两基站联网无线对讲通信系统专项方案.doc

建伍Nexedge数字专业无线通信系统两基站联网无线对讲通信系统方案NEXEDGE通信系统是建伍企业开发最新型数字化专业调度通信系统。系统关键设备采取全套建伍企业设备, 可确保整套无线调度通信系统含有高可靠性和优异稳定性和技术优异性. 在满足用户要求通信功效前提下, 能够得到良好性能价格比, 让用户取得良好投资效益。 1 项目需求 长宽约40公里和20公里区域，要求覆盖通信。 终端数量60台左右。2 网络构想单个中继台通常情况下覆盖范围为1020公里左右，30、40公里以上覆盖比较困难。所以长40公里区域，考虑架设两个中继台，经过无线链路连接，实现全区域全方面覆盖。需要两个异频频点f1/f2，f3/f4（用于两个中继台）和一个同频频点f5（用于链路）。3 设备选型设备选型选择建伍企业产品。建伍企业是世界著名专业通信产品设备制造商，历史悠久，美誉度高，其产品在各行各业广泛采取，久经市场考验。针对此项目，中继台采取建伍NXR-810中继台，此型中继台是现在市场拥有率最高中继台之一，突出特点是性价比高，质量稳定可靠。终端采取建伍NX-340对讲机，性价比高，功效丰富，使用便捷。4 设备连接两个基站分别架设两个中继台。中继台连接双工器、馈缆、天线（避雷器）等天馈设备，对讲机在中继台下通信。链路上两个中继台分别连接链路车载台（建伍多个型号车载台皆可），链路车载台发送接收信号，实现两个基站互联。具体介绍1.通信制式：采取数/模字兼容性能好超窄带FDMA方法中国工业和信息化部公布了666号相关150MHz 400MHz频段专用对讲机频率计划和使用管理相关事宜通知。通知要求：从1月1日起停止办理150MHz、400MHz模拟对讲机型号核准申请等。该通知意味着到从开始，专业模拟对讲机将失去正当使用基础。同时数字对讲机能够愈加好地利用频谱资源、通话质量高、语音和数据集成度高、保密性强等特点，使得数字对讲机成为未来对讲机发展肯定趋势。目前数字对讲机关键分为超窄带FDMA制式和2时隙TDMA制式。超窄带FDMA制式数字对讲机信道间隔能够做到6.25kHz，即在12.5kHz能够有2个6.25kHz信道使用。2时隙TDMA对讲机在12.5kHz下也有两个信道可用。两种制式比较以下：u 灵敏度-FDMA制式对讲机高于TDMA制式对讲机3db因为超窄带FDMA制式数字对讲机含有对带外信号陡降衰减性能优异滤波器且只单一时隙工作，接收灵巧敏度能够做很优异，其在3%误码率情况下，接收灵敏度能做到0.22V, 而2时隙TDMA制式产品在5%误码率情况下, 接收灵敏度只能做到0.30V。所以，FDMA制式数字对讲机优异接收灵敏度对于大区域覆盖很有利。u 通话建立时间-FDMA制式对讲机反应速度快，呼叫延迟时间短。即使全部数字对讲机因为语音数/模转换和数据流同时等原因，通话延迟时间比模拟对讲机要长部分。但超窄带FDMA制式数字对讲机因为不需要时隙同时，通话延迟时间比2时隙TDMA制式对讲机显著短，这不仅通信效率好，用户使用习惯，而且对同类中转台背-背链路联网带来益处，总体延迟时间短。这对于在没有IP线路、地形地貌复杂环境中多基站联网通信很关键。u 通信距离-FDMA制式对讲机较远伴随通信距离增加，信号群延时逐步增大是无法回避规律。超窄带FDMA制式数字对讲机对信号传输群延迟不敏感，因为其信号传输特征和模拟系统很相近，所以天线相对高度越高，通信距离越远，只要能确保视距直线，功率足够大，不管距离是多少，理论上全部能够通信，此特点对长距离通信很有利。 而TDMA对讲机，不管天线架设条件多么有利，只要信号传输群延迟时间大于了其时隙之间保护时间，就会产生时隙叠加干扰，无法正常通信了。所以，TDMA对讲机通信距离受限于其时隙之间保护时间，而信道宽度确定前提下，时隙之间保护时间不可能无限制加长。也就是说TDMA对讲机通信距离有天然限制，不适合长距离通信。另外，因为卫星链路延时较长，大部分传输延时全部超出了TDMA对讲机2时隙之间保护时间，所以2时隙TDMA对讲机系统不能采取卫星通信作为链路。另外，鉴于用户原有大量模拟终端，无法一次性折旧，所以新建通信网必需要考虑兼容模拟终端。超窄带FDMA数字对讲机含有数字-模拟“双模双待”功效，能够自动识别接收到信号是模拟信号还是数字信号，发射时自动以符合接收信号性质进行发射。不管是中转台还是移动终端全部含有这一特征，被称为“混合工作模式”。2通信技术：采取异频同播技术（完全克服中继站之间信号重合区相互干扰技术）在传统无线对讲通讯系统通常采取架设单个中转台方法来扩大对讲机覆盖范围。但一个中转台覆盖面积满足不了实际工作需要情况下，将多个独立中转台经过链路连接起来，形成一个更大覆盖范围通讯系统，这就是无线同播系统。 无线同播系统是在传统无线中转台系统上发展起来，现在已在公安、林业、交通等系统广泛使用。无线同播系统克服了传统无线中转台系统不能大范围覆盖缺点，能够实现多基站联网、跨基站通话。但架设两个以上中转台使用同一频率会在交叉区域产生同频干扰问题（所谓同频干扰是指移动终端在两个同频发射中转台交叉覆盖区域中只能收到信号而无法识别话音），要避免同频干扰必需采取同频同播技术或异频同播技术。u 重合覆盖区域通话音质-异频同播技术很好l 同频同播技术：因为该技术不可能完全处理同频干扰问题，所以3个基站同时覆盖时，同频干扰很严重。而基站架设位置较高，3站重合覆盖区域较多，所以在重合覆盖区域音质差。l 异频同播技术：因为采取异频发射，没有同频干扰问题，所以通话音质和一般中转台音质相同。u 自动过站 -两种技术全部能够（对讲机从一个基站到另一基站是否需要人工更换频道）l 同频同播技术：因为在整个通信网内采取同频，所以没有更换频率问题。l 异频同播技术：对讲机含有背景扫描功效，全部可自动过站。（背景扫描：对讲机在一个基站信号低于设定值后，会自动进行扫描，方便锁定信号很好基站）。数字对讲机全部有此功效，部分模拟对讲机也有此功效。另外，现有公安模拟集群系统全部是采取对讲机背景扫描自动过站。u 设备稳定性-异频同播技术很好l 同频同播技术：因为关键引发同频干扰原因是每个基站时钟不一样时，使得各基站在发射相同频率时有差异。所以该技术大多采取GPS授时和温补晶体同时各基站时钟。而防火通信网基站架设位置较高，昼夜温差较大，对温补晶体影响很大（温补晶体工作时会加热到60左右），轻易造成晶体工作异常或寿命缩短，从而使各站时钟不一样时，造成同频干扰。l 异频同播技术：因为各基站发射不一样频率，所以不需要同时时钟。u 通话建立时间-异频同播技术很好l 同频同播技术：因为多基站收到同一对讲机上行信号后，要分别送给主基站进行场强判选，方便选择信号很好基站上传信号，所以需要较长时间等候各基站上传信号。所以，基站越多通话建立越慢。l 异频同播技术：因为多基站在同一时间只可能有一个基站收到信号并送给主站（主站在接收该基站链路信号时，会严禁其它基站上传信号），没有信号判选问题。所以通话建立快。3链路技术：采取超短波链路方法多个中转台互联需要链路系统支持，现在常见链路系统有超短波链路、卫星链路、微波链路、IP链路等，多种链路全部有优缺点，具体比较以下：u 超短波链路：l 优点：通信距离在50-200公里之间；无使用费；抗损毁能力强。l 缺点：需要在高点架设；轻易受到干扰；因为受到地形、距离等原因制约，有可能不能完全覆盖全部基站。无线覆盖区理论分析无线通信网覆盖范围和站址选择有很大关系，要想扩大覆盖范围站址尽可能选择至高点，以下是理论无线覆盖工程计算。u 覆盖估计计算模型在确定无线通信系统覆盖范围时候，通常采取理论设计和现场测试相结合方法，针对350M无线通信电波传输特点，我们通常采取Egli模型。中值路径损耗估算公式为： Ld,u= 86+ 40lg d+20lg fd,u - 20lg hBhm (1)其中L, d, f, h对应单位为dB, km, MHz, m;对双频系统上(u)下(d)行频率不一样，严格说中值路径损耗也不一样，实际差异不大。经典衰耗值以下表6-1。表6-1 经典衰耗值表中值衰耗（dB）基站天线高度（米）传输距离（千米）移动台天线高度（米）频率（MHz）139.7050101.5155135.6180101.5155133.68100101.5155127.66200101.5155119.70500101.5155115.61800101.5155151.7450201.5155147.6680201.5155145.72100201.5155139.70200201.5155131.74500201.5155127.66800201.5155158.7850301.5155154.7080301.5155152.76100301.5155146.74200301.5155138.78500301.5155134.70800301.5155161.4650351.5155157.3880351.5155155.44100351.5155149.42200351.5155141.46500351.5155137.38800351.5155u 基站设备和站址、天线参数天线有效高度 hB (m), 发射天线增益 GBA (dBi),9.5dBi天线共用设备损耗 LAC，3.5dB 基台发射功率 PB(W) ，50W 馈线长度 L(m),50m 馈线,接头损耗2dB接收天线增益GBR , 9.5dBi 基台接收灵巧敏度SB(dBm),-117dBm塔顶天线接收放大器增益GAR , 5dB 在360兆频段，通信距离30公里左右，不一样地形标准偏差约为69dB，通常可取标准偏差经典值=7dB。u 移动台指标移动车载台和手持台天线有效高度和接收灵敏度可看作一样,均按经典值计算。天线高度 hm=hp=1.5m , 灵敏度Sm=Sp=0.3mv= -117dBm,车台天线增益 Gm , 2.15db 车台发射机功率 Pm , 20W手台天线增益 GP ,0db 手台发射机功率 PP , 5Wu 链路动态范围发射天线端发射出有效发射功率ERP和接收机可接收最小接收功率Pmin之差谓之发收链路动态范围。这个范围大小预示了发收通信距离远近；而和中值路径损耗之差又昭示了通信质量优劣。n 下行链路参数基站ERPd=PB+GBA-LAC-LF47+9.5-3.5-2=51dBm移动台 Pmind=Sm,P - Gm,P,车台Pmind,m=Sm - Gm=-119.15dBm手台Pmind,p=Sp - Gp=-117dBm下行链路动态范围D.Rd= ERPd- Pmind ,车台：D.Rd= ERPd- Pmind=170.15手台：D.Rd= ERPd- Pmind=168.15n 上行链路参数移动台 ERPu=Pm,P+Gm,P,车台：ERPu,m=Pm+Gm=43+2.15=45.15dBm手台：ERPu,p=Pp+Gp=37+0=37dBm基站Pminu=SB-GBR-GAR+LF=-117-9.5-5+2=-129.5dBm上行链路动态范围D.Ru= ERPu- Pminu ,车台：D.Ru.m= ERPu- Pminu=45.15+129.5=174.65dB手台：D.Ru.p= ERPu- Pminu=37+129.5=166.5dB从上面计算能够看出，对于车台来说，下行受限；对手台而言，上行受限。系统覆盖范围是由最小方向决定，所以，下面计算覆盖范围时候，对车台，根据下行覆盖范围计算；对手台，根据上行覆盖范围计算u 通信成功概率测算在要求覆盖区边缘上（半径Ro）通信成功概率服从正态分布，其概率密度函数p(x)=1/(2)exp-(x-md)2/22, （3）式中md 为中值电平， X Pmin通信成功概率为：p(x pmin)=)=1/2 (1/2)erf( md - Pmin )/(2 ) , (4) 如mdPmin)。为便于查算，下面给出了按不一样值计算好部分经典 通信成功概率p(Pmin)和中值余量 ( md - Pmin )关系表，见下表6-2。表6-2 中值余量和覆盖概率关系表中值余量 ( md - Pmin ) (dB)P(Pmin)6.06.57.07.58.045%-0.7544-0.8172-0.8801-0.9429-1.005850%0000055%0.75440.81720.88010.94291.005860%1.52061.64731.77401.90072.027465%2.31232.50492.69762.89033.083070%3.15483.41773.68063.94354.206475%4.04754.38474.72205.05935.396680%5.05045.47135.89226.31306.733985%6.21896.98287.25537.77368.291890%7.68948.33028.97099.611710.252595%9.869210.691711.514112.336513.1590u 通话质量和通信距离估计方法设接收机噪声系数NF=5dB时，FM制达成收益状态。若话音质量按5分制评价，基础能听清楚3分话载噪比 按 C/N=10dB计，从 Pmin = KTOB+NF+C/N = -132dBm+NF+C/N可求得 Pmin3 = -117dBm ；音质比较满意4分话 载噪比 按 C/N=13dB计，得 Pmin4 = -114dBm 。再经过中值余量 ( md - Pmin ),可从其和通信成功概率关系表中查得对应通信成功概率。反过来也可从预设通信概率反查到必需中值余量和中值电平md ，从而经过路径损耗Ld，u 就可求得同时确保满足预定通信概率和通话质量最大通信距离dmax。u 郊区覆盖计算郊区要求达成3级话音质量，Pmin3 = -117dBm，要求达成80覆盖，取值等于7，从上面表格能够查得，必需得中值余量为md Pmin5.9dB（5.8922取整）。计算可得，要达成以上要求，需要接收机中值接收电平：md5.9dB+Pmin-111.1dBm。下行中值电平 mdd =ERPd-Ld+Gm车台许可路径衰耗为：Ld =ERPd- mdd +Gm=51+111.1+2.15=164.25dB上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF， 手台许可路径衰耗为：Lu =ERPu- mdu +GBR+GAR-LF=37+5+0-2+111.1=151.1依据路径衰耗反推覆盖距离表,见下表6-3：表6-3覆盖距离计算郊区开阔地移动台覆盖距离中值衰耗基站天线高度移动台天线高度频率车台41.1164.25501.515552.0164.25801.515558.1164.251001.515582.2164.252001.5155130.0164.255001.5155164.4164.258001.5155手台19.3151.1501.515524.4151.1801.515527.3151.11001.515538.6151.12001.515561.0151.15001.515577.1151.18001.5155注：在高山站情况下，因为基站电磁环境通常比较复杂，背景噪声比较高，实际覆盖效果会受到一定影响。u 城区覆盖计算城区室外覆盖关键受大型建筑物阴影效应影响，依据经验，通常会增加210dB衰减，这里统一根据6dB计算。对于城区，要求地面覆盖率达成90，要求中值余量为md Pmin9dB（8.9709取整），需要移动台中值接收电平：md9dB+Pmin+6-102.dBm。下行中值电平 mdd =ERPd-Ld+Gm车台许可路径衰耗为：Ld =ERPd- mdd +Gm=51+102+2.15=155.15dB上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF， 手台许可路径衰耗为：Lu =ERPu- mdu +GBR+GAR-LF=37+5+0-2+102=142依据路径衰耗反推覆盖距离表，见下表6-4：表6-4 覆盖距离计算城区地面覆盖移动台覆盖距离中值衰耗基站天线高度移动台天线高度频率车台24.3155.15501.515530.8155.15801.515534.4155.151001.515548.7155.152001.515577.0155.155001.515597.4155.158001.5155手台11.4142501.515514.4142801.515516.11421001.515522.81422001.515536.11425001.515545.71428001.5155u 关键区域覆盖计算对于城区，因为大型建筑物阴影效应，会影响到部分地点室外覆盖；而建筑物墙体穿透衰耗，会影响到建筑物室内覆盖。依据经验值，在350M频段，阴影效应和穿透衰耗造成信号衰减，通常在315dB左右，为了确保覆盖效果，这里统一根据15dB计算。对于关键区域，要求100覆盖，达成4级话音质量。Pmin4 = -114dBm，根据95覆盖以上考虑（通信理论是无法计算100覆盖情况），要求中值余量为md Pmin11.5dB（11.5141取整），需要移动台中值接收电平：md11.5dB+Pmin+15-87.5dBm。下行中值电平 mdd =ERPd-Ld+Gm车台许可路径衰耗为：Ld =ERPd- mdd +Gm=51+87.5+2.15=140.65dB上行中值电平 mdu =ERPu-Lu+GBR+GAR-LF，手台许可路径衰耗为：Lu =ERPu- mdu +GBR+GAR-LF=37+5+0-2+87.5=127.5依据路径衰耗反推覆盖距离表，见下表6-5：表6-5 覆盖距离计算关键区域覆盖移动台覆盖距离中值衰耗基站天线高度移动台天线高度频率车台10.6140.65501.515513.4140.65801.515514.9140.651001.515521.1140.652001.515533.4140.655001.515542.3140.658001.5155手台5.0127.5501.51556.3127.5801.51557.0127.51001.51559.9127.52001.515515.7127.55001.515519.8127.58001.51553.6.6通信网用户容量分析u 话务量本工程话务量计算有两个方面，其一为调度话务量，其二为有没有线转接话务量（指电话）。1话务量通用计算公式为： Y=MCT（Erlang）Y为总话务量，又称话务负荷。M为用户数C为在某段时间内，每用户占用信道平均次数。T为在某段时间内，每用户占用信道平均时长。2忙时话务量公式为： A=t/3600（Erlang）A为每用户忙时话务量；为每用户在一天内呼叫次数；为忙时集中率（系数），又等于忙时话务量/全天话务量；t为每用户每次通话占用信道平均时长u 呼损率A-A Cot-Cst Co-Cs A Cot Co 在一个通信系统全部频道被占用后再发生呼叫，就出现呼损，其计算公式如按呼叫次数计算为：其中：A为系统完成话务量，Co为单位时间内发生平均呼叫次数，Cs为单位时间内呼叫成功而通话次数，t为每次通话占用信道平均时长。如呼损率按占用时间计算公式为：式中：Co-Cs和上述参数同义。E为单位时间内全部频道被占用时间（百分数）。由此很轻易得到全部频道被占用概率PN，也即按时间计算呼损率E，取n=N，则有：E =Co-Cs Co依据上式，能够得到E和A，N之间数量关系，见表巴尔母表。u 用户容量系统负载能力直接关系到用户利益，所以是系统工程计划基础成份，信道负载能力取于服务用户数，每单位时间呼叫次数，每次通话时间和信道机数目。根据用户实际情况，移动台基础使用组呼功效，依据普遍话务量计算，同时考虑到低呼损率情况，给出信道负载能力理论数据，作为用户组网参考。见下表所表示：信道数移动台数目1100200 系统主设备介绍: 信道机/控制器NXR810频率范围：136-174MHZ，400-470MHZ50/40W输出（50%工作循环）25W输出（100%工作循环）中继器或基站工作方法2U 19英寸机架式安装6个可编程功效键两位LED显示30个信道4W外部音频扬声器编程/调制解调器接口远程终端接口DTMF AUX辅助输入监控可编程AUX辅助I/O输入输出内存升级功效外形尺寸（宽高深，除凸出部）：48388340mm重量（净）：9.7kg 数字模式 模拟模式NXDN数字空中接口 25kHz及12.5kHz信道内置NXDN扰频器 内置16组QT/DQT多动态中继器控制AMBE+2声码器 外部LTR控制器接口6.25kHz及12.5kHz信道 外部MPT控制器接口UID和GID验证空中别名数字常规模式数字和迷你混合模式常规IP联网（配合KTI-3） NX-700/800系列车载机手持机NX340关键参数NX-240NX-340频率范围136-174MHz400-470MHz频率稳定度2.0ppm1.0ppm信道数量16区域2每个区域最大信道数16信道间隔模拟12.5kHz数字6.25kHz电源电压7.5VDC20%电池使用时间5-5-9工作循环高发射功率电池省电功效关/开关/开配置KNB-45L大约10/12小时关/开配置KNB-69L大约14/17小时关/开配置KNB-53N大约8/9小时关/开配置KNB-29N大约8/9小时工作温度范围-30-+60（-22-+140）天线阻抗50尺寸（宽*高*厚）配置KNB-45L54*122*35.3mm配置KNB-69L54*122*39.4mm配置KNB-53N54*122*35.3mm配置KNB-29N54*122*35.3mm重量（净重）主机165g配置KNB-45L281g配置KNB-69L296g配置KNB-53N351g配置KNB-29N361g接收灵敏度数字0.25V模拟0.25V选择性模拟60dB互调失真模拟60dB杂散响应模拟-36dBm(1GHz)，-30dBm(1GHz)音频失真小于10%音频输出1W/12（内置扬声器）50mW/8（外置输出）发射发射功率高/低5W/1W杂散响应70dB调频噪声40dB音频失真小于10%调制类型11K0F3E,4K00F1E,4K00F1D,4K00F7W,4K00F2D链路天线型号中心频率范围天线增益通带宽度电压驻波比输入阻抗功率容量天线长度TDJ-150F136-174MHZ10dB8MHZ1.550150W1.5M室外天线AT400H型号中心频率范围天线增益通带宽度电压驻波比输入阻抗功率容量天线长度AT400H400-470MHZ11dB10MHZ1.550150W3.6M双工器KSTQ-400A型号KSTQ-400A频率(MHz)400470收、发频率间隔(MHz)10Rx插入损耗(dB)0.8Tx插入损耗(dB)0.8Rx端对Tx抑制度(dB)80Tx端对Rx抑制度(dB)80电压驻波比1:1.25最大输入功率(W)50带宽（MHz）1接口L16/BNC可选温度范围()-25+60尺寸(mm)18015633（可装入1U机箱）馈管S-1/21）符合国家标准Q/HS 06-技术要求2）衰减常数（20）：400 MHz dB/100m4.66dB3）绝缘耐电压（DC 2KV 1min）：不击穿4）弯曲半径：210mm（数次弯曲），125mm（单次弯曲）5）铜包铝内导体外径及偏差：4.84mm6）波峰外径及偏差：14.02mm7）皱纹节距及偏差：5.14mm8）管壁最小厚度： 0.23mm9）外导体直流电阻20：1.72/km10）平均特征阻抗：50.210.端口类型N型11. 尺寸（mm）654020设备价格清单名称型号单位数量单价累计品牌产地建伍数字中继台 （含内置电源）NXR-810台2建伍新加坡双工器KSTQ-400A台2中原武汉馈管（暂定）S-1/2米50环球泰兴馈管头L16-K个2环球泰兴机柜台2图腾深圳建伍车载台NX800台2建伍新加坡150M定向天线ATS-150根2武汉400M全向天线AT400根2武汉安装费（含支架、套管）设备累计*5%建伍对讲机NX340台建伍新加坡无线电管理委员会收费标准：中继台：第十二个月5000元/台，第二年及以后元/台 对讲机：每十二个月150元/台