数字同频同播系统方案研究.

北京赛普乐科技有限责任公司 胡皓 史秋月 

前言󰀃

根据工信部无[2009]666号文件精神，为促进数字对讲机的发展，顺利完成模拟到数字的过度，规范了无线对讲使用的U段频率为403M‐423.5M，V段频率为137M‐167M，带宽从25K调整到12.5K，并且自2011年1月1日起，已停止了对所有模拟对讲机的型号核准和延期，规划至2015年12月31日，完成模拟到数字的过渡。、及其他重要部门也频繁发布了模拟转数字的重要指导文件，在各级、和迅速贯彻实施。  

数字标准代替模拟标准是全球范围的趋势。对讲机的数字化不仅能够提供更高的频率利用率、更清晰的通话质量，更能提供非常丰富的业务功能，为用户的使用带来质的飞跃，直接提高用户的工作效率、创新用户的工作方法。这些业务包括收发短信息、收发分组数据（视频或监测信息）、呼叫号码显示、GPS人员和车辆定位及显示、多优先级呼叫（强插强拆）、多通话组动态组合、按事件和呼叫人录音及回放等。  

在全球范围内，存在多种数字对讲标准，其中，ETSI制定的DMR标准因为起步早、开放性好、支持厂家众多，因而占据了大部分的市场，得到了各类用户的肯定。DMR标准除了具备以上数字标准的共性优点外，还拥有很好的模拟向数字的过渡性能（信道间隔同为12.5KHz）、终端和系统具备数字和模拟双模工作能力、支持数模互通、强大的数据功能（短信、IP分组）和丰富的调度业务，因而非常适合各类用户使用。  

DMR系统根据覆盖区域不同，可分为单站和多站两类，单站系统的覆盖范围较小，在实际应用中，主要以多站系统更为广泛。多站DMR系统根据使用频率的不同，又可以分为异频系统和同频系统。  

DMR多站异频系统存在一些先天的局限，包括：  不支持信道机分集接收，通信覆盖范围小。 

 不支持故障弱化。系统不支持备份主站设计，当主站故障或其链路中断时，整个网络瘫

痪，无法建立互联呼叫。  不支持信道备份。每个基站只有1个信道机，不支持信道机备份设计，当信道机故障时，

整个本地区域无法呼叫。  不支持大规模联网（标称最大具备30个基站的联网能力，实际不能超过16个基站互联）。  不支持无缝漫游和切换，通话不稳定。终端持续扫描多频点造成间歇性无法入网和通话

过程被中断。 

 接驳外线电话功能较差，不能直接接驳SIP IP电话、4线调度音频、2线外部电话和录

音设备等。 

 不支持UHF移动式基站互联，只能使用固定IP链路，不方便作为应急通信灵活部署。  

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数字同频同播系统的出现，成功解决了上述DMR系统存在的问题，在基本不增加成本的前提下，带来了性的技术改变，非常适合各类用户在模转数的过程中采用。 

网络结构󰀃

F1对讲机1F1IPF1对讲机2 

同频同播系统中的全部基站（包括主站、备份主站和子基站）都使用相同的频率，组建了一个巨大的同频“转信台站”，可以支持多达1000个以上的基站互联，覆盖非常广阔的区域。  

可以采用层叠网络的方式组成多层级系统，不仅容易组建区域级、地市级的网络，更可组建省级、国家级的大型网络，这些基站之间仅需要IP链路或UHF链路即可互联。在实际工程案例中，通过层叠方式，一个超过100个基站的客户同频同播网络已经在顺利、高效地运行。  

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技术优势󰀃

全网无缝漫游和切换，不掉话，不脱网，通信质量好󰀃

该系统采用了同频同播技术体系，无论用户采用模拟对讲机还是数字对讲机进行呼叫，都实现了在全网范围内采用同一对频点进行双向通信的同播网络。  

在传统的异频多站DMR网络中，终端为了实现切换（基站覆盖区域的转换）和漫游（寻找呼叫组中的全部用户）功能，需要在各基站不同频点之间不停地扫描，寻找最好“使用”的基站。但这个扫描工作并不是不间断地实时运行的，这就带来了一个问题：终端会因为在切换时的扫描和验证，导致在相当的一段时间段内被系统“丢失”了，从而造成了呼叫中断、无法入网等故障，这个现象在城区等频繁切换的区域内会经常出现，且无法避免。  

而该系统采用了同播技术体系，终端在任何时候任何地点都采用同一个频率通信，因而总能够持续顺利地发送和接收，不脱网、不掉话，在全网范围内都能够无缝漫游和切换，保证良好的通信质量。  

并且，该同播系统借助于软件无线电技术和先进的DSP算法、高精度的多种同步体系，终端接收强度采取矢量加强，从而能够提供真正无缝的全网漫游和切换，始终保证高质量通信。 

全IP互联，链路成本低，维护简单，扩展容易󰀃

全网采用IP互联技术构成，结构简单，使用客户既有的IP网络即可构建数字同频同播系统。每个基站可采用IP链路互联，大大节省了链路成本，同时基站也支持微波、UHF、同轴和E1等传统链路。当需要扩展网络时，只需将基站信道机直接接入同播网的IP网络内，立即就能完成部署。  

各基站接入的方式遵循标准的IP联网方式，这意味着各种网络结构，包括树形、环形、星形和混合型IP网络都适用于该数字同频同播系统，IP网络提供的多重路由功能也大大增加了网络的可靠性。并且，基站所需要的IP带宽很低，每个基站的收发仅需100kbps（模拟对讲模式）/50kbps（数字对讲模式），为客户节约大量链路租用成本。 

分集接收，通信距离扩大󰀃

每个基站都可以采用2分集接收方式，配合先进的“软件无线电”和“软件分集接收”技术，提高了3db的接收灵敏度，并且有效地消除了多径干扰，大大增加了基站的有效通信距离和覆盖面积。相比其他无分集接收功能的DMR信道机，在实地测试条件相同的情况下，分集所增加的3db接收灵敏度，可以同比提高每个基站约50%的实际有效覆盖面积。  

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如上图的“分集接收效果叠加图”所示，当采用单一接收系统时，容易造成在某些时刻接收强度过低（比如快衰落），通信因此而中断；当改成采用分集接收系统后，该隐患出现的概率大大降低，直接提高了通信质量和可靠度。 

主控制基站有备份，全网通信更可靠󰀃

对于重要部门通信系统而言，可靠性是最关键的指标，无线指挥调度网络必须支持故障弱化功能。  

多站互联的数字对讲机网络通常都需要设定主基站，其他子基站受其控制和协调。传统的异频多站数字对讲机网络系统只能够设置1个主基站，一旦该主基站故障或其链路中断，将直接影响到整个网络的通信，全网的互联互通将立刻中断。  

该数字同频同播系统支持备份主基站，在广泛的网络区域内，建立真正的异地容灾备份体系。通常在系统中设定1个主基站，用于控制其他子基站，并且在同级网络内，设定另外1个子基站为备份主基站（见下图）。当主站正常工作时，备份站只是一个普通的子基站；当主站故障或其链路损坏时，备份主基站将自动完全接管该系统的全部功能并成为新的主基站，网络各功能和性能都不会受到任何的影响，继续为客户提供相同的服务。 

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如上图所示，当主基站故障时，备份主基站将自动全部接管，蓝色和粉色的实线控制链路将自动切换到绿色的虚线控制链路。 

重点基站有备份，保障重点区域通信󰀃

对于某些重点覆盖区域，基站往往需要增加冗余备份。传统的异频多站数字对讲机网络系统，每个基站只允许架设1台信道机，不支持冗余，这给重点区域的通信保障带来了隐患，一旦该信道机发生了故障，整个区域将无法呼叫。  

该同频同播数字对讲系统支持基站信道机的冗余备份，即基站可以架设2套信道机（1主+1备模式），并且可以设置在日常工作时采用倒换模式，确保在一台出现故障时，另一台总是处于可用的状态下。 

提供丰富的外线接口，支持专用坐席调度、电话互联、录音系统󰀃

该数字同频同播系统支持丰富的外部音频和数据接口。  

通过音频接口服务器，对讲机用户可以和以下设备互联互通： 

 PABX/PSTN外线电话。用户可以直接使用对讲机打电话，外线电话也可以直接呼叫对讲

机，建立了最简单的、最灵活的指挥调度通道。 

 4线+E&M。专业调度台坐席使用4线+E&M接口，操作简单的坐席台即可完成调度。  VOIP调度员坐席。使用PC机搭建最专业的调度坐席，完成丰富的话音和数据调度业务。  录音。外接IP录音服务器，可对全网实现7*24小时不间断录音和回放。  

通过车载台或手持台可以搭建专业的移动式指挥调度室，进行话音和数据业务调度。  

除此以外，该系统还提供如下数据接口，为用户创造合适的应用平台：  数据传输  个呼/选呼  GPS定位 

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F1 短信 

 VOIP数字电话（SIP）和交换指令 

通过这些接口，用户可以创建包括话音监听和记录、发送接收短消息、GIS/GPS定位、呼叫记录、电邮、选呼、呼叫转移、SCADA遥感遥测等丰富的调度业务。  

支持UHF链路，网络部署更容易，非常适合应急通信󰀃

该数字同频同播系统中，基站之间的链路不仅可以使用TCP/IP链路，并且任意一级主站和其子站之间还可以使用UHF链路，这为基站的互联带来了以下好处：  与微波等传统链路连接相比，基站互联的距离可以极大提高，而且不受视距传输的，

互联距离可达100公里。 

 基站的布置地点可以比较随意，非常适合应急通信和移动指挥车辆的安装。  

该系统支持各种有线传输网络（包括IP、E1、微波链路、光纤、4线同轴）和UHF链路，这些链路可以混合使用，形成灵活的组网方式。 

设备指标󰀃

主要指标󰀃

技术要求  

指标  

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信道间隔  12.5KHz  

工作模式  双模，支持模拟和数字  

工作模式选择  全自动  

频率稳定度  +/‐ 0.5 ppm  

输入输出接口  4个输出（2告警+2通用）；4个输入（2数字+2模拟）  

数字语音/数据接口 10/100兆以太网或光纤  

模拟语音接口  2线/4线+E&M （BCA‐C/U可选）  

基带带宽  音频300‐3400Hz ±1dB 调制0‐5KHz  

校准及自测  启动时自动校准和检测，同时支持远程控制启动  

远程控制方式   

以太网/RS232/GPRS（GSM）  

工作环境指标󰀃

技术要求  指标  

工作温度  ‐25/+55℃  

存储温度  ‐40/+70℃   

供电功耗󰀃

技术要求  

指标 

指标 

指标  

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标称电压  13.8Vcc  24Vcc  48Vcc  

最小电压  11V  19V  38V  

最大电压  15.5V  29V  58V  

波纹系数  30 mVpp  30 mVpp  30 mVpp  

高电压保护  30V  30V  60V  

低电压保护  10.8V  19V  38V  

防止极性逆转 ‐48V  

防止短路保护  带自动修复和双极输入保险的电子保护 

发射机供电功率  <75W（发射机使用25瓦功率时）  

接收机供电功率  <8W  

待机功率  <50mW  

机械指标󰀃

技术要求  

指标  

机柜安装尺寸  128 x 426 x 280 mm 

机柜安装尺寸（音频接口服务器） 19” x 84 TE x 280 mm 

单信道机  ½ 19”标准  

重量（含双工器）   

6Kg  

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发射机指标󰀃

技术要求  

指标  

供电电压  +6.5V和+13V直流  

发射机耗电  4.5 A （发射机使用25瓦功率时）  

待机时耗电  80 mA @6.5V / 15mA @13V  

关机时耗电  < 10 mA  

信道机类型  C类  

射频功率步进 1/5/10/15/20/25 瓦 @50 Ohm  

频率稳定度  +/‐ 0.5 ppm  

热保护门限  85°C +/‐ 5°C （自动步进式功率和恢复系统） 

调制方式  FM, PM, GFSK, 4FSK  

调制带宽  0‐5KHz（音频300‐3400Hz）  

可提供频段  145‐174 MHz；350‐370 MHz；407‐470 MHz  

步进  6.25 KHz  

工作周期  100%全时  

临道功率  ‐77 dBc @25KHz；‐70 dBc @12.5KHz  

互调  ‐70 dBc  

杂散发射  <‐36 dBm  

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调频失真  <1.5%  

信噪比   

53 dBp @25KHz；47 dBp @12.5KHz  

接收机指标󰀃

技术要求  

指标  

供电电压  +6.5V和+13V直流  

接收机耗电  150 mA （每路接收机）  

关机时耗电  < 10 mA  

接收机模式  I Q 向量  

接收机类型 超外差  

接收机配置  空间分集接收（无分集或2分集）  

输入阻抗  50欧姆  

灵敏度（模拟）  ‐113 dBm @20 dBp SINAD；‐120 dBm @12 dBp SINAD  

灵敏度（数字） 5% BER: 0.3uV 

最大工作输入电平 0 dBm  

最大额定输入电平 +20 dBm  

频率稳定度  +/‐ 0.5ppm  

调制带宽 0‐5KHz（音频300‐3400Hz）  

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解调模式  FM, PM, GMSK,4FSK, AM, USB, LSB  

步进  6.25 KHz  

共信道抑制  8 dB @25 KHz；12 dB @12.5KHz  

临道选择性  73 dB @25 KHz；62 dB @12.5 KHz  

寄生响应  80 dB  

互调干扰  75 dB  

静噪（模拟）  20 dBp SINAD（可编程）  

寄生发射  ‐70 dBm  

调相失真  <3%  

单边带失真  <3%  

信噪比   

53 dBp @25 KHz；47 dBp @12.5 KHz  

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