1、公安集群移动通信技术介绍（六） 作者：季亚屏 日期：2005-02-21 第四章 公安集群通信工程一、 公安集群通信工程设计的基本原则公安集群通信工程是专为公安部门建设的通信工程，要求通信快捷、安全、保密、可靠；要求全方位、全时段连续通信。为了满足这些需要，必须保证公安集群通信工程设计的高质量、高可靠；必须精心设计、精良施工、精诚服务；同时必须遵循以下基本原则： 遵守国家有关法律法规，符合有关技术标准信息通信关系到国民经济和国家安全等问题，为此，国家建立了有关法律法规，在公安集群通信工程设计过程中，必须遵守这些法律法规，例如，中华人民共和国无线电管理条例。同时，在公安集群通信工程的设计中，还须
2、符合有关的技术标准，例如， 集群移动通信系统技术体制； 集群移动通信系统设备通用规范； 公安移动通信网警用自动级规范； 公安移动通信网警用自动级通信系统工程设计技术规范； 公安移动通信网警用自动级通信系统工程验收技术规范； 数字集群移动通信系统体制等。这些法律法规和技术标准可以保证工程设计的合法性、科学性、规范性，可以保证工程的质量。 工程设计方案要求先进、实用、安全、可靠、经济对于公安集群通信工程设计方案首先要考虑其技术先进性。因为专用通信网的建设，要求使用寿命长，不能因技术原因而过早地淘汰，这不但影响工作，而且造成直接经济损失；设计方案第二要考虑实用，要能满足公安通信业务工作的功能要求。公
3、安通信业务中最重要的是指挥调度，特别是在紧急状态下，要把上级领导的指令迅速传达到一线民警，同时，一线的现场信息又能及时反馈给指挥部，以作出正确的决策。切忌那些无用的花架子，只有实用的功能，才是最有效的；公安集群设计方案第三点要考虑的是安全和保密。这里最重要的是信息的安全和保密，因为公安信息的安全关系到能否侦破案件，能否抓住犯罪分子，能否保护人民生命财产安全，能否维护社会安定的大问题。设计中同时要考虑设备的安全和操作人员人身的安全；第四点，设计公安集群方案时还需要考虑经济性。要多作方案比较，取性能价格比较高的方案。 以电设计为主，土木设计为辅在公安集群通信工程的设计中，应着重考虑电性能的设计，从
4、保证通信容量，通信距离，通信质量，到网络结构，设备选型，供电，避雷，接地，应一一认真考虑；而土木工程设计一般利用现有条件，稍加改造或装修。当然，如果具备条件，土木工程设计也是应该认真对待的。二、 公安集群通信工程的设计要求公安集群通信系统是为公安各业务部门提供通信服务的，应充分考虑各业务部门的要求。 一般要求（）公安集群通信工程的体制应符合公安移动通信网警用自动级规范。（）公安集群通信系统应以实现网内无线调度电话为主，有线电话为辅，也可利用无线电路传输数据、传真等非话业务。（）公安集群通信系统采用大区制的网络结构，大城市或郊区可设分基站、延伸站、直放站，解决覆盖问题。（）无线工作方式采用基站双
5、工、移动台异频单工为主的工作方式，有线调度台和少量授权的移动台可采用全双工工作方式。（）时限要求。为保证信道有效利用，要求说话尽量简短，无线通话时间应限制在分钟之内，进入市话网的通话时间应限在分钟之内。 覆盖范围要求（）覆盖区边缘通信概率要求。覆盖区边缘通信概率是指移动台在覆盖区的边缘进行通信时，满足一定话音质量要求成功通信的概率。它是随位置和时间的变化而变化的。的通信概率，意味着的位置概率和的时间概率。此时，接收功率等于接收机最低保护功率。（）单机站系统典型覆盖半径要求公里。（）覆盖区域要求进行平衡设计，上下行应尽量对称，首先满足手台通信，兼顾车台通信。（）若采用多基站或延伸站、直放站，要求
6、重叠覆盖区半径不得大于实际覆盖区半径的。 服务质量要求（）无线网内通话，要求三级话音质量，相当于信噪比。（）进入市话网通话，要求四级话音质量，相当于信噪比。（）系统呼叫服务质量要求（按待接制计算）：延迟概率（）平均等待时长不超过平均服务时间；等待时长超过平均服务时间的概率（）。 系统容量要求系统容量是系统所能容纳的最大用户数。在考虑系统容量设计时，需注意以下几点：（）基站容量计算可采用爱尔兰公式。根据经验统计，对无线网用户，每用户每小时的平均话务量可取爱尔兰（消息集群方式）；对进入有线网的用户，每用户每小时的平均话务量取爱尔兰。（）基站配置的信道数应根据话务量的大小来确定。每个信道容纳的移动台
7、数不应低于个。（）系统容量的最终确定应留有余地，可按实际用户数的倍来设计。 基本功能要求（）系统的基本功能系统的基本功能可分为系统的呼叫功能，系统的调度控制功能和系统的联网功能。（）系统的呼叫功能：个呼、组呼、全呼、紧急呼叫、优先呼叫、转移呼叫、包容呼叫、短数据呼叫、有无线互联呼叫等。（）系统调度控制功能：调度区域选择、通话限时功能、动态重组、自动重发、迟后进入、遥毙复活、对在忙用户呼叫的完成、对无应答呼叫的完成、呼叫能力限制、繁忙排队、自动回叫、监听、强拆、强插等。（）系统联网功能：系统内多基站联网，并能完成跨基站组呼功能、系统联网后能实现跨基站跨网漫游、系统应允许设立虚拟网和设置各自的调度
8、台、系统应有扩展能力及兼容性。（）系统的管理功能（）系统参数的实时修改（）优先级别设定（）系统实时状态显示与监控（）话务量统计与计费（）系统自我诊断（）故障弱化（）系统的用户终端功能（）基本呼叫功能：个呼、组呼、队内全呼、系统全呼、呼叫调度台、紧急呼叫、转移呼叫、短数据呼叫等。（）有无线互连功能（）当前组可保持和切换；参与组、动态组号设置。（）入网功能：自动登记漫游入网、人工选择基站入网、人工和指令脱网。（）显示功能：显示主叫号被叫号、组呼号、信号强度、超出服务区指示等（）告警（）其它：受令排队、缩位编号、数据接口等 安全性能要求安全性能包含以下要求：（）信息的安全与保密。实际使用时，可设置不
9、同的安全与保密级别。（）通信设备本身的安全可靠。如防雷击、防电网冲击等。（）操作人员人身安全。三、 公安集群通信工程方案设计的主要内容公安集群通信工程的方案设计是在充分了解用户需求并签定合同的基础上进行的。其目的是采用先进技术和设备，实现用户的需求。一般要进行下列计算和设计： 话务量计算，确定信道数。话务量是指一组线路或中继线上电话呼叫的总和，它是电话负荷大小的一种度量。它的单位是爱尔兰（） 一个爱尔兰是指一条通话电路被百分之百的连续占用小时的话务负荷。计算话务量是为了根据所需用户数量和每个用户的使用时间长短、次数来确定系统容量和需要的信道数。举例来说，某用户要求建一个能容纳个手台、个车台的集
10、群通信系统，需要多少个信道呢？首先计算一下它的话务量。假设手台和车台平均通话时间、次数是相同的，那末，总的用户数就是。根据经验统计，消息集群方式的集群通信系统，在无线网内，每用户的平均话务量为爱尔兰，取爱尔兰。进入有线电话网，每用户的平均话务量为爱尔兰，取爱尔兰。若一个用户使用无线与有线通信之比为比，则实际上他的平均话务量为 爱尔兰。个用户总的话务量为爱尔兰。若留的冗余，则总的话务量为爱尔兰。按照服务质量要求（） 查爱尔兰表，需要信道数为。这时候，每信道可容纳的平均用户数为个。 无线覆盖区设计无线覆盖区的设计应遵循几个原则：必须满足用户服务区的使用要求；必须满足话音质量指标和覆盖区边缘通信概率
11、要求；采用大区制的覆盖方式，不干扰邻区通信；有利于频率复用，提高频率利用率；组网投资合理。实现无线覆盖的途径：（）优化网络设计。网络设计决定了通信的容量，信道的数量，通话的质量，通信覆盖区的大小、形状、重叠区域的范围等。优化网络设计就是要用较少的信道，满足用户尽可能多的通信容量，避免和克服相互干扰，在用户希望的覆盖范围内，提供优质的服务。优化的内容包括：（）基站站址的选择。基站站址一般应选在覆盖区的中心地带，天线高度满足覆盖要求，天线周围应无金属阻挡物，如广告牌、金属水箱等，天线应有防雷设施，站址附近电磁干扰要小，特别在工作频点上不能有干扰存在。（）频率的优化设计。要选择无干扰的频点，信道数量
12、要合理设置，尽量采用无互调的频率组合，还要注意与其它外界频率的互调干扰。（）功率的优化设计。发射功率的大小，既要满足自身覆盖的需要，又要避免干扰别人，还要注意与相邻区域的重叠系数，一般不要超过。（）网络结构的优化设计。根据覆盖区的形状要求，网络结构可采用环形结构、链状（线状）结构、星形结构或混合结构。以满足通信服务区通信质量好、投资合理为准。（）建立分基站。当一个基站不能全部覆盖的时候，可以采用建立分基站的办法解决覆盖问题。分基站既可用受控于基站控制器的方式（遥控站），亦可用相对独立的方式。（）增设延伸站。为了满足覆盖要求，除了建立分基站以外 还可增设延伸站。延伸站的作用是把主基站的信息转发一
13、次，延伸到需要覆盖的区域。在常规系统中就是转信台；在集群系统中，因为有信令及控制问题，所以不是简单转发话音，而需把主基站来的所有信息转发一次，稍为复杂一些，一般称其为延伸站。实际上，延伸站包含了无线链路收发信机、延伸控制器和延伸基地台等部分。（）配置直放站。直放站可以用来解决盲区和阴影区的通信，如地下室、隧道、山丘或建筑物阻挡形成的阴影区。也可作为特定的小区域通信延伸覆盖。例如，在某城市集群组网中，由于山丘阻挡，使得山后的一片区域无法通信，在采用了直放站以后，就解决了阴影区问题。又如，某机场由于离主机站较远，机场大厅通信不畅，为了解决这个问题，在厅外增设一直放站，使通信覆盖整个机场内外，解决了
14、整个机场地区的覆盖问题。（）增加有效发射功率。通信距离，与发射功率的大小有关，发射功率愈大，通信距离愈远，但并不是简单的正比关系。一般的通信网络中，基地台的发射功率大，移动台的发射功率小，因而网络是不对称的。要实现双向通信，其通信距离取决于移动台的功率大小。根据移动通信系统基本公式，可推得移动台发射功率 对通信距离的影响，有如下关系： 即通信距离与移动台发射功率之间是一个反对数关系。举例来说，设移动台发射功率为 若将其发射功率增加 为 则 可见，发射功率增加倍，通信距离仅增加为倍，若发射功率增加为倍，则通信距离增加为倍。（）改善接收灵敏度。勿庸置疑，接收机灵敏度越高，通信距离越远。当然这是在满
15、足环境噪声和干扰水平的条件下，但接收灵敏度与通信距离之间的关系也不是成正比关系，而且，由于网络的不对称性，这时候双向通信的距离主要取决于基地台的接收灵敏度。根据移动通信系统的基本公式，同样可以推得接收灵敏度（最小可用信号功率）与通信距离之间的关系为： 举例来说，基地台的接收灵敏度为 若将其提高 则对通信距离的影响为： 可见，接收灵敏度提高 则通信距离增加为倍。同理，若接收灵敏度提高 则通信距离增加为倍。（）采用塔顶天线放大器。为了弥补天线馈线的损耗，可以在塔顶加装天线放大器，这种天线前置放大器必须采用低噪声选频放大器。否则，非但不能弥补馈线损耗引起的接收机灵敏度降低，反而会降低信噪比，影响接收
16、灵敏度。对馈线较长（如大于米），损耗较大的馈线，天线放大器可抵消损耗对灵敏度的影响，一般可改善灵敏度左右。但使用天线放大器还要注意环境噪声的影响。如频段，城市环境噪音高达 使用天线放大器的效果就不太明显；对频段，一般环境噪音为 所以其效果也不一定明显；而对于频段，环境噪音为 此频段采用天线放大器，就会产生比较明显的效果。（）提高天线高度，采用高增益天线或方向性天线。众所周知，在视距范围内，天线高度越高，通信距离越远。天线高度，既指基地天线的高度，又包括移动台天线的高度。通信距离与基地台天线高度及移动台天线高度的关系是： 通常，移动台天线不可能提高，所以我们假设其为一常数，那么，基站天线架设高度
17、对通信距离有多大影响呢？设天线高度升高一倍，则有 可得，所以，基地台天线提高一倍，通信距离增加为倍。同理，基地台天线提高倍，通信距离增加为倍。与天线有关的另一个因素是天线增益。发射功率要靠天线辐射出去，天线增益的大小决定了有效辐射功率的大小。为了增加覆盖范围，就需要选择增益高的天线，或采用方向性天线增强对某一方向的辐射。通信距离与天线增益之间的关系是： 其中为基站天线增益，为移动台天线增益。由上式可以算出，若天线增益提高则距离增加为倍。若天线增益提高，则通信距离增加为倍。（）减少馈线损耗。天线馈线损耗可降低有效发射功率，因此，减少馈线损耗，选择损耗小的馈线，实际上就能增加有效发射功率。通信距离
18、与馈线损耗的关系是： 为馈线损耗。由上式可以看出，馈线损耗减小，通信距离增加为倍；馈线损耗减小，通信距离增加为倍。（）采用分集接收技术。如前所述，通信距离的限制，主要是因为移动台发射功率小，天线高度低引起的。除了上述增加有效覆盖的途径外，还可采用分集接收技术。分集接收可分为空间分集、时间分集和频率分集等。例如可建立分集接收站，各分集接收站将接收到的信号通过链路传送到主基站，经判选后，主基站将选择信号最好的分集接收站与其进行通信。也可采用分集天线技术，用接收到的最好信号的天线与其进行通信。 信道配置公安集群通信系统工作在频段，信道配置必须遵循 公安移动通信网警用自动级规范。信道配置的要点是：（）在专用频段内配置。国家无线电管理委员会分配给公安部门的专用频率有：双频 上行 下行 单频 其中，公安集群通信系统可使用的频率为： 共对频点，其余频率分配给各业务部门使用。（）信道编号。信道编号从开始，每一个，由于规定使用信道间隔，所以按偶数顺序编号。信道编号 频率（） （）信道分配办法。集群通信系统是一个多信道共用系统，为了解决多信道共用天线问题，信道分配采用等间隔方式，将对双频信道按等距分成个大组，每组对双频点，频率间隔。例如，第一大组频率为：信道编号 频率（） 系统配置控制信道时，应按标准优先选用每个大组的第、频点。（待续）
