2020-05-28 09:10:12
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一、引言
公安PDT數字集群系統大多采用大、中區制覆蓋方式，在城市里因為高樓、立交、高架橋等的遮擋，一些區域無(wú)線(xiàn)信號覆蓋不夠理想。為了擴大信號覆蓋范圍或者針對盲點(diǎn)補盲，通常的手段是增加基站。但通過(guò)新建基站補點(diǎn)存在三方面問(wèn)題：一是頻率資源相對緊張，頻率復用困難;二是信號重疊覆蓋區增多，在樓宇密集區極易形成大站套小站的情況，增加終端電臺切換基站的難度;三是每次新增基站，終端電臺都需要增加控制信道，即使支持空口寫(xiě)頻，也有一定的難度和工作量。采取同頻同播技術(shù)組建群組基站，能使用現有頻率新增基站、擴大信號覆蓋范圍，并解決多基站重疊覆蓋區可能產(chǎn)生的問(wèn)題。
二、采用同頻同播技術(shù)構建群組基站系統
如果在PDT集群系統網(wǎng)絡(luò )中，對需要補點(diǎn)的區域增加若干新基站，這些新基站的配置和網(wǎng)內某個(gè)集群基站完全一樣，如載波數量、載波頻率、基站位置識別碼LAI、控制信道等，并且這些新基站也能像標準基站一樣接入當前數字集群系統網(wǎng)絡(luò )中一起工作。這些新建的特殊基站就類(lèi)似于多個(gè)基站的組合，對于整個(gè)PDT集群系統相當于一個(gè)基站，我們將這些配置相同的基站稱(chēng)為一個(gè)群組基站。而對于電臺終端來(lái)說(shuō)，一個(gè)群組基站亦相當于一個(gè)基站，電臺終端在群組基站中工作實(shí)現的功能與在標準基站中相同。
1. 集群系統架構不變，新增同頻區群組基站控制器以及群組基站;
2. 從整體上看,群組基站控制器+群組基站相當于集群MSO內的一個(gè)集群基站，每增加一個(gè)同頻區需要增加一個(gè)群組基站控制器;
3. 基于有中心架構實(shí)現，群組基站控制器作為同頻區群組基站的交換控制中心;
4. 引入虛擬子網(wǎng)(VSN)概念(簡(jiǎn)稱(chēng)子網(wǎng))，將同頻區群組基站下的CHU劃分為多個(gè)VSN，VSN使用同一對頻點(diǎn)資源;
5. 新增VCHU網(wǎng)元(virtual CHU，虛擬信道機)，每個(gè)VCHU控制一個(gè)VSN，VSN實(shí)現同頻同播功能，對于TSC來(lái)說(shuō)VCHU+VSN等同于原集群基站CHU。
三、適用場(chǎng)景
(一)擴大基站信號覆蓋范圍
在一個(gè)城市的PDT網(wǎng)絡(luò )建設完成后，仍然會(huì )存在信號覆蓋盲區，如樓群密集區域、體育場(chǎng)館、重點(diǎn)會(huì )館和重點(diǎn)賓館等，這些區域只是需要解決信號增強問(wèn)題，對通話(huà)的話(huà)務(wù)量不高，不需要增加額外的信道數。因此，可以把這些區域中的基站新建擴展成多個(gè)基站，并通過(guò)將這些多基站組成一個(gè)群組基站的方式，來(lái)增強該區域內的信號覆蓋，卻不需要增加額外的頻點(diǎn)。采用群組基站能減少建站頻率需求、增強這些區域信號覆蓋、降低電臺終端通話(huà)越區概率。
(二)重要基站熱備份
PDT數字集群網(wǎng)絡(luò )的一大優(yōu)勢就是在PDT集群系統組網(wǎng)方案中設計了多級故障弱化技術(shù)，從交換中心、鏈路設備以及基站上的關(guān)鍵設備都有對應的故障弱化能力，如交換控制中心的本地備份和異地備份、鏈路熱備、基站控制器熱備、控制信道熱備、基站電源熱備等。而基站除了內部關(guān)鍵部件的熱備份能力外，基站整體也有對應的弱化能力，如單基站集群。
但是，如果基站長(cháng)時(shí)間停電、鏈路中斷或者遇到不可抗拒因素等情況，這個(gè)基站的信號就會(huì )消失。一個(gè)城市PDT網(wǎng)中一些重要區域的基站，要能不間斷無(wú)故障工作，就是基站信號覆蓋也需要熱備份。
用群組基站組網(wǎng)方式實(shí)現基站覆蓋的熱備份，在原有重要基站附近再建設一個(gè)參數相同的基站，兩個(gè)基站組成群組基站而同時(shí)工作。因為使用相同頻率工作，不互相干擾。任何一個(gè)基站故障，由于兩基站覆蓋范圍大致相同，在覆蓋區內電臺終端仍能接受信號，正常通話(huà)，不受影響。這樣能最大程度增強系統的可靠性。
(三)系統中擴展應急子網(wǎng)
一些城市公安部門(mén)經(jīng)常有重要的警保任務(wù)，警衛部門(mén)需要一個(gè)相對獨立的子網(wǎng)，滿(mǎn)足通信區域信號良好覆蓋和通話(huà)信道保障需求。在處置突發(fā)事件時(shí)，指揮層面也需要一個(gè)相對獨立的通信子網(wǎng)，滿(mǎn)足指揮層面人員的通話(huà)保障需求。同理，消防部門(mén)的一級通信網(wǎng)也有類(lèi)似需求。
另外，相對獨立的子網(wǎng)可以解決集群網(wǎng)中大范圍組呼呼叫時(shí)的漏呼問(wèn)題(由于基站信道配置數量不均衡或基站通話(huà)數量不同，某些參與基站可能沒(méi)有空閑話(huà)務(wù)信道)。
我們可以在已建設系統的基站中增加2載頻基站(共址建設2套基站，天饋設備共用)，再輔助增加一些擴展覆蓋的基站共同組成應急通信子網(wǎng)的群組基站。需要使用該應急通信子網(wǎng)的成員，將電臺選擇該子網(wǎng)允許的通話(huà)組，電臺自動(dòng)鎖定在子網(wǎng)中(對應電臺終端的組登記功能)。在應急通信子網(wǎng)中的成員仍然可以通過(guò)選組，與大網(wǎng)中任意其他的通話(huà)組進(jìn)行通話(huà)。
采用群組基站擴展應急通信子網(wǎng)與常規同頻同播網(wǎng)的區別主要有：
1. 群組基站子網(wǎng)中的電臺終端仍工作在集群模式，具備所有集群系統多級別調度通話(huà)、短信、定位、狀態(tài)信息等功能，同時(shí)與集群網(wǎng)中的其他用戶(hù)可任意互通;常規同頻同播網(wǎng)是一套獨立的子網(wǎng)，只具備網(wǎng)內單獨的、基本的語(yǔ)音通話(huà)功能。
2. 擴展的應急通信子網(wǎng)具備獨立工作的能力，即使MSO出現故障，應急通信子網(wǎng)仍可提供全覆蓋區域的集群通信服務(wù)。
(四)構建地上地下一張網(wǎng)
地鐵在大城市中正在加快建設步伐，覆蓋地鐵車(chē)站和隧道區間公安PDT系統已是地鐵建設的標準配置。地鐵PDT 網(wǎng)絡(luò )日常為地鐵公安警員提供通信服務(wù)，應急時(shí)刻還要為地面警員進(jìn)入地下處置突發(fā)事件提供應急通信服務(wù)。因此，一個(gè)城市理想的公安PDT無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)應把地上和地下進(jìn)行通盤(pán)考慮。
采用群組基站建設地鐵公安PDT網(wǎng)是一個(gè)較好的選擇方案，其優(yōu)勢主要在于：
1. 地鐵公安用戶(hù)少，話(huà)務(wù)量小;
2. 地鐵內使用的頻率不與地面頻率規劃沖突;
3. 群組基站信道是同頻設置，電臺終端通話(huà)不存在越區切換問(wèn)題，通話(huà)效果最佳;
4. 每條線(xiàn)路配置成一個(gè)群組基站區域，每增加一條地鐵線(xiàn)路，地面系統相當于增加一個(gè)基站;
5. 將所有地鐵線(xiàn)路的群組基站納入地面集群網(wǎng)中統一管理，不需要為地鐵PDT網(wǎng)分配新的系統區號(PDT標準中每個(gè)城市一個(gè))，從而形成全市統一的一張網(wǎng)絡(luò );
6. 即使地面交換中心出現故障，每條線(xiàn)路仍可獨立工作，提供完備的集群服務(wù)。
(五)增強縣級基站聯(lián)網(wǎng)的可靠性
按照PDT標準技術(shù)規范要求，每個(gè)地市在市局建設一套交換控制中心，縣級基站直接接入市局交換控制中心。如果市局交換控制中心故障或者市局到縣局的鏈路故障，則縣局的基站將失去聯(lián)網(wǎng)功能，各個(gè)基站僅能獨立工作。
可以應用群組基站組網(wǎng)的方式增強縣級城區基站聯(lián)網(wǎng)的可靠性。一般情況下，縣一級公安機關(guān)城區的話(huà)務(wù)量不高，每個(gè)縣城城區配置2～3個(gè)基站(每個(gè)基站6～8載頻)組成一個(gè)群組基站即可滿(mǎn)足工作需要?？h城城區以外的基站仍按照傳統方案設計。此方案中，城區基站可以保持獨立聯(lián)網(wǎng)工作的能力。
(六)優(yōu)化隧道覆蓋問(wèn)題
目前，很多城市建設了過(guò)江、過(guò)湖和過(guò)山隧道，這些隧道成為城市的交通要道，隧道中遇突發(fā)事件時(shí)需快速處置，因此，隧道中無(wú)線(xiàn)信號覆蓋的需求十分明確。
傳統的隧道無(wú)線(xiàn)信號覆蓋采用直放站技術(shù)。但是，直放站要在信號完全隔離的環(huán)境中才能發(fā)揮作用。如果隧道引入附近基站的信號，在隧道入口，信號要中斷以避免直放站自激問(wèn)題發(fā)生;如果引入遠處基站的信號，遠處的基站通話(huà)信道全忙時(shí)，將造成越區失敗。另外，直放站的工作完全依賴(lài)于施主基站，一旦施主基站故障，直放站也無(wú)法工作。
采用群組基站方式實(shí)現隧道信號覆蓋，在隧道中增加一個(gè)與隧道附近基站相同參數的基站，這些基站組成一個(gè)群組，信號覆蓋隧道兩端及隧道內，可以完全交疊覆蓋。對講機在通過(guò)隧道的整個(gè)過(guò)程中，通話(huà)都不存在越區切換問(wèn)題。
四、關(guān)鍵性問(wèn)題探討
(一)與標準集群基站的區別
群組基站就是一些參數相同的標準基站組成一個(gè)基站群組，但是并不能完全用群組基站來(lái)代替標準集群基站。
PDT系統的建設除了要滿(mǎn)足信號覆蓋要求外，還要滿(mǎn)足話(huà)務(wù)量的要求，而話(huà)務(wù)量與使用的頻率數量相關(guān)。一個(gè)城市的PDT系統要滿(mǎn)足多警種(輔警也可能使用)共網(wǎng)的應用(語(yǔ)音、定位、短信、狀態(tài)信息、分組數據等)需求，建網(wǎng)時(shí)必須要先考慮建設一定數量的標準基站并配置一定規模數量的載頻。
群組基站是在解決了話(huà)務(wù)量的基礎上，擴展基站的覆蓋范圍和增強系統工作的穩定性。
全部采用群組基站建設PDT系統是不能滿(mǎn)足話(huà)務(wù)量要求的，一個(gè)群組中基站配置數量不易過(guò)多，以不與整網(wǎng)頻率規劃發(fā)生沖突為宜，地下(地鐵)群組基站可以按照車(chē)站數量配置(地鐵公安話(huà)務(wù)量需求較小并且不存在頻率規劃沖突問(wèn)題)。
(二)重疊覆蓋區的判選
重疊覆蓋區內終端講話(huà)，多個(gè)基站可以接收到信號，將面臨判選哪個(gè)基站作為信號源的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，選擇信號質(zhì)量最佳的基站作為信號源，保證高保真的語(yǔ)音與信令數據。當終端處于N個(gè)基站的重疊覆蓋區時(shí)，系統需要收集齊這N個(gè)基站的上行信號場(chǎng)判選條件的數值后，才能從中判斷出最佳信號通路，做出判選。假設N個(gè)鏈路之間最大時(shí)延差值為△T的話(huà)，那么系統必須要至少設置△T的接收信號緩沖區，這樣會(huì )增大系統的話(huà)音時(shí)延。
根據數字集群的特點(diǎn)，由于信道糾錯功能的存在，在一定覆蓋范圍內，基站接收到的信號強度與數據完整性無(wú)關(guān)，數字信號有一定的容錯能力，因此在做判選的時(shí)候，不一定每次都選擇信號質(zhì)量最好的基站，只要當前基站的信號質(zhì)量滿(mǎn)足通話(huà)要求就可以，所以可以設定一個(gè)門(mén)限值，只要上行信號滿(mǎn)足門(mén)限值的要求，系統就可以選中該路信號。如果不符合條件，則繼續等待來(lái)自另外基站的數據，直到滿(mǎn)足判選門(mén)限值，否則不允許建立業(yè)務(wù)(此種情況下說(shuō)明判選門(mén)限值不合理，需要進(jìn)行調整)。這樣即可以提高判選速度，減少系統時(shí)延，也可以防止頻繁的基站切換帶來(lái)的其他影響(比如說(shuō)由于各個(gè)基站到MSO IP鏈路之間延時(shí)的不一致性，在不同基站之間切換時(shí)容易導致語(yǔ)音包之間的延時(shí)抖動(dòng)加劇)。
(三)多基站下行同頻信號干擾
由于群組基站系統的特性，需要保證基站在下發(fā)數據時(shí)的同步發(fā)射，以保證同頻區群組基站下的同頻同相覆蓋。
對GPS鎖定要求更嚴格，基站需提供更為精確的守時(shí)功能。
同時(shí)，群組基站服務(wù)器通過(guò)向群組基站發(fā)送數據包，包含數據下發(fā)時(shí)間戳的方式，保證基站同步下發(fā)數據。時(shí)間戳的基準選擇方式應綜合考慮精度、系統時(shí)鐘同步難度等問(wèn)題。
(四)時(shí)延問(wèn)題
由于需要處理重疊覆蓋區問(wèn)題，系統側處理終端業(yè)務(wù)時(shí)延遲會(huì )比集群基站要大。并且存在多基站并行信號處理問(wèn)題，多設備間同步問(wèn)題，都會(huì )給系統帶來(lái)額外的時(shí)延。為了不影響用戶(hù)正常使用，群組基站這些問(wèn)題造成的時(shí)延應控制在120ms以?xún)取?/p>
(五)與集群基站互相切換
群組基站在硬件上與集群基站基本保持一致，公安用戶(hù)在后期使用過(guò)程中，因需要而產(chǎn)生對系統規劃的變化，能方便群組基站與集群基站進(jìn)行互相切換。
為了將切換給系統帶來(lái)的影響減至最低，做到迅速反應，應允許通過(guò)在中心側遠程實(shí)施完成所有切換動(dòng)作，且數據庫在切換后快速同步更新。
(六)建站建議
在PDT系統中，同頻數字信號相位誤差小于1/8碼元時(shí)間才可滿(mǎn)足正常通話(huà)要求。如：1碼元時(shí)間約為200μs，1/8碼元時(shí)間約為25 μs，即無(wú)線(xiàn)電波傳播7.5公里。建設群組基站時(shí)，應當注意在各個(gè)基站重疊覆蓋區內，尤其是在場(chǎng)強相當(場(chǎng)強差<10dB)的重疊覆蓋區域內的終端電臺到各個(gè)基站間的距離差最多不超過(guò)7.5公里，否則可能會(huì )因誤碼過(guò)大而造成通訊失敗。
五、結語(yǔ)
隨著(zhù)全國PDT系統規模的擴大，頻率資源緊張、大區制多基站重疊覆蓋、小區域補盲等是將來(lái)不得不面對的問(wèn)題。通過(guò)群組基站的構建，能較好解決頻率資源緊張、電臺漫游切換、靈活補盲等難題。并且，也帶來(lái)了基站備份、擴展應急網(wǎng)、地上地下聯(lián)網(wǎng)、增強縣區基站可靠性、優(yōu)化隧道覆蓋等新的應用前景。與此同時(shí)，將群組基站過(guò)渡到實(shí)際應用中，需要著(zhù)重考慮重疊覆蓋區判選、下行信號干擾、時(shí)延及與集群基站切換等問(wèn)題。(來(lái)源：《警察技術(shù)雜志》)