同頻同播技術(shù)在城市消防無線通信中的應(yīng)用

■ 張以健 長沙市消防救援支隊

隨著我國社會經(jīng)濟水平的全面提高，城市高層建筑的電磁干擾性越來越大，消防搶險救災(zāi)工作不僅越來越復(fù)雜，而且特殊化、全局化的特點逐漸突出。在實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，才能更好地擴大通信覆蓋面積，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)站等實現(xiàn)本地覆蓋。在實際使用過程中，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+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，整體的場強也會快速減弱。不僅如此，在移動臺附近存在更強的無線電場時，大功率無線尋呼發(fā)射機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的突出優(yōu)勢，整個系統(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)臺的形式在實現(xiàn)多方位覆蓋的基礎(chǔ)上，還能有效抵消移動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，使整個覆蓋區(qū)域的場強更均勻，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，是同時性。要確保信號能夠同時播出且同時到達(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，當(dāng)接收機位的同頻信號強度差大于6dB時，強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，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，可以采用GPS衛(wèi)星時鐘同步技術(shù)、高精度授時技術(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，為了保證重疊區(qū)域移動用戶接收端處理不同基站載波頻率能夠小于1Hz，且更好地彌補人耳無法分別的頻差載波，可以采用GPS時鐘同步技術(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手持無線電臺。不僅如此，還要考慮到重疊區(qū)域內(nèi)移動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)時間，更好地調(diào)整各個發(fā)射機的音頻延遲信號，保證信號重疊區(qū)域的音頻同相。

（四）場強判選技術(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，必須加強信號場強判斷，同時進(jìn)一步篩選出信號質(zhì)量最高的線路。這時可以應(yīng)用場強判選系統(tǒng)檢測各同頻基站的檢測場強，將收到的信號場強數(shù)據(jù)經(jīng)由鏈路機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，選出一個質(zhì)量水平最好的信號再輸出，同時將其發(fā)送至同播基站的發(fā)射機中，保證各移動端無線通信系統(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)，同時還要結(jié)合城市消防工作的實際情況設(shè)計科學(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)流程要點概述

以我國某城市消防隊伍的同頻同播系統(tǒng)構(gòu)建過程為例，在組網(wǎng)過程中需要從甲移動臺發(fā)出呼叫信號，同時在同播站A、B建立同步的信號接收體系和鏈路信道機制。通過結(jié)合不同時序的信號鏈路基站內(nèi)容并加強分析，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)會對多個基站的整體信號進(jìn)行自動優(yōu)劣辨別，同時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，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)在移動平臺發(fā)出消防呼救信號時，同播站A會將信號快速傳送到中心基站中，同時全面控制消防無線網(wǎng)內(nèi)的所有同播站，以此實現(xiàn)整個消防網(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)射按鍵來實現(xiàn)系統(tǒng)連接，確保各個移動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，通過移動臺、同播臺的話音通信系統(tǒng)建立專門的消防專用頻點，確保頻段在350MHz，保證同播站和鏈路基站通信建設(shè)的實效性。還是以上述城市的消防隊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。

其次，在無線數(shù)字的擴頻微波選擇上，消防隊伍應(yīng)選擇擴頻微波機制范圍在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)城市消防隊伍的綜合戰(zhàn)斗力不斷提高。

另外，通過對多個城市消防隊伍的實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前許多消防隊伍會同時使用有線鏈路和無線鏈路，建立綜合混用的同播系統(tǒng)，以某城市消防總隊和各個支隊的通信聯(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)，同時搭配無線通信鏈路，可以保證各個支隊中轉(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，確保切實提高城市消防隊伍在救援活動中的數(shù)據(jù)傳播水平，使同播系統(tǒng)更完善，同時有效控制鏈路系統(tǒng)的租用費用，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)場強判定

組網(wǎng)場強的判定關(guān)系通信信號的強弱，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)場強判定水平。一方面，要保證消防無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多個同頻基站能夠高效接收載波信號，確保消防隊伍能夠結(jié)合同頻基站的實際情況建立充分接收載波信號的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，結(jié)合載波信號中心的鏈路基站避免信號節(jié)點強弱不一。另一方面，在組網(wǎng)場強判定的過程中還要建立全面的監(jiān)測啟動機制，通過加強對場強鏈路的分析，保證判定的合理性，將基站信號及時地傳送到各個同播基站中，確保各移動中轉(zhuǎn)站能夠接受并發(fā)送高質(zhì)量語音通信信號。

五、結(jié)語

綜上所述，為了更好地提升消防救援行動的應(yīng)急反應(yīng)能力和效率水平，必須保證不斷提高通信系統(tǒng)的信號質(zhì)量。相關(guān)部門和人員應(yīng)全面認(rèn)識到同頻同播系統(tǒng)與技術(shù)在城市消防無線通信網(wǎng)絡(luò)中的突出優(yōu)勢，同時進(jìn)一步探索相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用與全面升級，不斷擴大通信基站的覆蓋范圍，解決無線網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)問題，保證調(diào)度、指令等通信信號的高效、安全和快速傳遞。