两基站联网无线对讲通信系统方案Word下载.docx
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这对于在没有IP线路、地形地貌复杂环境中的多基站联网通信非常重要。
◆通信距离---FDMA制式的对讲机较远
随着通信距离的增加，信号群延时逐步增大是无法回避的规律。
超窄带FDMA制式的数字对讲机对信号传输的群延迟不敏感，因为其信号传输特性和模拟系统非常相近，所以天线相对高度越高，通信距离越远，只要能保证视距直线，功率足够大，无论距离是多少，理论上都可以通信，此特点对长距离通信非常有利。
而TDMA对讲机，无论天线架设条件多么有利，只要信号传输的群延迟时间大于了其时隙之间的保护时间，就会产生时隙叠加干扰，无法正常通信了。
因此，TDMA对讲机的通信距离受限于其时隙之间的保护时间，而信道宽度确定的前提下，时隙之间的保护时间不可能无限制加长。
也就是说TDMA对讲机的通信距离有天然的限制，不适合长距离通信。
另外，由于卫星链路延时较长，大部分传输延时都超过了TDMA对讲机的2时隙之间的保护时间，所以2时隙TDMA对讲机系统不能采用卫星通信作为链路。
此外，鉴于客户原有大量的模拟终端，无法一次性折旧，所以新建的通信网必须要考虑兼容模拟终端。
超窄带FDMA数字对讲机具备数字-模拟“双模双待”的功能，能够自动识别接收到的信号是模拟信号还是数字信号，发射时自动以符合接收信号的性质进行发射。
无论是中转台还是移动终端都具备这一特性，被称为“混合工作模式”。
2通信技术：
采用异频同播技术（完全克服中继站之间信号重叠区的相互干扰技术）
在传统的无线对讲通讯系统通常采用架设单个中转台的方式来扩大对讲机的覆盖范围。
但一个中转台的覆盖面积满足不了实际的工作需要情况下，将多个独立的中转台通过链路连接起来，形成一个更大覆盖范围的通讯系统，这就是无线同播系统。
无线同播系统是在传统的无线中转台系统上发展起来的，目前已在公安、林业、交通等系统广泛使用。
无线同播系统克服了传统无线中转台系统不能大范围覆盖的缺点，能够实现多基站联网、跨基站通话。
但架设两个以上的中转台使用同一频率会在交叉区域产生同频干扰的问题（所谓的同频干扰是指移动终端在两个同频发射中转台的交叉覆盖区域中只能收到信号而无法识别话音），要避免同频干扰必须采用同频同播技术或异频同播技术。
◆重叠覆盖区域通话音质---异频同播技术较好
●同频同播技术：
由于该技术不可能完全解决同频干扰问题，所以3个基站同时覆盖时，同频干扰非常严重。
而基站架设位置较高，3站重叠覆盖区域较多，所以在重叠覆盖区域音质差。
●异频同播技术：
由于采用异频发射，没有同频干扰问题，所以通话音质与普通中转台音质相同。
◆自动过站---两种技术都可以
（对讲机从一个基站到另一基站是否需要人工更换频道）
由于在整个通信网内采用同频，所以没有更换频率的问题。
对讲机具有背景扫描功能，都可自动过站。
（背景扫描：
对讲机在一个基站信号低于设定值后，会自动进行扫描，以便锁定信号较好的基站）。
数字对讲机均有此功能，部分模拟对讲机也有此功能。
另外，现有的公安模拟集群系统都是采用对讲机背景扫描自动过站。
◆设备稳定性---异频同播技术较好
由于主要引起同频干扰原因是每个基站的时钟不同步，使得各基站在发射相同频率时有差异。
所以该技术大多采用GPS授时和温补晶体同步各基站的时钟。
而防火通信网基站架设位置较高，昼夜温差较大，对温补晶体影响很大（温补晶体工作时会加热到60℃左右），容易造成晶体工作异常或寿命缩短，从而使各站时钟不同步，造成同频干扰。
由于各基站发射不同的频率，所以不需要同步时钟。
◆通话建立时间---异频同播技术较好
由于多基站收到同一对讲机的上行信号后，要分别送给主基站进行场强判选，以便选择信号较好的基站上传信号，所以需要较长的时间等候各基站的上传信号。
因此，基站越多通话建立越慢。
由于多基站在同一时间只可能有一个基站收到信号并送给主站（主站在接收该基站的链路信号时，会禁止其他基站上传信号），没有信号判选问题。
所以通话建立快。
3链路技术：
采用超短波链路方式
多个中转台互联需要链路系统支持，目前常用的链路系统有超短波链路、卫星链路、微波链路、IP链路等，各种链路都有优缺点，具体比较如下：
◆超短波链路：
●优点：
通信距离在50-200公里之间；
无使用费；
抗损毁能力强。
●缺点：
需要在高点架设；
容易受到干扰；
由于受到地形、距离等因素的制约，有可能不能完全覆盖所有的基站。
无线覆盖区理论分析
无线通信网的覆盖范围与站址的选择有很大关系，要想扩大覆盖范围站址尽量选择至高点，以下是理论的无线覆盖工程计算。
◆覆盖预测计算模型
在确定无线通信系统的覆盖范围的时候，一般采取理论设计和现场测试相结合的方式，针对350M无线通信的电波传播特点，我们一般采取Egli模型。
中值路径损耗的估算公式为：
Ld,u=86+40lgd+20lgfd,u-20lghBhm
（1）
其中L,d,f,h的相应单位为dB,km,MHz,m;
对双频系统上（u）下（d）行频率不同，严格说中值路径损耗也不同，实际差别不大。
典型衰耗值如下表6-1。
表6-1典型衰耗值表
中值衰耗（dB）
基站天线高度（米）
传播距离（千米）
移动台天线高度（米）
频率（MHz）
139.70
50
10
1.5
155
135.61
80
133.68
100
127.66
200
119.70
500
115.61
800
151.74
20
147.66
145.72
131.74
158.78
30
154.70
152.76
146.74
138.78
134.70
161.46
35
157.38
155.44
149.42
141.46
137.38
◆基站设备和站址、天线参数
天线有效高度hB（m）,发射天线增益GBA（dBi）,9.5dBi
天线共用设备损耗LAC，3.5dB基台发射功率PB（W），50W
馈线长度L（m）,50m馈线,接头损耗2dB
接收天线增益GBR,9.5dBi基台接收机灵敏度SB（dBm）,-117dBm
塔顶天线接收放大器增益GAR,5dB
在360兆频段，通信距离30公里左右，不同地形的标准偏差σ约为6～9dB，一般可取标准偏差的典型值σ=7dB。
◆移动台指标
移动车载台和手持台的天线有效高度和接收灵敏度可看作一样,均按典型值计算。
天线高度hm=hp=1.5m,灵敏度Sm=Sp=0.3v=-117dBm,
车台天线增益Gm,2.15db车台发射机功率Pm,20W
手台天线增益GP,0db手台发射机功率PP,5W
◆链路动态范围
发射天线端发射出的有效发射功率ERP与接收机可接受的最小接收功率Pmin之差谓之发收链路动态范围。
这个范围的大小预示了发收通信距离的远近；
而与中值路径损耗之差又昭示了通信质量的优劣。
⏹下行链路参数
基站ERPd=PB+GBA-LAC-LF＝47+9.5-3.5-2=51dBm
移动台Pmind=Sm,P-Gm,P,
车台Pmind,m=Sm-Gm=-119.15dBm
手台Pmind,p=Sp-Gp=-117dBm
下行链路动态范围D.Rd=ERPd-Pmind,
车台：
D.Rd=ERPd-Pmind=170.15
手台：
D.Rd=ERPd-Pmind=168.15
⏹上行链路参数
移动台ERPu=Pm,P+Gm,P,
ERPu,m=Pm+Gm=43+2.15=45.15dBm
ERPu,p=Pp+Gp=37+0=37dBm
基站Pminu=SB-GBR-GAR+LF=-117-9.5-5+2=-129.5dBm
上行链路动态范围D.Ru=ERPu-Pminu,
D.Ru.m=ERPu-Pminu=45.15+129.5=174.65dB
D.Ru.p=ERPu-Pminu=37+129.5=166.5dB
从上面的计算可以看出，对于车台来说，下行受限；
对手台而言，上行受限。
系统的覆盖范围是由最小的方向决定的，所以，下面计算覆盖范围的时候，对车台，按照下行覆盖范围计算；
对手台，按照上行覆盖范围计算
◆通信成功概率测算
在规定覆盖区边缘上（半径Ro）的通信成功概率服从正态分布，其概率密度函数
p（x）=[1/（σ√2π）]exp[-（x-md）2/2σ2],（3）
式中md为中值电平，X>
Pmin的通信成功概率为：
p（x>
pmin）=
）=1/2±
（1/2）erf{（md-Pmin）/（σ√2）},（4）
如md<
Pmin则式中符号±
取-；
Pmin是接收端能达到FM收益状态所需要的最小信号电平。
Pmin=KTOB+NF+C/N=-132dBm+NF+C/N,（5）
下行中值电平mdd=ERPd-Ld+Gm,P，
下行中值余量（md-Pmin）d=ERPd-Ld+Gm,P-Pmin。
（6）
上行中值电平mdu=ERPu-Lu+GBR+GAR-LF，
上行中值余量（md-Pmin）u=ERPu-Lu+GBR+GAR-LF-LDS-Pmin。
（7）
根据中值余量（md-Pmin）和σ值，可通过误差函数erf{x}表查算得通信成功概率p（>
Pmin）。
为便于查算，下面给出了按不同σ值计算好的一些典型的通信成功概率p（>
Pmin）与中值余量（md-Pmin）的关系表，见下表6-2。
表6-2中值余量与覆盖概率的关系表
中值余量（md-Pmin）
σ（dB）
P（>
Pmin）
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
45%
-0.7544
-0.8172
-0.8801
-0.9429
-1.0058
50%
55%
0.7544
0.8172
0.8801
0.9429
1.0058
60%
1.5206
1.6473
1.7740
1.9007
2.0274
65%
2.3123
2.5049
2.6976
2.8903
3.0830
70%
3.1548
3.4177
3.6806
3.9435
4.2064
75%
4.0475
4.3847
4.7220
5.0593
5.3966
80%
5.0504
5.4713
5.8922
6.3130
6.7339
85%
6.2189
6.9828
7.2553
7.7736
8.2918
90%
7.6894
8.3302
8.9709
9.6117
10.2525
95%
9.8692
10.6917
11.5141
12.3365
13.1590
◆通话质量与通信距离的预测方法
设接收机噪声系数NF=5dB时，FM制达到收益状态。
若话音质量按5分制评价，基本能听清楚的3分话载噪比按C/N=10dB计，
从Pmin=KTOB+NF+C/N=-132dBm+NF+C/N
可求得Pmin3=-117dBm；
音质比较满意的4分话载噪比按C/N=13dB计，
得Pmin4=-114dBm。
再通过中值余量（md-Pmin）,可从其与通信成功概率关系表中查得相应的通信成功概率。
反过来也可从预设的通信概率反查到必需的中值余量和中值电平md，从而通过路径损耗Ld，u就可求得同时保证满足预定的通信概率和通话质量的最大通信距离dmax。
◆郊区覆盖计算
郊区要求达到3级话音质量，Pmin3=-117dBm，要求达到80％的覆盖，取σ值等于7，从上面表格可以查得，必需得中值余量为md–Pmin＝5.9dB（5.8922取整）。
计算可得，要达到以上要求，需要接收机的中值接收电平：
md＝5.9dB+Pmin＝-111.1dBm。
下行中值电平mdd=ERPd-Ld+Gm
车台允许的路径衰耗为：
Ld=ERPd-mdd+Gm=51+111.1+2.15=164.25dB
手台允许的路径衰耗为：
Lu=ERPu-mdu+GBR+GAR-LF=37+5+0-2+111.1=151.1
根据路径衰耗反推的覆盖距离表,见下表6-3：
表6-3覆盖距离计算－郊区开阔地
移动台
覆盖距离
中值衰耗
基站天线高度
移动台天线高度
频率
车台
41.1
164.25
52.0
58.1
82.2
130.0
164.4
手台
19.3
151.1
24.4
27.3
38.6
61.0
77.1
注：
在高山站的情况下，由于基站的电磁环境一般比较复杂，背景噪声比较高，实际覆盖效果会受到一定影响。
◆城区覆盖计算
城区的室外覆盖主要受大型建筑物阴影效应的影响，根据经验，一般会增加2～10dB的衰减，这里统一按照6dB计算。
对于城区，要求的地面覆盖率达到90％，要求的中值余量为md–Pmin＝9dB（8.9709取整），需要移动台的中值接收电平：
md＝9dB+Pmin+6＝-102.dBm。
Ld=ERPd-mdd+Gm=51+102+2.15=155.15dB
Lu=ERPu-mdu+GBR+GAR-LF=37+5+0-2+102=142
根据路径衰耗反推的覆盖距离表，见下表6-4：
表6-4覆盖距离计算－城区地面覆盖
24.3
155.15
30.8
34.4
48.7
77.0
97.4
11.4
142
14.4
16.1
22.8
36.1
45.7
◆重点区域覆盖计算
对于城区，由于大型建筑物的阴影效应，会影响到部分地点的室外覆盖；
而建筑物墙体的穿透衰耗，会影响到建筑物的室内覆盖。
根据经验值，在350M频段，阴影效应和穿透衰耗造成的信号衰减，一般在3～15dB左右，为了保证覆盖效果，这里统一按照15dB计算。
对于重要区域，要求100％覆盖，达到4级话音质量。
Pmin4=-114dBm，按照95％覆盖以上考虑（通信理论是无法计算100％覆盖情况的），要求的中值余量为md–Pmin＝11.5dB（11.5141取整），需要移动台的中值接收电平：
md＝11.5dB+Pmin+15＝-87.5dBm。
Ld=ERPd-mdd+Gm=51+87.5+2.15=140.65dB
上行中值电平mdu=ERPu-Lu+GBR+GAR-LF，
Lu=ERPu-mdu+GBR+GAR-LF=37+5+0-2+87.5=127.5
根据路径衰耗反推的覆盖距离表，见下表6-5：
表6-5覆盖距离计算－重点区域覆盖
10.6
140.65
13.4
14.9
21.1
33.4
42.3
5.0
127.5
6.3
9.9
15.7
19.8
3.6.6通信网用户容量分析
◆话务量
本工程话务量的计算有两个方面，其一为调度话务量，其二为有无线转接话务量（指电话）。
1．话务量的通用计算公式为：
Y=M·
C·
T（Erlang）
Y为总话务量，又称话务负荷。
M为用户数
C为在某段时间内，每用户占用信道的平均次数。
T为在某段时间内，每用户占用信道的平均时长。
2．忙时话务量公式为：
A=α·
β·
t/3600（Erlang）
A为每用户忙时话务量；
α为每用户在一天内的呼叫次数；
β为忙时集中率（系数），又等于忙时话务量/全天话务量；
t为每用户每次通话占用信道的平均时长
◆呼损率
在一个通信系统的全部频道被占用后再发生呼叫，就出现呼损，其计算公式如按呼叫次数计算为：
其中：
A′为系统完成的话务量，
Co为单位时间内发生的平均呼叫次数，
Cs为单位时间内呼叫成功而通话的次数，
t为每次通话占用信道的平均时长。
如呼损率按占用时间计算公式为：
式中：
Co-Cs与上述参数同义。
E为单位时间内全部频道被占用的时间（百分数）。
由此很容易得到全部频道被占用的概率PN，也即按时间计算的呼损率E，取n=N，则有：
Co-Cs
Co
根据上式，可以得到E和A，N之间的数量关系，见表巴尔母表。
◆用户容量
系统的负载能力直接关系到用户的利益，因而是系统工程计划的基本成分，信道的负载
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