主頁（http://www.130131.com）：群組基站在公安PDT數字集群系統中的應用分析 摘要：討論在PDT集群架構下，通過部分群組基站的構建，解決警用專網普遍大區制覆蓋下存在的頻率資源緊張、多重疊覆蓋區、電臺漫游切換、小范圍補盲等難題。重點介紹該系統結構，分析了基站備份、擴展應急網、地上地下聯網、增強縣區基站可靠性、優化隧道覆蓋等應用前景。 關鍵詞：PDT集群系統 同頻同播 群組基站 時鐘同步 應急通信 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，一些區域無線信號覆蓋不夠理想。為了擴大信號覆蓋范圍或者針對盲點補盲，通常的手段是增加基站。但通過新建基站補點存在三方面問題：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，即使支持空口寫頻，也有一定的難度和工作量。采取同頻同播技術組建群組基站，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生的問題。 二、采用同頻同播技術構建群組基站系統 如果在PDT集群系統網絡中，對需要補點的區域增加若干新基站，這些新基站的配置和網內某個集群基站完全一樣，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絡中一起工作。這些新建的特殊基站就類似于多個基站的組合，對于整個PDT集群系統相當于一個基站，我們將這些配置相同的基站稱為一個群組基站。而對于電臺終端來說，一個群組基站亦相當于一個基站，電臺終端在群組基站中工作實現的功能與在標準基站中相同。 群組基站系統結構示意圖如圖1所示。 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內的一個集群基站，每增加一個同頻區需要增加一個群組基站控制器； 3. 基于有中心架構實現，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（VSN）概念（簡稱子網），將同頻區群組基站下的CHU劃分為多個VSN，VSN使用同一對頻點資源； 5. 新增VCHU網元（virtual CHU，虛擬信道機），每個VCHU控制一個VSN，VSN實現同頻同播功能，對于TSC來說VCHU+VSN等同于原集群基站CHU。 三、適用場景 （一）擴大基站信號覆蓋范圍 在一個城市的PDT網絡建設完成后，仍然會存在信號覆蓋盲區，如樓群密集區域、體育場館、重點會館和重點賓館等，這些區域只是需要解決信號增強問題，對通話的話務量不高，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基站，并通過將這些多基站組成一個群組基站的方式，來增強該區域內的信號覆蓋，卻不需要增加額外的頻點。 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、降低電臺終端通話越區概率。 增強基站信號覆蓋范圍組網示意圖如圖2所示。 （二）重要基站熱備份 PDT數字集群網絡的一大優勢就是在PDT集群系統組網方案中設計了多級故障弱化技術，從交換中心、鏈路設備以及基站上的關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，如果基站長時間停電、鏈路中斷或者遇到不可抗拒因素等情況，這個基站的信號就會消失。一個城市PDT網中一些重要區域的基站，要能不間斷無故障工作，就是基站信號覆蓋也需要熱備份。 用群組基站組網方式實現基站覆蓋的熱備份，在原有重要基站附近再建設一個參數相同的基站，兩個基站組成群組基站而同時工作。因為使用相同頻率工作，不互相干擾。任何一個基站故障，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，不受影響。這樣能最大程度增強系統的可靠性。 重要基站熱備份組網示意圖如圖3所示。 （三）系統中擴展應急子網 一些城市公安部門經常有重要的警保任務，警衛部門需要一個相對獨立的子網，滿足通信區域信號良好覆蓋和通話信道保障需求。在處置突發事件時，指揮層面也需要一個相對獨立的通信子網，滿足指揮層面人員的通話保障需求。同理，消防部門的一級通信網也有類似需求。 另外，相對獨立的子網可以解決集群網中大范圍組呼呼叫時的漏呼問題（由于基站信道配置數量不均衡或基站通話數量不同，某些參與基站可能沒有空閑話務信道）。 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的群組基站。需要使用該應急通信子網的成員，將電臺選擇該子網允許的通話組，電臺自動鎖定在子網中（對應電臺終端的組登記功能）。在應急通信子網中的成員仍然可以通過選組，與大網中任意其他的通話組進行通話。 在系統中擴展應急通信子網的組網示意圖如圖4所示。 采用群組基站擴展應急通信子網與常規同頻同播網的區別主要有： 1. 群組基站子網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、短信、定位、狀態信息等功能，同時與集群網中的其他用戶可任意互通；常規同頻同播網是一套獨立的子網，只具備網內單獨的、基本的語音通話功能。 2. 擴展的應急通信子網具備獨立工作的能力，即使MSO出現故障，應急通信子網仍可提供全覆蓋區域的集群通信服務。 （四）構建地上地下一張網 地鐵在大城市中正在加快建設步伐，覆蓋地鐵車站和隧道區間公安PDT系統已是地鐵建設的標準配置。地鐵PDT 網絡日常為地鐵公安警員提供通信服務，應急時刻還要為地面警員進入地下處置突發事件提供應急通信服務。因此，一個城市理想的公安PDT無線通信網應把地上和地下進行通盤考慮。 采用群組基站建設地鐵公安PDT網是一個較好的選擇方案，其優勢主要在于： 1. 地鐵公安用戶少，話務量小； 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，電臺終端通話不存在越區切換問題，通話效果最佳； 4. 每條線路配置成一個群組基站區域，每增加一條地鐵線路，地面系統相當于增加一個基站； 5. 將所有地鐵線路的群組基站納入地面集群網中統一管理，不需要為地鐵PDT網分配新的系統區號（PDT標準中每個城市一個），從而形成全市統一的一張網絡； 6. 即使地面交換中心出現故障，每條線路仍可獨立工作，提供完備的集群服務。 構建地上地下一張通信網組網示意圖如圖5所示。 （五）增強縣級基站聯網的可靠性 按照PDT標準技術規范要求，每個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網功能，各個基站僅能獨立工作。 可以應用群組基站組網的方式增強縣級城區基站聯網的可靠性。一般情況下，縣一級公安機關城區的話務量不高，每個縣城城區配置2～3個基站（每個基站6～8載頻）組成一個群組基站即可滿足工作需要�？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網工作的能力。 增強縣級城區基站聯網的可靠性組網示意圖如圖6所示。 （六）優化隧道覆蓋問題 目前，很多城市建設了過江、過湖和過山隧道，這些隧道成為城市的交通要道，隧道中遇突發事件時需快速處置，因此，隧道中無線信號覆蓋的需求十分明確。 傳統的隧道無線信號覆蓋采用直放站技術。但是，直放站要在信號完全隔離的環境中才能發揮作用。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題發生；如果引入遠處基站的信號，遠處的基站通話信道全忙時，將造成越區失敗。另外，直放站的工作完全依賴于施主基站，一旦施主基站故障，直放站也無法工作。 采用群組基站方式實現隧道信號覆蓋，在隧道中增加一個與隧道附近基站相同參數的基站，這些基站組成一個群組，信號覆蓋隧道兩端及隧道內，可以完全交疊覆蓋。對講機在通過隧道的整個過程中，通話都不存在越區切換問題。 解決隧道覆蓋問題組網示意圖如圖7 所示。 四、關鍵性問題探討 （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基站群組，但是并不能完全用群組基站來代替標準集群基站。 PDT系統的建設除了要滿足信號覆蓋要求外，還要滿足話務量的要求，而話務量與使用的頻率數量相關。一個城市的PDT系統要滿足多警種（輔警也可能使用）共網的應用（語音、定位、短信、狀態信息、分組數據等）需求，建網時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務量的基礎上，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系統是不能滿足話務量要求的，一個群組中基站配置數量不易過多，以不與整網頻率規劃發生沖突為宜，地下（地鐵）群組基站可以按照車站數量配置（地鐵公安話務量需求較小并且不存在頻率規劃沖突問題）。 （二）重疊覆蓋區的判選 重疊覆蓋區內終端講話，多個基站可以接收到信號，將面臨判選哪個基站作為信號源的問題。 一般來說，選擇信號質量最佳的基站作為信號源，保證高保真的語音與信令數據。當終端處于N個基站的重疊覆蓋區時，系統需要收集齊這N個基站的上行信號場判選條件的數值后，才能從中判斷出最佳信號通路，做出判選。假設N個鏈路之間最大時延差值為△T的話，那么系統必須要至少設置△T的接收信號緩沖區，這樣會增大系統的話音時延。 根據數字集群的特點，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關，數字信號有一定的容錯能力，因此在做判選的時候，不一定每次都選擇信號質量最好的基站，只要當前基站的信號質量滿足通話要求就可以，所以可以設定一個門限值，只要上行信號滿足門限值的要求，系統就可以選中該路信號。如果不符合條件，則繼續等待來自另外基站的數據，直到滿足判選門限值，否則不允許建立業務（此種情況下說明判選門限值不合理，需要進行調整）。這樣即可以提高判選速度，減少系統時延，也可以防止頻繁的基站切換帶來的其他影響（比如說由于各個基站到MSO IP鏈路之間延時的不一致性，在不同基站之間切換時容易導致語音包之間的延時抖動加�。�。 判選過程圖如圖8所示。 （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數據時的同步發射，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功能。 同時，群組基站服務器通過向群組基站發送數據包，包含數據下發時間戳的方式，保證基站同步下發數據。時間戳的基準選擇方式應綜合考慮精度、系統時鐘同步難度等問題。 （四）時延問題 由于需要處理重疊覆蓋區問題，系統側處理終端業務時延遲會比集群基站要大。并且存在多基站并行信號處理問題，多設備間同步問題，都會給系統帶來額外的時延。為了不影響用戶正常使用，群組基站這些問題造成的時延應控制在120ms以內。 （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，公安用戶在后期使用過程中，因需要而產生對系統規劃的變化，能方便群組基站與集群基站進行互相切換。 為了將切換給系統帶來的影響減至最低，做到迅速反應，應允許通過在中心側遠程實施完成所有切換動作，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碼元時間才可滿足正常通話要求。如：1碼元時間約為200μs，1/8碼元時間約為25 μs，即無線電波傳播7.5公里。建設群組基站時，應當注意在各個基站重疊覆蓋區內，尤其是在場強相當（場強差<10dB）的重疊覆蓋區域內的終端電臺到各個基站間的距離差最多不超過7.5公里，否則可能會因誤碼過大而造成通訊失敗。 五、結語 隨著全國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不得不面對的問題。通過群組基站的構建，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，也帶來了基站備份、擴展應急網、地上地下聯網、增強縣區基站可靠性、優化隧道覆蓋等新的應用前景。 與此同時，將群組基站過渡到實際應用中，需要著重考慮重疊覆蓋區判選、下行信號干擾、時延及與集群基站切換等問題。
(中國集群通信網 | 責任編輯：李俊勇) |
