公安集群移動(dòng)通信技術(shù)介紹

1、公安集群移動(dòng)通信技術(shù)介紹（六）作者：季亞屏 日期：2005-02-21第四章 公安集群通信工程一、公安集群通信工程設(shè)計(jì)的基本原則公安集群通信工程是專為公安部門建設(shè)的通信工程，要求通信快捷、安全、保密、可靠； 要求全方位、全時(shí)段連續(xù)通信。為了滿足這些需要，必須保證公安集群通信工程設(shè)計(jì)的高質(zhì)量、高 可靠；必須精心設(shè)計(jì)、精良施工、精誠(chéng)服務(wù)；同時(shí)必須遵循以下基本原則：1. 遵守國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)，符合有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)信息通信關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全等問(wèn)題，為此，國(guó)家建立了有關(guān)法律法規(guī)，在公安集群通信工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須遵守這些法律法規(guī)，例如，中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l例。同時(shí)，在公安集群通信工程的設(shè)計(jì)中，還

2、須符合有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如，GE/T1 5 5 3 9 - 1 9 9 5集群移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)體制；GE/T1 5 8 7 4 - 1 9 9 5集群移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)備通用規(guī)范；GA 1 7 6 - 1 9 9 8公安移動(dòng)通信網(wǎng)警用自動(dòng)級(jí)規(guī)范；GA/T3 3 1 2 0 0 1公安移動(dòng)通信網(wǎng)警用自動(dòng)級(jí)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范；GA/T 2 6 6 - 2 0 0 0公安移動(dòng)通信網(wǎng)警用自動(dòng)級(jí)通信系統(tǒng)工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范；SJ/T1 1 2 2 8 - 2 0 0 0數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體制等。這些法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以保證工程設(shè)計(jì)的合法性、科學(xué)性、規(guī)范性，可以保證工程的質(zhì)量。2. 工程設(shè)計(jì)方案要求先進(jìn)

3、、實(shí)用、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)對(duì)于公安集群通信工程設(shè)計(jì)方案首先要考慮其技術(shù)先進(jìn)性。因?yàn)閷Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)的建設(shè)，要求使用壽命長(zhǎng)，不能因技術(shù)原因而過(guò)早地淘汰，這不但影響工作，而且造成直接經(jīng)濟(jì)損失；設(shè)計(jì)方案 第二要考慮實(shí)用，要能滿足公安通信業(yè)務(wù)工作的功能要求。公安通信業(yè)務(wù)中最重要的是指揮調(diào)度， 特別是在緊急狀態(tài)下，要把上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的指令迅速傳達(dá)到一線民警，同時(shí)，一線的現(xiàn)場(chǎng)信息又能及時(shí) 反饋給指揮部，以作出正確的決策。切忌那些無(wú)用的花架子，只有實(shí)用的功能，才是最有效的；公 安集群設(shè)計(jì)方案第三點(diǎn)要考慮的是安全和保密。這里最重要的是信息的安全和保密，因?yàn)楣残畔?的安全關(guān)系到能否偵破案件，能否抓住犯罪分子，能否保護(hù)人民生

4、命財(cái)產(chǎn)安全，能否維護(hù)社會(huì)安定 的大問(wèn)題。設(shè)計(jì)中同時(shí)要考慮設(shè)備的安全和操作人員人身的安全；第四點(diǎn)，設(shè)計(jì)公安集群方案時(shí)還需要考慮經(jīng)濟(jì)性。要多作方案比較，取性能價(jià)格比較高的方案。3. 以電設(shè)計(jì)為主，土木設(shè)計(jì)為輔在公安集群通信工程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重考慮電性能的設(shè)計(jì)，從保證通信容量，通信距離，通信質(zhì)量，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)備選型，供電，避雷，接地，應(yīng)一一認(rèn)真考慮；而土木工程設(shè)計(jì)一般利 用現(xiàn)有條件，稍加改造或裝修。當(dāng)然，如果具備條件，土木工程設(shè)計(jì)也是應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待的。二、公安集群通信工程的設(shè)計(jì)要求公安集群通信系統(tǒng)是為公安各業(yè)務(wù)部門提供通信服務(wù)的，應(yīng)充分考慮各業(yè)務(wù)部門的要求。1. 一般要求(1) 公安集群通信工程的體

5、制應(yīng)符合GA176-1998公安移動(dòng)通信網(wǎng)警用自動(dòng)級(jí)規(guī) 范。(2) 公安集群通信系統(tǒng)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)無(wú)線調(diào)度電話為主，有線電話為輔，也可利用無(wú)線電路 傳輸數(shù)據(jù)、傳真等非話業(yè)務(wù)。(3) 公安集群通信系統(tǒng)采用大區(qū)制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大城市或郊區(qū)可設(shè)分基站、 延伸站、直放站,解決覆蓋問(wèn)題。(4) 無(wú)線工作方式采用基站雙工、移動(dòng)臺(tái)異頻單工為主的工作方式，有線調(diào)度臺(tái)和少量授權(quán) 的移動(dòng)臺(tái)可采用全雙工工作方式。(5) 時(shí)限要求。為保證信道有效利用，要求說(shuō)話盡量簡(jiǎn)短，無(wú)線通話時(shí)間應(yīng)限制在1分鐘之 內(nèi)，進(jìn)入市話網(wǎng)的通話時(shí)間應(yīng)限在3分鐘之內(nèi)。2. 覆蓋范圍要求(1) 覆蓋區(qū)邊緣通信概率要求50%70%。覆蓋區(qū)邊緣通信概率是

6、指移動(dòng)臺(tái)在覆蓋區(qū)的邊緣進(jìn)行通信時(shí)，滿足一定話音質(zhì)量要求成功通信的概率。它是隨位置和時(shí)間的變化而變化的。50%的通信概率，意味著5 0%的位置概率和50%的時(shí)間概率。此時(shí)，接收功率等于接收機(jī)最低 保護(hù)功率。(2) 單機(jī)站系統(tǒng)典型覆蓋半徑要求2 0 - 3 0公里。(3) 覆蓋區(qū)域要求進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)，上下行應(yīng)盡量對(duì)稱，首先滿足手臺(tái)通信，兼顧車臺(tái)通信。(4) 若采用多基站或延伸站、直放站，要求重疊覆蓋區(qū)半徑不得大于實(shí)際覆蓋區(qū)半徑的2 0%。3. 服務(wù)質(zhì)量要求(1) 無(wú)線網(wǎng)內(nèi)通話，要求三級(jí)話音質(zhì)量，相當(dāng)于2 0dB信噪比。(2) 進(jìn)入市話網(wǎng)通話，要求四級(jí)話音質(zhì)量，相當(dāng)于2 9dB信噪比。(3) 系統(tǒng)呼叫

7、服務(wù)質(zhì)量要求(按待接制計(jì)算)：平均等待時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)平均服務(wù)時(shí)間；等待時(shí)長(zhǎng)超過(guò)平均服務(wù)時(shí)間的概率P(>tm)<10%o4. 系統(tǒng)容量要求系統(tǒng)容量是系統(tǒng)所能容納的最大用戶數(shù)。在考慮系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：(1) 基站容量計(jì)算可采用愛(ài)爾蘭C公式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，對(duì)無(wú)線網(wǎng)用戶，每用戶每小時(shí)的平均話務(wù)量可取0. 0 0 6 0.0 0 8愛(ài)爾蘭(消息集群方式)；對(duì)進(jìn)入有線網(wǎng)的用戶，每用戶每小時(shí)的平均話務(wù)量取0.010.03愛(ài)爾蘭。(2) 基站配置的信道數(shù)應(yīng)根據(jù)話務(wù)量的大小來(lái)確定。每個(gè)信道容納的移動(dòng)臺(tái)數(shù)不應(yīng)低于70個(gè)。(3) 系統(tǒng)容量的最終確定應(yīng)留有余地，可按實(shí)際用戶數(shù)的1.2倍來(lái)設(shè)計(jì)。5

8、. 基本功能要求(1) 系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)的基本功能可分為系統(tǒng)的呼叫功能，系統(tǒng)的調(diào)度控制功能和系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能。(a) 系統(tǒng)的呼叫功能：個(gè)呼、組呼、全呼、緊急呼叫、優(yōu)先呼叫、轉(zhuǎn)移呼叫、包容呼叫、短 數(shù)據(jù)呼叫、有/無(wú)線互聯(lián)呼叫等。(b) 系統(tǒng)調(diào)度控制功能：調(diào)度區(qū)域選擇、通話限時(shí)功能、動(dòng)態(tài)重組、自動(dòng)重發(fā)、遲后進(jìn)入、 遙斃/復(fù)活、對(duì)在忙用戶呼叫的完成、對(duì)無(wú)應(yīng)答呼叫的完成、呼叫能力限制、繁忙排隊(duì)、自動(dòng)回叫、 監(jiān)聽(tīng)、強(qiáng)拆、強(qiáng)插等。(c) 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能：系統(tǒng)內(nèi)多基站聯(lián)網(wǎng)，并能完成跨基站組呼功能、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后能實(shí)現(xiàn)跨基 站/跨網(wǎng)漫游、系統(tǒng)應(yīng)允許設(shè)立虛擬網(wǎng)和設(shè)置各自的調(diào)度臺(tái)、系統(tǒng)應(yīng)有擴(kuò)展能力及兼容性。(2) 系統(tǒng)

9、的管理功能(a) 系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)修改(b) 優(yōu)先級(jí)別設(shè)定(c) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示與監(jiān)控(d) 話務(wù)量統(tǒng)計(jì)與計(jì)費(fèi)(e) 系統(tǒng)自我診斷(f) 故障弱化(3) 系統(tǒng)的用戶終端功能(a) 基本呼叫功能：個(gè)呼、組呼、隊(duì)內(nèi)全呼、系統(tǒng)全呼、呼叫調(diào)度臺(tái)、緊急呼叫、轉(zhuǎn)移呼叫、 短數(shù)據(jù)呼叫等。(b) 有/無(wú)線互連功能(c) 當(dāng)前組可保持和切換；參與組、動(dòng)態(tài)組號(hào)設(shè)置。(d) 入網(wǎng)功能：自動(dòng)登記漫游入網(wǎng)、人工選擇基站入網(wǎng)、人工和指令脫網(wǎng)。(e) 顯示功能：顯示主叫號(hào)/被叫號(hào)、組呼號(hào)、信號(hào)強(qiáng)度、超岀服務(wù)區(qū)指示等(f) 告警(g) 其它：受令排隊(duì)、縮位編號(hào)、數(shù)據(jù)接口等6. 安全性能要求安全性能包含以下要求：(1) 信息的

10、安全與保密。實(shí)際使用時(shí)，可設(shè)置不同的安全與保密級(jí)別。(2) 通信設(shè)備本身的安全可靠。如防雷擊、防電網(wǎng)沖擊等。(3) 操作人員人身安全。三、公安集群通信工程方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容公安集群通信工程的方案設(shè)計(jì)是在充分了解用戶需求并簽定合同的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。其目的 是采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶的需求。一般要進(jìn)行下列計(jì)算和設(shè)計(jì)：1. 話務(wù)量計(jì)算，確定信道數(shù)。話務(wù)量是指一組線路或中繼線上電話呼叫的總和，它是電話負(fù)荷大小的一種度量。它的單 負(fù)荷。計(jì)算話務(wù)量是為了根據(jù)所需用戶數(shù)量和每個(gè)用戶的使用時(shí)間長(zhǎng)短、次數(shù)來(lái)確定系統(tǒng)容量和需要的信道數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，某用戶要求建一個(gè)能容納5 0 0個(gè)手臺(tái)、50個(gè)車臺(tái)的集群通信系統(tǒng)，

11、需要多少個(gè)信道呢？首先計(jì)算一下它的話務(wù)量。假設(shè)手臺(tái)和車臺(tái)平均通話時(shí)間、次數(shù)是相同的，那末，總的用戶數(shù)就是5 5 0。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，消息集群方式的集群通信系統(tǒng)，在無(wú)線網(wǎng)內(nèi)，每用戶的平均話務(wù)量為0. 0 0 6 0.0 0 8愛(ài)爾蘭，取0. 0 0 7愛(ài)爾蘭。進(jìn)入有線電話網(wǎng)，每用戶的平均話務(wù)量為0.01 0.03愛(ài)爾蘭，取0 .02愛(ài)爾蘭。若一個(gè)用戶使用無(wú)線與有線通信之比爾蘭。5 5 0個(gè)用戶總的話務(wù)量為5.28愛(ài)爾蘭。若留20%的冗余，則總的話務(wù)量為6.3愛(ài)容納的平均用戶數(shù)為69個(gè)。2. 無(wú)線覆蓋區(qū)設(shè)計(jì)無(wú)線覆蓋區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循幾個(gè)原則：必須滿足用戶服務(wù)區(qū)的使用要求；必須滿足話音質(zhì)量指標(biāo)和覆蓋區(qū)邊緣

12、通信概率要求；采用大區(qū)制的覆蓋方式，不干擾鄰區(qū)通信；有利于頻率復(fù)用，提高頻率利用率；組網(wǎng)投資合理。實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋的途徑：(1) 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)決定了通信的容量，信道的數(shù)量，通話的質(zhì)量，通信覆蓋區(qū)的大小、形狀、重疊區(qū)域的范圍等。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)就是要用較少的信道，滿足用戶盡可能多的通信容量，避免和克服相互干擾，在用戶希望的覆蓋范圍內(nèi)，提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。優(yōu)化的內(nèi)容包括：(a) 基站站址的選擇?；菊局芬话銘?yīng)選在覆蓋區(qū)的中心地帶，天線高度滿足覆蓋要求，天線周圍應(yīng)無(wú)金屬阻擋物，如廣告牌、金屬水箱等，天線應(yīng)有防雷設(shè)施，站址附近電磁干擾要小，特 別在工作頻點(diǎn)上不能有干擾存在。(b) 頻率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。要選擇

13、無(wú)干擾的頻點(diǎn)，信道數(shù)量要合理設(shè)置，盡量采用無(wú)互調(diào)的頻率組合，還要注意與其它外界頻率的互調(diào)干擾。(c) 功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。發(fā)射功率的大小，既要滿足自身覆蓋的需要，又要避免干擾別人，還要注意與相鄰區(qū)域的重疊系數(shù)，一般不要超過(guò)2 0%。(d) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)覆蓋區(qū)的形狀要求，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用環(huán)形結(jié)構(gòu)、鏈狀(線狀) 結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)。以滿足通信服務(wù)區(qū)通信質(zhì)量好、投資合理為準(zhǔn)。(2) 建立分基站。當(dāng)一個(gè)基站不能全部覆蓋的時(shí)候，可以采用建立分基站的辦法解決覆蓋問(wèn)題。分基站既可用受控于基站控制器的方式(遙控站)，亦可用相對(duì)獨(dú)立的方式。用是把主基站的信息轉(zhuǎn)發(fā)一次，延伸到需要覆蓋的區(qū)域。在常規(guī)系統(tǒng)

14、中就是轉(zhuǎn)信臺(tái)；在集群系統(tǒng)中， 因?yàn)橛行帕罴翱刂茊?wèn)題，所以不是簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)話音，而需把主基站來(lái)的所有信息轉(zhuǎn)發(fā)一次，稍為復(fù)雜 一些，一般稱其為延伸站。實(shí)際上，延伸站包含了無(wú)線鏈路收發(fā)信機(jī)、延伸控制器和延伸基地臺(tái)等 部分。(4) 配置直放站。直放站可以用來(lái)解決盲區(qū)和陰影區(qū)的通信，如地下室、隧道、山丘或建筑 物阻擋形成的陰影區(qū)。也可作為特定的小區(qū)域通信延伸覆蓋。例如，在某城市集群組網(wǎng)中，由于山 丘阻擋，使得山后的一片區(qū)域無(wú)法通信，在采用了直放站以后，就解決了陰影區(qū)問(wèn)題。又如，某機(jī) 場(chǎng)由于離主機(jī)站較遠(yuǎn)，機(jī)場(chǎng)大廳通信不暢，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在廳外增設(shè)一直放站，使通信覆蓋 整個(gè)機(jī)場(chǎng)內(nèi)外，解決了整個(gè)機(jī)場(chǎng)地區(qū)的覆蓋

15、問(wèn)題。(5) 增加有效發(fā)射功率。通信距離，與發(fā)射功率的大小有關(guān)， 發(fā)射功率愈大，通信距離愈遠(yuǎn), 但并不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。一般的通信網(wǎng)絡(luò)中，基地臺(tái)的發(fā)射功率大，移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率小，因而網(wǎng)絡(luò)是不對(duì)稱的。要實(shí)現(xiàn)雙向通信，其通信距離取決于移動(dòng)臺(tái)的功率大小。根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)基本即通信距離與移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率之間是一個(gè)反對(duì)數(shù)關(guān)系?？梢?jiàn)，發(fā)射功率增加1倍，通信距離僅增加為1.19倍，若發(fā)射功率增加為4倍，則通信距 離增加為1.41倍。(6) 改善接收靈敏度。勿庸置疑，接收機(jī)靈敏度越高，通信距離越遠(yuǎn)。當(dāng)然這是在滿足環(huán)境 噪聲和干擾水平的條件下，但接收靈敏度與通信距離之間的關(guān)系也不是成正比關(guān)系，而且，由于網(wǎng) 絡(luò)的不

16、對(duì)稱性，這時(shí)候雙向通信的距離主要取決于基地臺(tái)的接收靈敏度。根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本 公式，同樣可以推得接收靈敏度(最小可用信號(hào)功率)與通信距離之間的關(guān)系為：舉例來(lái)說(shuō),響為:1.12(7) 采用塔頂天線放大器。為了彌補(bǔ)天線饋線的損耗，可以在塔頂加裝天線放大器，這種天 線前置放大器必須采用低噪聲選頻放大器。否則，非但不能彌補(bǔ)饋線損耗引起的接收機(jī)靈敏度降低， 反而會(huì)降低信噪比，影響接收靈敏度。對(duì)饋線較長(zhǎng)(如大于10 0米)，損耗較大的饋線，天線放 大器可抵消損耗對(duì)靈敏度的影響，一般可改善靈敏度3dB左右。但使用天線放大器還要注意環(huán)境的效果。(8) 提高天線高度，采用高增益天線或方向性天線。眾所周知，在

17、視距范圍內(nèi)，天線高度越 高，通信距離越遠(yuǎn)。天線高度，既指基地天線的高度，又包括移動(dòng)臺(tái)天線的高度。通信距離與基地 臺(tái)天線高度ht及移動(dòng)臺(tái)天線高度hr的關(guān)系是：通常，移動(dòng)臺(tái)天線不可能提高，所以我們假設(shè)其為一常數(shù)，那么，基站天線架設(shè)高度對(duì)通信距 離有多大影響呢？設(shè)天線高度升高一倍，則有Log dmilLogLog dmi2*Log可得，dmi2/dmi1 = 1.41所以，基地臺(tái)天線提高一倍，通信距離增加為1.4 1倍。同理，基地臺(tái)天線提高0.5倍， 通信距離增加為1 .22倍。與天線有關(guān)的另一個(gè)因素是天線增益。發(fā)射功率要靠天線輻射岀去，天線增益的大小決定了有效輻射功率的大小。為了增加覆蓋范圍，就需

18、要選擇增益高的天線，或采用方向性天線增強(qiáng)對(duì)某一 方向的輻射。通信距離與天線增益之間的關(guān)系是：其中Gt為基站天線增益，Gr為移動(dòng)臺(tái)天線增益。由上式可以算岀，若天線增益提高2dB(9) 減少饋線損耗。天線饋線損耗可降低有效發(fā)射功率，因此，減少饋線損耗，選擇損耗小 的饋線，實(shí)際上就能增加有效發(fā)射功率。通信距離與饋線損耗的關(guān)系是：At為饋線損耗。由上式可以看岀，饋線損耗減小2dB，通信距離增加為1 .12倍；饋線 損耗減小3dB，通信距離增加為1 .19倍。(10) 采用分集接收技術(shù)。如前所述，通信距離的限制，主要是因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)發(fā)射功率小，天 線高度低引起的。除了上述增加有效覆蓋的途徑外，還可采用分集接收技術(shù)。分集接收可分為空間 分集、時(shí)間分集和頻率分集等。例如可建立分集接收站，各分集接收站將接收到的信號(hào)通過(guò)鏈路傳 送到主基站，經(jīng)判選后，主基站將選擇信號(hào)最好的分集接收站與其進(jìn)行通信。也可采用分集天線技 術(shù)，用接收到的最好信號(hào)的天線與其進(jìn)行通信。3. 信道配置公安集群通信系統(tǒng)工作在3 5 0 MHz頻段，信道配置必須遵循GA1 7 6 1 9 9 8公安移動(dòng)通信網(wǎng)警用自動(dòng)級(jí)規(guī)范。信道配置的要點(diǎn)是：(1) 在3 5 0 MHz專用頻段內(nèi)配置。 國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)分配給公安部門的專用頻率有：雙頻 上行 351.025356.000MHz下行 361.025366.000MHz單頻 358