两基站联网无线对讲通信系统方案设计.docx

1、两基站联网无线对讲通信系统方案设计建伍Nexedge数字专业无线通信系统两基站联网无线对讲通信系统方案NEXEDGE通信系统是建伍公司开发的最新型数字化专业调度通信系统。系统的核心设备采用全套建伍公司的设备, 可保证整套无线调度通信系统具有高可靠性和优异的稳定性以及技术的先进性. 在满足用户要求的通信功能前提下, 能够得到良好的性能价格比, 让用户获得良好的投资效益。 1 项目需求 长宽约40公里和20公里的区域，要求覆盖通信。 终端数量60台左右。2 网络构想单个中继台一般情况下的覆盖范围为1020公里左右，30、40公里以上覆盖比较困难。所以长40公里的区域，考虑架设两个中继台，通过无线链

2、路连接，实现全区域的全面覆盖。需要两个异频频点f1/f2，f3/f4（用于两个中继台）和一个同频频点f5（用于链路）。3 设备选型设备选型选用建伍公司的产品。建伍公司是世界闻名的专业通信产品设备制造商，历史悠久，美誉度高，其产品在各行各业广泛采用，久经市场的考验。针对此项目，中继台采用建伍NXR-810中继台，此型中继台是目前市场占有率最高的中继台之一，突出特点是性价比高，质量稳定可靠。终端采用建伍NX-340对讲机，性价比高，功能丰富，使用便捷。4 设备连接两个基站分别架设两个中继台。中继台连接双工器、馈缆、天线（避雷器）等天馈设备，对讲机在中继台下通信。链路上两个中继台分别连接链路车载台（

3、建伍的多种型号车载台皆可），链路车载台发送接收信号，实现两个基站的互联。具体介绍1.通信制式：采用数/模字兼容性能好的超窄带FDMA方式2009年中国工业和信息化部发布了666号关于150MHz 400MHz频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜的通知。通知规定：从2011年1月1日起停止办理150MHz、400MHz模拟对讲机的型号核准申请等。该通知意味着到从2016年开始，专业模拟对讲机将失去合法使用的基础。同时数字对讲机可以更好地利用频谱资源、通话质量高、语音和数据集成度高、保密性强等特点，使得数字对讲机成为未来对讲机发展的必然趋势。当前数字对讲机主要分为超窄带的FDMA制式和2时隙的

4、TDMA制式。超窄带FDMA制式的数字对讲机信道间隔可以做到6.25kHz，即在12.5kHz可以有2个6.25kHz信道使用。2时隙的TDMA对讲机在12.5kHz下也有两个信道可用。两种制式比较如下： 灵敏度-FDMA制式的对讲机高于TDMA制式对讲机3db由于超窄带FDMA制式的数字对讲机具备对带外信号陡降衰减性能优异的滤波器且只单一时隙工作，接收机的灵敏度可以做的非常优异，其在3%误码率的情况下，接收灵敏度能做到0.22V, 而2时隙的TDMA制式的产品在5%误码率的情况下, 接收灵敏度只能做到0.30V。所以，FDMA制式的数字对讲机优异的接收灵敏度对于大区域覆盖非常有利。 通话建立

5、时间-FDMA制式的对讲机反应速度快，呼叫延迟时间短。虽然所有数字对讲机因为语音的数/模转换以及数据流同步等因素，通话的延迟时间比模拟对讲机要长一些。但超窄带FDMA制式的数字对讲机由于不需要时隙同步，通话的延迟时间比2时隙的TDMA制式对讲机明显短，这不仅通信效率好，用户使用习惯，并且对同类中转台背-背链路联网带来益处，总体延迟时间短。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

6、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

7、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

8、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，

9、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） 同频同播技术：由于在整个通信网内采用同频，所以没有更换频率的问题。 异频同播技术：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 同频同播技术：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

10、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。 异频同播技术：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 同频同播技术：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。 异频同播技术：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

11、），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

12、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+ 40lg d+20lg fd,u - 20lg hBhm (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）139.7050101.5155135.6180101.5155133.68100101.5155127.66200101.5155119.7050010

13、1.5155115.61800101.5155151.7450201.5155147.6680201.5155145.72100201.5155139.70200201.5155131.74500201.5155127.66800201.5155158.7850301.5155154.7080301.5155152.76100301.5155146.74200301.5155138.78500301.5155134.70800301.5155161.4650351.5155157.3880351.5155155.44100351.5155149.42200351.5155141.4650035

14、1.5155137.38800351.5155 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约为69dB，一般可取标准偏差的典型值=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=

15、hp=1.5m , 灵敏度Sm=Sp=0.3 v= -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-LF47+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,

16、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,车台：ERPu,m=Pm+Gm=43+2.15=45.15dBm手台：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 ,车台：D.Ru.m= ERPu- Pminu=45.15+129.5=174.65dB手台：D

17、.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/(2)exp-(x-md)2/22, （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 )/(2 ) , (4) 如mdPmin)。为便于查算，下面给出

18、了按不同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 ) (dB)P(Pmin)6.06.57.07.58.045%-0.7544-0.8172-0.8801-0.9429-1.005850%0000055%0.75440.81720.88010.94291.005860%1.52061.64731.77401.90072.027465%2.31232.50492.69762.89033.083070%3.15483.41773.68063.94354.2064

19、75%4.04754.38474.72205.05935.396680%5.05045.47135.89226.31306.733985%6.21896.98287.25537.77368.291890%7.68948.33028.97099.611710.252595%9.869210.691711.514112.336513.1590 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 = -1

20、17dBm ；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，取值等于7，从上面表格可以查得，必需得中值余量为md Pmin5.9dB（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：m

21、d5.9dB+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上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF， 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41.1164.25501.515552.0164.25801.515558.1164.251001.5

22、15582.2164.252001.5155130.0164.255001.5155164.4164.258001.5155手台19.3151.1501.515524.4151.1801.515527.3151.11001.515538.6151.12001.515561.0151.15001.515577.1151.18001.5155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210dB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

23、的中值余量为md Pmin9dB（8.9709取整），需要移动台的中值接收电平：md9dB+Pmin+6-102.dBm。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+102+2.15=155.15dB上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF， 手台允许的路径衰耗为：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24.3155.15501.51

24、5530.8155.15801.515534.4155.151001.515548.7155.152001.515577.0155.155001.515597.4155.158001.5155手台11.4142501.515514.4142801.515516.11421001.515522.81422001.515536.11425001.515545.71428001.5155 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315dB左右，

25、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 Pmin11.5dB（11.5141取整），需要移动台的中值接收电平：md11.5dB+Pmin+15-87.5dBm。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+87.5+2.15=140.65dB上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF，手台允许的路径衰耗为：Lu =ERPu- mdu +GBR+GAR-

26、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10.6140.65501.515513.4140.65801.515514.9140.651001.515521.1140.652001.515533.4140.655001.515542.3140.658001.5155手台5.0127.5501.51556.3127.5801.51557.0127.51001.51559.9127.52001.515515.7127.55001.515519.8127.58001

27、.51553.6.6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=MCT（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=t/3600（Erlang）A为每用户忙时话务量；为每用户在一天内的呼叫次数；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：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