數字同頻同播網系統的製作方法

2023-07-06 22:13:41 1

專利名稱：數字同頻同播網系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及對講機遠距離、無盲區覆蓋的專業無線通訊系統。數字同頻同播系統是將多個工作在相同頻率的中轉臺進行聯網，每個中轉臺負責一片區域的覆蓋，從而形成大面積的無線覆蓋網。
背景技術：
集群通信及同頻同播系統依靠實用、可靠、靈活、以及良好的性價等優勢現已在多個行業廣泛應用。系統中基站發射頻率的漂移及時延對系統的正常運行造成很大的影響。 安全、快速、可靠、準確的無線通信是相關行業完成職責的重要保障手段。解決日益增長的通信需求，提升各相關行業的工作效率和緩解現有集群系統的通信壓力，同播系統是廣泛應用的通訊系統之一。但在集群通信中由於信號幹擾多、覆蓋區域廣等原因，維護和架設都存在許多困難。簡單地安裝多個中轉臺，各個中轉臺之間的重疊區將會產生同頻幹擾。建立同播系統必須按照嚴格的同播相關技術，要實現同播系統交界區良好的通話質量必須滿足下列基本條件1、同播基站發射頻率的同步。傳統常規發射臺載頻頻率穩定度較差，一般為2 X 10-6，即2ppm。對於380MHz的頻率可以產生760Hz的載頻頻率誤差，當兩個載波同時進入移動臺接收機時，由於接收機的混頻作用可產生最大1. 52kHz的差拍幹擾信號，將會嚴重影響通話效果。如果發射機到達重疊覆蓋區的載頻信號不穩定，對講機收到信號劇烈的噪音或者拍頻現象，嚴重時會出現語音斷續現象，所以系統必需採用載頻同步控制技術。2、重疊區域三個音頻參數的調整。由於從判選器輸出的信號傳送到各基站的鏈路形式或者距離不同，到達重疊覆蓋區的延時、相位、幅度會出現不一致。通過不同的同播基站的發射機話音信號傳送到手持電臺，由於不同路徑延時的影響，移動臺在重疊區內收到音頻信號存在相位差，幅度也會出現起伏。延時、相位和幅度三個參數控制不好，則會出現語音語音變調、音頻失真大、錯誤、丟字等現象。必需嚴格控制上述三個音頻參數，是使得到達重疊覆蓋區的波形能夠基本重疊。3、接收信號的判選。移動臺(特別是手持機)發射功率較小，而基站一般發射功率較大，天線的架設制高點也比較高，所以往往在離基站較遠或在死角位置下，移動臺收到中轉臺的強信號，而基站卻收到移動臺是弱信號，甚至收不到信號，使得與對方移動臺的通信中斷。系統工作時， 多個接收機經常會收到同一移動臺音頻信號，如果將這些信號全部轉發出去，會出現多個音頻疊加，導致對講機收到的信號背景噪音大、失真嚴重。如果多個基站接收機同時收到移動臺信號，而且各個接收機接收的信號質量各不相同，則需要在覆蓋區內設置多個接收點， 並保證在覆蓋區域內移動臺發射的信號能夠到達基站接收機。因此，同播基站必須將接收到的信號數據通過鏈路機送到鏈路中心站進行判選。判選過程是根據各路信號的質量，選出一個較好的信號輸出，再送到各同播基站的發射機發射，從而保證另一方移動臺收到的話音是不受幹擾的清晰話音。
發明內容本實用新型的目的是為了克服現有技術存在的不足，提供一種數字同頻同播網系統。實現本實用新型的技術方案是這種數字同頻同播網系統包括同播站、同播集中控制中心和常規對講機，各同播站與同播集中控制中心通過有線鏈路或者無線專用鏈路連接，同播集中控制中心統一控制與管理各同播站，該同播集中控制中心接入有線網絡。該技術方案還包括所述同播集中控制中心包括公用交換電話網(PSTN)、電腦、同播集中控制設備、中心無線鏈路傳輸設備；所述同播站包括基站無線鏈路傳輸設備、同播設備；其中公用交換電話網(PSTN)和電腦分別經同播集中控制設備、El或者IP鏈路、中心無線鏈路傳輸設備、 無線轉播塔、基站無線鏈路傳輸設備、El或者IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機。所述同播集中控制中心包括公用交換電話網(PSTN)、電腦、同播集中控制設備； 所述同播站包括同播設備；其中公用交換電話網(PSTN)和電腦分別經同播集中控制設備、 El或者IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機。所述同播集中控制中心包括公用交換電話網(PSTN)、電腦、同播集中控制設備、中心無線鏈路傳輸設備；所述同播站包括基站無線鏈路傳輸設備、同播設備；其中公用交換電話網(PSTN)和電腦分別經同播集中控制設備、El或者IP鏈路、中心無線鏈路傳輸設備、 無線轉播塔、基站無線鏈路傳輸設備、El或者IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機，同播集中控制設備還經El或者IP鏈路、基站無線鏈路傳輸設備、基站無線轉播塔連接對講機。所述同播設備包括同播站控制單元、射頻單元、告警控制單元、時鐘單元、電源單元，其中電源單元分別經時鐘單元和告警控制單元連接射頻單元和同播站控制單元，同播站控制單元還經同播站信道接口單元與射頻單元連接；所述射頻單元包括雙工器、低噪放大器及分路器、功放模塊、合路器、接收模塊、激勵模塊，其中雙工器分別經低噪放大器與接收模塊連接，經功放模塊、合路器、接收模塊與激勵模塊連接，其中低噪放大器及分路器、接收模塊、激勵模塊分別經信道機控制板與同播站信道接口單元連接。所述同播設備還包括控制接口、El或者IP鏈路接口、測試接口、人機接口、時鐘系統天饋、基站天饋，其中控制接口、El或者IP鏈路接口、測試接口分別連接同播站控制單元，人機接口接告警控制單元，時鐘系統天饋接時鐘單元，基站天饋接雙工器。本實用新型具有的有益效果無線同播網即利用同播技術，在一個區域內設置多個同頻中轉臺，並利用鏈路將相關中轉臺信號進行連接，從而在大區域範圍內實現良好通訊質量的無線對講網絡。其優勢主要體現在以下三個方面。1、減少相互幹擾，在覆蓋區信號均勻分布。由於的無線電波的惡劣幹擾現狀，同播系統工作模式也具備特別的作用。對於地處較高的地點單個中轉臺，隨著距離的加大，信號將隨距離的指數形式迅速衰減，當移動用戶附近有較強的無線信號時，弱信號可能被屏蔽無法進行正常通訊。無線同播網屬於多點覆蓋，整個覆蓋區信號均勻，所以在同播網中通信效果更穩定更可靠。2、可以消除通信死角。在山地丘陵地區和高層建築林立的市區進行的無線通信，因為山地和高層建築對高段無線電波有明顯的阻礙作用，靠某一個制高點上的一個中轉臺，通信是不可靠的。同播網可實現覆蓋範圍的擴大，是解決無線盲區的有效方法。因為同播網可實現多方位的覆蓋， 如果移動用戶所處位置受到某個方向的阻礙，還可以接收到其它方向的中轉信號，終端仍可正常通信。3、安裝比較方便。同播系統中轉臺只需要安裝於遠離大功率發射設備，位置相對較高、便於安裝的地點即可。這比安裝在高位置無線中轉臺要方便的多。本系統還可以得到如下收益1).增加客戶容量，增加傳輸距離；2).增加通信傳輸距離提高糾錯能力、增強通信可靠性；3).簡化了網絡設備的安裝難度，提高了其機動性能4).解決了城市環境的覆蓋和容量問題；5).組網靈活，降低運營成本。

圖1為本實用新型的全無線鏈路搭建的數字同播網絡系統示意圖。圖2為本實用新型的有線鏈路搭建的數字同播網絡系統示意圖。圖3為本實用新型的有線、無線鏈路搭建的數字同播網絡系統示意圖。圖4為本實用新型的同播站同播設備的結構框圖。圖中1同播集中控制中心、11公用交換電話網(PSTN)、12電腦、13同播集中控制設備、14中心無線鏈路傳輸設備、2無線轉播塔、3同播站、31基站無線轉播塔、32同播設備、 321同播站控制單元、322告警控制單元、323電源單元、3M時鐘單元、325射頻單元、33基站無線鏈路傳輸設備、4對講機、51控制接口、52 El鏈路接口、53測試接口、M人機接口、55 基站天饋，56時鐘系統天饋、57交流輸入接口、58直流輸入接口、59電源開關。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明如圖1所示，本系統(無線同播網絡)由同播集中控制中心1、無線轉播塔2、同播站 3和對講機4組成。同播集中控制中心1由公用交換電話網(PSTN) 11、電腦12、同播集中控制設備13 和中心無線鏈路傳輸設備14組成。同播站3由基站無線轉播塔31、同播設備32和基站無線鏈路傳輸設備33組成。如圖2所示，本系統(有線同播網絡)由同播集中控制中心1、無線轉播塔2、同播站 3和對講機4組成。同播集中控制中心1由公用交換電話網(PSTN) 11、電腦12和同播集中控制設備 13組成。同播站3由基站無線轉播塔31和同播設備32組成。[0039]如圖3所示，本系統(有線、無線同播網絡)由同播集中控制中心1、無線轉播塔2、 同播站3和對講機4組成。同播集中控制中心1由公用交換電話網(PSTN) 11、電腦12、同播集中控制設備13 和中心無線鏈路傳輸設備14組成。同播站3由基站無線轉播塔31和同播設備32組成；以及由基站無線轉播塔31、 同播設備32和基站無線鏈路傳輸設備33組成。如圖4所示，同播設備32由同播站控制單元321、告警控制單元322、電源單元 323、時鐘單元324、射頻單元325、控制接口 51、E1鏈路接口 52、測試接口 53、人機接口 54、 基站天饋55，時鐘系統天饋56、交流輸入接口 57、直流輸入接口 58、電源開關59組成。功能基本上以380MHz集群通信系統為主。但是，無線通信系統存在許多不確定因素， 隨時會因為各種問題引起故障，日常工作事務將因此而受到影響，無線通信一旦中斷，指揮調度得不到有效保障，必將造成嚴重後果。同播網是既相對獨立又能與集群系統聯網的應急通信系統，作為現有集群系統的備份和補充，以進一步提高通信的可靠性、靈活性、保密性。有效地解決大範圍無縫覆蓋的通信問題，同時引入了常規終端的信令，實現了對移動終端的管理以及所有通話的數字錄音和查詢。具有調度指揮靈活機動又具有保密性的需要；系統支持有線鏈路、無線鏈路、有/無線混合鏈路方式進行組網；數字同播系統包括數字同播設備、無線鏈路傳輸設備，同播集中控制設備等。同播站鏈路天線採用增益為12dB的定向天線，用戶天線採用增益為SdB的全向天線。系統最大聯網基站數目大於12個；需具備與集群系統和有線電話互聯的接口，實現集群終端和常規終端的互聯互通；遙控同播信道轉換功能；遙控關閉/開啟系統設備，遙控基站聯網/本地狀態轉換。可遙測系統各種設備的工作參數，如電流、電壓、溫度、鎖頻狀態、GPS狀態等。系統應具備基站分群管理功能，可以設置任意一個基站為獨立工作的模式，餘下的基站仍可組成一個同播系統；具有移動用戶通訊過程資料管理和查詢統計。系統應具備強大的故障弱化能力；系統應具有移動臺身份識別功能，兼容多種信令格式。可以接收和顯示設備報警信號及內容。支持緊急呼叫報警；無聲檢測即在不驚動數字移動用戶的情況下，檢測移動用戶是否處於通信網絡中；對遺失或被盜數字移動用戶機進行探測和關閉；支持軟加密。控制中心具有話音質量判選功能，保證最佳通話質量。工作原理採用星型聯網方式對全網實施集中控制，系統由同播站，控制中心和常規對講機構成，各同播站與同播集中控制中心通過有線鏈路或者無線專用鏈路連接，受同播集中控制中心的統一控制與管理，並從該處接入有線網絡。同播網的主要設備是同播收發信設備， 當與同播集中控制中心的傳輸鏈路採用無線鏈路時，同播站和同播集中控制中心均需要增加無線鏈路傳輸設備。本方案規劃，由12個同播站，1個同播集中控制中心組成的同播網。它們之間的傳輸鏈路可以全由無線鏈路建立，如圖1所示，也可全由有線鏈路實現(如圖2所示)，或者二者共存(如圖3所示)。同播站與終端之間及同播站與同播控制中心之間分別設置兩組鏈路設置。前者用其中的一個信道做為主用信道，另一信道做備用信道，也可做另一個同播組的同播信道或緊急情況下的報警呼叫信道。本系統的設備構成如圖4所示。無線鏈路的設備構成如圖5所示。本系統採用如下方法解決數字同播網中存在的問題，利用GPS同步技術同步各基站發射機的載波信號頻率來解決重疊覆蓋區接收機接收到的多基站載波同頻問題；利用數位訊號處理技術調整數位訊號的相位延遲來解決重疊覆蓋區接收機接收解調的多基站調製信號的相位同步問題；運用精確的工程調試保證數位訊號等幅解決對來自重疊區接收解調的多基站調製信號的幅度等幅問題；運用精確的動態場強檢測技術保證判選的可靠性。由於受空中傳輸速率的影響，當無線鏈路數較多時，中心站判選時間將明顯延遲， 導致系統響應時間過長，終端難以忍受。為了加快系統響應時間，本方案採用了數字時分復用技術。系統在輪詢過程中每次獲取一個復幀，在一個復幀中包含了 12個鏈路幀及其它系統數據幀，其中每個鏈路幀均包含二個時隙，一個時隙承載話音質量數據和終端場強數據，另一個時隙承載數字信令(如終端ID等)。系統為每條無線鏈路分配一個時隙，在某一時隙主動獲取相對應鏈路所傳來的數據。此時鏈路上下行傳輸消耗時間最多不超過200毫秒，控制中心判選過程最多不超過300 毫秒。最快時，某一鏈路上傳數據剛好被中心捕獲，則此時的系統響應時間即為200毫秒； 最慢時，當中心查詢某一時隙時，該鏈路的時隙並無數據，而當中心開始查詢下一鏈路時隙數據時，前一鏈路數據到達，此時其對應時隙的數據只有等下一個輪訓周期由中心來讀取了。這種情形下的系統響應時間為200毫秒+ 300毫秒=500毫秒。通常情況下系統響應時間在350毫秒左右。同播系統的同播站同播設備、同播站無線鏈路設備、同播集中控制中心的無線鏈路傳輸設備以及同播集中控制設備均配有豐富的El接口。因此，當鏈路是無線鏈路時，同播站一端的同播設備以El與同播站無線鏈路設備相連，中心站無線鏈路設備以El與同播集中控制設備相連；當鏈路為有線鏈路時，同播站一端的同播設備通過El直接與中心同播集中控制設備相連接。圖2所示為各同播站與控制中心間的有線鏈路均以標準El進行傳輸；而在圖3中，控制中心的同播集中控制設備則通過El接口同時支持有線鏈路和無線鏈路的連接。全有線鏈路的系統響應時間< 150毫秒。本系統有下列功能支持數字話音；遙控同播信道轉換功能；控制中心接收和顯示工作過程中的同播基站ID碼；控制中心接收和顯示系統設備報警信號及內容；遙控關閉/開啟系統設備，遙控基站聯網/本地狀態轉換；遙測系統各種設備的工作參數，包括電流、電壓、溫度、鎖頻狀態、GPS狀態等；數字移動用戶通訊過程資料管理、查詢統計；顯示通話過程中數字移動用戶的ID碼及相關身份資料，並記錄入檔。報警；無聲檢測在不驚動數字移動用戶情況下，檢測移動用戶是否處於通訊網中；無線遙斃對遺失或被盜數字移動用戶機進行探測和關閉。支持軟加密。[0066]同播系統有下列關鍵技術1. GPS鎖頻與時延控制技術由於優選後的話音要由中心站統一轉發下去，因此要求各同播站通過不同的延時同時發送話音，以保證不同同播站的話音到達移動終端(移動終端解調後)的音頻相位的
一致性。在同播系統中，一個服務區內具有多個基站，且為同頻發射，於是就存在某些區域，可以同時接收到兩個或兩個以上基站發射出的信號。由於控制中心到各個基站的傳輸時間差異而造成各發射機發射時間之差即為時延誤差，另一方面各發射機發射頻率的微小差異造成在某些相位差處產生的信號衰減即為差拍幹擾。時延誤差與差拍幹擾帶來接收誤碼，導致語音失真、嘯叫。利用GPS技術提供的高精度時間信息為發射機實現同播建立高精度時鐘系統，並建立鏈路傳輸和同播控制系統，實現時延均衡消除時延誤差。如圖1所示，在交疊區D機同時收到2、3號同播站的載波信號，接收機產生誤碼。 產生誤碼的主要原因是差拍幹擾和時延誤差。2.鑑權與信號判選技術出於安全保密考慮，系統將在各同播設備對每個終端ID進行鑑權。對於無ID或是非法ID的網外終端系統將不予響應。在同播中心和各同播基站使用場強判選技術。話音質量與同播基站接收到移動終端發出場強信號的強度成正比。同播基站將接收到的信號場強強度檢測出來並發到中心站，中心站進行比較，從而選擇一個最佳的場強信號。由於交疊區的存在，終端發起呼叫，多個同播站接收的信號(如圖1交迭區中A機發起呼叫後，1、2號同播站同時收到A機的載頻信號)，信號的強弱不一致，需要篩選強信號進行差轉同播。另外，由於本系統採用數字話音，所以系統將以鏈路上傳的信號場強和數字話音的質量(如誤碼情況)同時作為信號判選的判據。3.數字語音信號同步技術模擬同播系統，語音到載頻發射採用一次調製，通過時延控制與GPS鎖頻可以做到交疊區的載頻信號同步，達到消除時延與差拍幹擾目的。數字同播系統中除了載波頻率同步技術外，數位訊號本身相位同步要求嚴格，時延誤差不能超過1/4碼元速率，由於器件、傳播路徑的差異，交疊區的數位訊號相位差大，需要採用專門相位可控的GMSK調製技術實現。擬採用軟體GMSK調製技術，在FPGA上實現。4.同播信令技術要實現同播的控制、鑑權、有線呼叫，同播中心與同播站、管理中心之間存在數據交換，需要設計一套專用隨路同播控制數字信令。同播基站的設備構成及性能指標5.無線抗幹擾技術。由於同播網多個站使用相同的頻點，不同的設站地點，電磁環境不盡相同，這大大增加了系統受幹擾的機率，這就需要通過相關技術的研究提高系統的抗幹擾能力。 6.系統中的同播基站和鏈路基站已經配置遠程遙控模塊，通過監控調度臺，可以對系統設備進行遠程遙控，包括對設備工作狀態的檢測或對相關設備進行操控，特別是對於大面積分布的同播系統，對系統的維護將帶來極大的幫助。另外通過遙控操作，可對整個系統設備進行管理和控制，從而達到靈活有效的調度目的。附圖解釋
權利要求1.一種數字同頻同播網系統，其特徵是包括同播站、同播集中控制中心和常規對講機， 其中各同播站通過有線鏈路或者無線專用鏈路與同播集中控制中心連接，同播集中控制中心統一控制與管理各同播站，該同播集中控制中心接入有線網絡。
2.如權利要求1所述的數字同頻同播網系統，其特徵是所述同播集中控制中心包括公用交換電話網PSTN、電腦、同播集中控制設備、中心無線鏈路傳輸設備；所述同播站包括基站無線鏈路傳輸設備、同播設備；其中公用交換電話網PSTN和電腦分別經同播集中控制設備、El或者IP鏈路、中心無線鏈路傳輸設備、無線轉播塔、基站無線鏈路傳輸設備、El或者 IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機。
3.如權利要求1所述的數字同頻同播網系統，其特徵是所述同播集中控制中心包括公用交換電話網PSTN、電腦、同播集中控制設備；所述同播站包括同播設備；其中公用交換電話網PSTN和電腦分別經同播集中控制設備、El或者IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機。
4.如權利要求1所述的數字同頻同播網系統，其特徵是所述同播集中控制中心包括公用交換電話網PSTN、電腦、同播集中控制設備、中心無線鏈路傳輸設備；所述同播站包括基站無線鏈路傳輸設備、同播設備；其中公用交換電話網PSTN和電腦分別經同播集中控制設備、El或者IP鏈路、中心無線鏈路傳輸設備、無線轉播塔、基站無線鏈路傳輸設備、El或者 IP鏈路、同播設備、基站無線轉播塔連接對講機，同播集中控制設備還經El或者IP鏈路、基站無線鏈路傳輸設備、基站無線轉播塔連接對講機。
5.如權利要求2或3或4所述的數字同頻同播網系統，其特徵是所述同播設備包括同播站控制單元、射頻單元、告警控制單元、時鐘單元、電源單元，其中電源單元分別經時鐘單元和告警控制單元連接射頻單元和同播站控制單元，同播站控制單元還經同播站信道接口單元與射頻單元連接；所述射頻單元包括雙工器、低噪放大器及分路器、功放模塊、合路器、 接收模塊、激勵模塊，其中雙工器分別經低噪放大器與接收模塊連接，經功放模塊、合路器、 接收模塊與激勵模塊連接，其中低噪放大器及分路器、接收模塊、激勵模塊分別經信道機控制板與同播站信道接口單元連接。
6.如權利要求5所述的數字同頻同播網系統，其特徵是所述同播設備還包括控制接口、El或者IP鏈路接口、測試接口、人機接口、時鐘系統天饋、基站天饋，其中控制接口、El 或者IP鏈路接口、測試接口分別連接同播站控制單元，人機接口接告警控制單元，時鐘系統天饋接時鐘單元，基站天饋接雙工器。
專利摘要一種數字同頻同播網系統，包括同播站、同播集中控制中心和常規對講機，其中同播集中控制中心包括由公用交換電話網(PSTN)、電腦、同播集中控制設備和中心無線鏈路傳輸設備；同播站包括基站無線轉播塔、同播設備和基站無線鏈路傳輸設備。各同播站通過有線鏈路或者無線專用鏈路與同播集中控制中心連接，同播集中控制中心統一控制與管理各同播站，該同播集中控制中心接入有線網絡。
文檔編號H04Q5/24GK202218404SQ20112025204
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者張延濤, 王浙安 申請人:北京市信息技術應用研究所, 協同智迅通信技術(深圳)有限公司, 廣東省信息技術應用研究所, 廣州社情研究室