuǎn)臺的輸出話音信號應(yīng)通過不同的同播同頻基站發(fā)射器將信號傳送到移動(dòng)手持無線電臺。不僅如此，還要考慮到重疊區(qū)域內(nèi)移動(dòng)無線電臺在接收音頻信號過程中存在的相位差，以衛(wèi)星GPS技術(shù)為支撐，為調(diào)制信號提供均衡相位和高精度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，更好地調(diào)整各個(gè)發(fā)射機(jī)的音頻延遲信號，保證信號重疊區(qū)域的音頻同相。（四）場強(qiáng)判選技術(shù)一般在無線網(wǎng)絡(luò)信號區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)同頻基站接受載波信號，而這些同頻基站所接收到的載波信號卻是強(qiáng)弱不等的，在消防救援的過程中，如果將這些載波信號通過中心鏈路基站下發(fā)到各個(gè)同頻無線基站，在消防通信連接網(wǎng)絡(luò)中必然會產(chǎn)生較大的通話雜音。為了提高消防通話信號的質(zhì)量，必須加強(qiáng)信號場強(qiáng)判斷，同時(shí)進(jìn)一步篩選出信號質(zhì)量最高的線路。這時(shí)可以應(yīng)用場強(qiáng)判選系統(tǒng)檢測各同頻基站的檢測場強(qiáng)，將收到的信號場強(qiáng)數(shù)據(jù)經(jīng)由鏈路機(jī)呈送至鏈路中心將信號進(jìn)行全面比較、綜合分析和智能判選，選出一個(gè)質(zhì)量水平最好的信號再輸出，同時(shí)將其發(fā)送至同播基站的發(fā)射機(jī)中，保證各移動(dòng)端無線通信系統(tǒng)的清晰通話效果。四、城市消防無線通信同頻同播系統(tǒng)的組網(wǎng)就城市消防無線通信同頻同播系統(tǒng)的整體來看，其組網(wǎng)的最大優(yōu)勢在于站點(diǎn)選擇的靈活性，可以很大程度上有效克服在架設(shè)條件上的限制。不僅如此，基于鏈路組網(wǎng)的連通布設(shè)基站可以縮減在日常維護(hù)和管理中的支出，同時(shí)保證質(zhì)量更高的語音通話信號，傳播的速率水平也更高且更穩(wěn)定，保證消防無線通信系統(tǒng)始終處于最佳的語音通話狀態(tài)，且有更強(qiáng)的抗干擾水平，確保消防通信系統(tǒng)的安全性與可靠性。在應(yīng)用同頻同播技術(shù)的過程中，應(yīng)建設(shè)專門的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)還要結(jié)合城市消防工作的實(shí)際情況設(shè)計(jì)科學(xué)合理的組網(wǎng)方案，為城市消防應(yīng)急救援工作提供更優(yōu)質(zhì)的通話條件[4]。（一）同頻同播系統(tǒng)的組網(wǎng)流程要點(diǎn)概述以我國某城市消防隊(duì)伍的同頻同播系統(tǒng)構(gòu)建過程為例，在組網(wǎng)過程中需要從甲移動(dòng)臺發(fā)出呼叫信號，同時(shí)在同播站A、B建立同步的信號接收體系和鏈路信道機(jī)制。通過結(jié)合不同時(shí)序的信號鏈路基站內(nèi)容并加強(qiáng)分析，確保無線通信系統(tǒng)具備信號質(zhì)量分別識別功能，以此來建立功能更完善的鏈路基站。在組網(wǎng)的過程中，同頻同播技術(shù)系統(tǒng)會對多個(gè)基站的整體信號進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)劣辨別，同時(shí)向主基站傳播通信信號，如果同播站A的通信信號接收能力更強(qiáng)，則會被設(shè)置為主站，以該站的上下行作為中轉(zhuǎn)站，其余同播站設(shè)置為從站。構(gòu)建完成的同頻同播無線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)平臺發(fā)出消防呼救信號時(shí)，同播站A會將信號快速傳送到中心基站中，同時(shí)全面控制消防無線網(wǎng)內(nèi)的所有同播站，以此實(shí)現(xiàn)整個(gè)消防網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)同頻信號的全方位覆蓋。另外，在過程中相關(guān)操作技術(shù)人員還需要通過觸發(fā)發(fā)射按鍵來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接，確保各個(gè)移動(dòng)臺在每次消防通話的過程中能夠有效地占用信號接收場強(qiáng)最佳的同播基站，使無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)話音質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。（二）同頻同播系統(tǒng)的組網(wǎng)鏈路選擇分析首先，必須考慮到城市消防救援工作的實(shí)際情況，充分結(jié)合無線同頻同播網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)組建要求，通過移動(dòng)臺、同播臺的話音通信系統(tǒng)建立專門的消防專用頻點(diǎn)，確保頻段在350MHz，保證同播站和鏈路基站通信建設(shè)的實(shí)效性。還是以上述城市的消防隊(duì)伍所建立的同頻同播系統(tǒng)為例，其采用的頻率標(biāo)準(zhǔn)為350MHz的無線模擬鏈路不僅可以保證清晰的通話質(zhì)量，還能有效提高消防工作的整體通信效率水平。更好地提高同頻同播系統(tǒng)的適用性，確保有效適應(yīng)不同城市消防工作的資源頻率，降低通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建造價(jià)。其次，在無線數(shù)字的擴(kuò)頻微波選擇上，消防隊(duì)伍應(yīng)選擇擴(kuò)頻微波機(jī)制范圍在2.4～5.0GHz的組網(wǎng)鏈路，并以開放性頻段構(gòu)建鏈路帶寬機(jī)制，進(jìn)一步提升整體同頻同播系統(tǒng)設(shè)備的通用性和可靠性，保證無線系統(tǒng)在通話音質(zhì)、音量、擴(kuò)展功能以及圖像傳輸上的技術(shù)優(yōu)勢，以專業(yè)的消防無線組網(wǎng)減少信號干擾。最后，還要積極引進(jìn)有線數(shù)字鏈路，通過有線數(shù)字鏈路網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更方便、快捷且?guī)拏鬏斝Ч玫耐l同播無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)，再引入長期的光纖鏈路資源，在保證投入經(jīng)濟(jì)成本合理利用的基礎(chǔ)上提高整體通信網(wǎng)絡(luò)的話音質(zhì)量，避免通信延遲，為消防救援工作提供更好的通信信號，促進(jìn)城市消防隊(duì)伍的綜合戰(zhàn)斗力不斷提高。另外，通過對多個(gè)城市消防隊(duì)伍的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前許多消防隊(duì)伍會同時(shí)使用有線鏈路和無線鏈路，建立綜合混用的同播系統(tǒng)，以某城市消防總隊(duì)和各個(gè)支隊(duì)的通信聯(lián)絡(luò)過程為例，多數(shù)條件下還是會使用有線數(shù)字構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)搭配無線通信鏈路，可以保證各個(gè)支隊(duì)中轉(zhuǎn)站基站架設(shè)一步到位，以此形成混合型的鏈路同頻同播系統(tǒng)，借助無線和有限通信技術(shù)內(nèi)容，確保切實(shí)提高城市消防隊(duì)伍在救援活動(dòng)中的數(shù)據(jù)傳播水平，使同播系統(tǒng)更完善，同時(shí)有效控制鏈路系統(tǒng)的租用費(fèi)用，全面保證任務(wù)執(zhí)行過程中的話音質(zhì)量滿足消防工作的各方面需要。（三）同頻同播系統(tǒng)的組網(wǎng)場強(qiáng)判定組網(wǎng)場強(qiáng)的判定關(guān)系通信信號的強(qiáng)弱，直接影響消防系統(tǒng)的通話音質(zhì)水平，因此為了避免產(chǎn)生干擾性雜音，避免通信服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)延遲，必須要保證同頻同播系統(tǒng)的組網(wǎng)場強(qiáng)判定水平。一方面，要保證消防無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多個(gè)同頻基站能夠高效接收載波信號，確保消防隊(duì)伍能夠結(jié)合同頻基站的實(shí)際情況建立充分接收載波信號的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合載波信號中心的鏈路基站避免信號節(jié)點(diǎn)強(qiáng)弱不一。另一方面，在組網(wǎng)場強(qiáng)判定的過程中還要建立全面的監(jiān)