无线数字链路在应急同播通信系统中的研究与应用

路昊

专业无线通信领域数字化技术正处于蓬勃发展的阶段，而无线同频同播通信技术已成为一种解决大区制通信系统漫游问题的有效手段。此外，大区制通信系统的另一关键技术是基站之间的连接方式及网络拓扑方案。针对上述关键技术，重点阐述了无线数字链路在通信系统建设中的技术特点及应用。

With the development of digital technology in professional wireless communication field， wireless simulcast communication technology becomes an effective method to solve the roaming of macro cell communication system. By the way， another key technology of macro cell communication system is the connection and network topology of base stations. In order to achieve the above technologies， the technology characteristics and applications of wireless digital link are illustrated in the communication system construction.

synchronization speech compression emergency simulcast system wireless communication

1 引言

目前大区制的无线同频同播通信系统主要采用模拟无线信号链路或光纤有线（E1线路、IP 线路）这2种链路形式[1]。其中，使用模拟无线链路的缺点在于：模拟无线链路容易受到外界电磁环境干扰；在大区域（比如全省范围）通信覆盖场景下，一般通信距离长达数百公里，需要多级信号中继传输。经过多级中继传输后的信号质量下降，对通话质量影响较为严重。此外，在模拟无线链路同频同播系统中需要建立1个系统链路中心站，该中心站的唯一性成为系统安全可靠运行的瓶颈。相比无线链路方式，有线链路（E1或IP）在信号传输中能够保证很好的语音质量，但其也存在缺点，如在出现自然灾害等突发事件的情况下，极易造成线路损毁且不易恢复。而本文提出的VHF（Very High Frequency，甚高频）/UHF（Ultra High Frequency，特高频）无线数字链路技术的应用在有效解决上述同频同播系统带来的一系列问题的同时，还具备很多其它独特的功能，在组网方式上更为灵活方便。

2 大区制无线同频同播通信系统结构

大区制无线同频同播系统是在整个所需覆盖区内架设若干个大区制通信基站，所有的基站都使用相同的频率[2]。该系统通过使用同频同播技术，实现全覆盖区域的无线信号覆盖。当用户在系统内跨基站移动通话时，系统能够自动识别并将终端切换到合适的基站继续通信。该方式可以消除通信盲区，实现无缝覆盖，确保系统提供快速、清晰、顺畅的通话质量[3]。

在大区制同频同播无线应急通信系统实际组网工程应用中，主要分为以下3个技术部分：

2.1 语音在数字链路中的传输技术

为实现数字链路的语音传输，必须对话音信号进行数字化处理。然而，经传统的A/D（Analog/Digital，模/数）转换器进行编码处理的语音信号将产生大量数据，无法在目前的VHF/UHF数字链路中传输。因此，还需配合数字压缩技术实现话音信号的数字传输[4]。

同频同播系统中语音压缩和解压缩技术与一般数字系统中使用的技术不同，不仅要考虑语音信号的话音还原度，还要考虑压缩后的语音码流是否达到系统传输要求，更要考虑解压缩编码是否能同步还原。

在使用中，对于同样一段数字话音，通常进行2次解压缩，将会产生2个完全不同的还原语音波形。虽然解压出的2个波形不影响听者对原话音的理解，但2个不同的波形对同频同播系统是不利的。为了在同频同播系统中获得相同的波形，需要使用特定的声码器。例如，CML公司声码器芯片CMX618就是一种高性能、高集成度的语音编解码芯，其在同播系统中的应用特点如下：

CMX618编码时有3种速率选择，通过信道编码和交织处理，可以形成3 600bps的位数据流，符合VHF数字通道对于语音信号的传输要求。

在进行解码时，选择同步解码方式能保证解码音频还原的一致性，不会产生波形差异，满足同频同播的波形同步的要求。CMX618声码器语音编解码流程如图1所示：

综合考虑上述因素，数字链路系统中可采用CMX618语音压缩处理芯片，实现语音3 600bps码流的数据传输。经过实际应用，无论是清晰度方面还是还原度方面都达到了使用的要求。

2.2 大区制多基站覆盖的同步技术

与模拟无线链路语音同步只考虑空间时延完全不同，为消除临近基站的同频干扰，需要考虑数字链路语音解压缩过程中产生的相位变化、波形变化、算法抖动及模数转换时钟的误差积累等因素，这些都会造成音频相位的不同步。

在实际应用中可使用外接D/A（Digital/Analog，数/模）转换，而不使用CMX618内置的D/A转换器，经CMX618解压缩产生的编码数据送外置PCM3500 D/A转换芯片，在基站同步时钟控制下，PCM3500芯片同步输出话音音频，保证音频相位的同步。

基站的D/A转换时钟保持GPS（Global Positioning System，全球定位系统）基准时钟同步，全部基站同步压缩编码、同步压缩解码、同步模数转换输出。其架构如图2所示。endprint

对于覆盖重叠区，使用GPS时钟载波发射频率同步技术、接收判选技术、自动语音延时同步技术，彻底解决了同频覆盖重叠区的同频语音相互干扰问题。

2.3 数字链路的联网及传输速率选择

数字链路的传输速率选择对系统的性能有重大影响，链路传输速率高，则语音接续延时小，但传输距离会有所缩短；链路传输速率低，则语音接续延时长，但传输距离远。考虑到大区制同播基站联网如全省范围的联网，所需覆盖距离比较远，最远的基站距离可达200多公里，在满足同步延时的条件下，选择链路速率19.2kbps较为合适，经实际测试和应用，完全满足通信系统设计要求，并可有大约15dB的冗余度。

基于无线数字链路技术实现同频同播基站联网，主要有以下优点：

（1）无中心联网判选方式

数字链路同频同播系统采用无中心VHF或UHF数字链路结构，相比模拟链路同频同播系统，它不需要设立专门的中心链路基站，各基站实时检测本地、链路的信号强度，自主产生判选结果，并根据判选结果，选择语音信号传输路由。无中心系统中的所有基站全部是平等的，没有主次之分，不需要配置专门的物理意义上的中心链路基站，这样可以大大提高整个无线通信系统的可靠性。

（2）智能联网路由

任何一个基站基于链路信号的场强、误码率这2个因素，智能选择连接到其它基站。系统基站可以自主连接，也可以人为设定路由。不会因为某个基站的故障造成整个系统的瘫痪，系统具有极高的可靠性、稳定性和灵活性。即使系统某个（或几个）基站出现故障，语音通信的联网也可以通过其它路径快速自主恢复。

3 系统优势

（1）适合多级数字链路系统

数字话音能存储、再生、加工、重发，在超短波无线通信网中多次中继后，不会叠加链路噪音，能保持原音质不变的特点[5]。多节点数字链路能实现其它组网方式难以实现的在复杂链路条件下的系统联网，尤其适合组建像高速公路及全省大范围、长距离，需要多级链路才能实现覆盖的复杂系统。网络拓扑结构如图3所示：

（2）多节点数字链路

多节点数字链路系统工程实施起来简单易行。对于大范围的多节点系统，节点之间的连接构成系统链路主干路，需要架设的基站只需要就近与任何一个节点基站连接。

系统扩展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是链路转发基站（节点基站），在重新构建主干链路路由情况下，需要架设的基站也可以就近与某个能够连接的基站进行连接，接入整个通信系统。

应急指挥无线通信系统特点十分明确，应急无线通信必须在任何时间、地点，能最大限度不受各种天灾、人祸因素的制约，保障电台语音通信简单通畅。这就要求应急无线通信网首先是结构简单，才能稳定可靠，抗灾害能力强，同时具备各种应急解决预案，确保通信畅通。

4 应用案例

2014年，宁夏回族自治区固原市政府应急同播通信网建成，系统采用无线链路联网模式。该市所辖2区4县，在21 321平方公里区域内共建设了29套无线链路同播基站。固原市南北长约160公里，东西宽约150公里，地处山区。根据以往经验，冬天风力很大，高山基站的天馈线经常被大风刮断。如果基站链路全部采用有线光纤，则每年的线路租金费用庞大，而且有些基站位置不具备光纤接入的条件。因此，采用无线链路方式组建通信网，既节省了建设费用，同时也增加了应急通信网的传输可靠性。此同播网的建成，在固原市处理应急突发事件中发挥了重大作用。

同播基站分布如图4所示（红色标注为基站位置）。

5 总结

针对应急无线通信用户在特定区域的通信要求，基站联网链路的无线数字化技术应用无疑是一种比较可靠和灵活的解决方案，其技术特点是其它联网链路方式无法替代的。数字无线链路联网技术的优异性将随着实际应用不断地显现出来，也必将在应急无线通信组网中得到更广泛的应用。当然，无线通信会受到周围电磁环境的影响，如何提高无线设备的抗干扰能力是数字无线链路可靠应用的关键所在。

参考文献：

[1] 朱志宇，张云明. TETRA数字集群网络的小区重选参数分析[J]. 移动通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD无线网优平台中一些关键技术的实现[J]. 移动通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，赵伟，马越. 数字集群通信宽带化发展现状与趋势[J]. 现代电子技术， 2013（21）： 42-45.

[4] 张民，李德敏，邹剑，等. 基于节点网络深度的缓冲延时算法研究[J]. 计算机工程与应用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁锐. 数字集群通信网的频谱使用情况简介[J]. 中国无线电， 2012（7）： 35.endprint

对于覆盖重叠区，使用GPS时钟载波发射频率同步技术、接收判选技术、自动语音延时同步技术，彻底解决了同频覆盖重叠区的同频语音相互干扰问题。

2.3 数字链路的联网及传输速率选择

数字链路的传输速率选择对系统的性能有重大影响，链路传输速率高，则语音接续延时小，但传输距离会有所缩短；链路传输速率低，则语音接续延时长，但传输距离远。考虑到大区制同播基站联网如全省范围的联网，所需覆盖距离比较远，最远的基站距离可达200多公里，在满足同步延时的条件下，选择链路速率19.2kbps较为合适，经实际测试和应用，完全满足通信系统设计要求，并可有大约15dB的冗余度。

基于无线数字链路技术实现同频同播基站联网，主要有以下优点：

（1）无中心联网判选方式

数字链路同频同播系统采用无中心VHF或UHF数字链路结构，相比模拟链路同频同播系统，它不需要设立专门的中心链路基站，各基站实时检测本地、链路的信号强度，自主产生判选结果，并根据判选结果，选择语音信号传输路由。无中心系统中的所有基站全部是平等的，没有主次之分，不需要配置专门的物理意义上的中心链路基站，这样可以大大提高整个无线通信系统的可靠性。

（2）智能联网路由

任何一个基站基于链路信号的场强、误码率这2个因素，智能选择连接到其它基站。系统基站可以自主连接，也可以人为设定路由。不会因为某个基站的故障造成整个系统的瘫痪，系统具有极高的可靠性、稳定性和灵活性。即使系统某个（或几个）基站出现故障，语音通信的联网也可以通过其它路径快速自主恢复。

3 系统优势

（1）适合多级数字链路系统

数字话音能存储、再生、加工、重发，在超短波无线通信网中多次中继后，不会叠加链路噪音，能保持原音质不变的特点[5]。多节点数字链路能实现其它组网方式难以实现的在复杂链路条件下的系统联网，尤其适合组建像高速公路及全省大范围、长距离，需要多级链路才能实现覆盖的复杂系统。网络拓扑结构如图3所示：

（2）多节点数字链路

多节点数字链路系统工程实施起来简单易行。对于大范围的多节点系统，节点之间的连接构成系统链路主干路，需要架设的基站只需要就近与任何一个节点基站连接。

系统扩展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是链路转发基站（节点基站），在重新构建主干链路路由情况下，需要架设的基站也可以就近与某个能够连接的基站进行连接，接入整个通信系统。

应急指挥无线通信系统特点十分明确，应急无线通信必须在任何时间、地点，能最大限度不受各种天灾、人祸因素的制约，保障电台语音通信简单通畅。这就要求应急无线通信网首先是结构简单，才能稳定可靠，抗灾害能力强，同时具备各种应急解决预案，确保通信畅通。

4 应用案例

2014年，宁夏回族自治区固原市政府应急同播通信网建成，系统采用无线链路联网模式。该市所辖2区4县，在21 321平方公里区域内共建设了29套无线链路同播基站。固原市南北长约160公里，东西宽约150公里，地处山区。根据以往经验，冬天风力很大，高山基站的天馈线经常被大风刮断。如果基站链路全部采用有线光纤，则每年的线路租金费用庞大，而且有些基站位置不具备光纤接入的条件。因此，采用无线链路方式组建通信网，既节省了建设费用，同时也增加了应急通信网的传输可靠性。此同播网的建成，在固原市处理应急突发事件中发挥了重大作用。

同播基站分布如图4所示（红色标注为基站位置）。

5 总结

针对应急无线通信用户在特定区域的通信要求，基站联网链路的无线数字化技术应用无疑是一种比较可靠和灵活的解决方案，其技术特点是其它联网链路方式无法替代的。数字无线链路联网技术的优异性将随着实际应用不断地显现出来，也必将在应急无线通信组网中得到更广泛的应用。当然，无线通信会受到周围电磁环境的影响，如何提高无线设备的抗干扰能力是数字无线链路可靠应用的关键所在。

参考文献：

[1] 朱志宇，张云明. TETRA数字集群网络的小区重选参数分析[J]. 移动通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD无线网优平台中一些关键技术的实现[J]. 移动通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，赵伟，马越. 数字集群通信宽带化发展现状与趋势[J]. 现代电子技术， 2013（21）： 42-45.

[4] 张民，李德敏，邹剑，等. 基于节点网络深度的缓冲延时算法研究[J]. 计算机工程与应用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁锐. 数字集群通信网的频谱使用情况简介[J]. 中国无线电， 2012（7）： 35.endprint

对于覆盖重叠区，使用GPS时钟载波发射频率同步技术、接收判选技术、自动语音延时同步技术，彻底解决了同频覆盖重叠区的同频语音相互干扰问题。

2.3 数字链路的联网及传输速率选择

数字链路的传输速率选择对系统的性能有重大影响，链路传输速率高，则语音接续延时小，但传输距离会有所缩短；链路传输速率低，则语音接续延时长，但传输距离远。考虑到大区制同播基站联网如全省范围的联网，所需覆盖距离比较远，最远的基站距离可达200多公里，在满足同步延时的条件下，选择链路速率19.2kbps较为合适，经实际测试和应用，完全满足通信系统设计要求，并可有大约15dB的冗余度。

基于无线数字链路技术实现同频同播基站联网，主要有以下优点：

（1）无中心联网判选方式

数字链路同频同播系统采用无中心VHF或UHF数字链路结构，相比模拟链路同频同播系统，它不需要设立专门的中心链路基站，各基站实时检测本地、链路的信号强度，自主产生判选结果，并根据判选结果，选择语音信号传输路由。无中心系统中的所有基站全部是平等的，没有主次之分，不需要配置专门的物理意义上的中心链路基站，这样可以大大提高整个无线通信系统的可靠性。

（2）智能联网路由

任何一个基站基于链路信号的场强、误码率这2个因素，智能选择连接到其它基站。系统基站可以自主连接，也可以人为设定路由。不会因为某个基站的故障造成整个系统的瘫痪，系统具有极高的可靠性、稳定性和灵活性。即使系统某个（或几个）基站出现故障，语音通信的联网也可以通过其它路径快速自主恢复。

3 系统优势

（1）适合多级数字链路系统

数字话音能存储、再生、加工、重发，在超短波无线通信网中多次中继后，不会叠加链路噪音，能保持原音质不变的特点[5]。多节点数字链路能实现其它组网方式难以实现的在复杂链路条件下的系统联网，尤其适合组建像高速公路及全省大范围、长距离，需要多级链路才能实现覆盖的复杂系统。网络拓扑结构如图3所示：

（2）多节点数字链路

多节点数字链路系统工程实施起来简单易行。对于大范围的多节点系统，节点之间的连接构成系统链路主干路，需要架设的基站只需要就近与任何一个节点基站连接。

系统扩展方便。任何基站既可以是本地工作基站，又可以是链路转发基站（节点基站），在重新构建主干链路路由情况下，需要架设的基站也可以就近与某个能够连接的基站进行连接，接入整个通信系统。

应急指挥无线通信系统特点十分明确，应急无线通信必须在任何时间、地点，能最大限度不受各种天灾、人祸因素的制约，保障电台语音通信简单通畅。这就要求应急无线通信网首先是结构简单，才能稳定可靠，抗灾害能力强，同时具备各种应急解决预案，确保通信畅通。

4 应用案例

2014年，宁夏回族自治区固原市政府应急同播通信网建成，系统采用无线链路联网模式。该市所辖2区4县，在21 321平方公里区域内共建设了29套无线链路同播基站。固原市南北长约160公里，东西宽约150公里，地处山区。根据以往经验，冬天风力很大，高山基站的天馈线经常被大风刮断。如果基站链路全部采用有线光纤，则每年的线路租金费用庞大，而且有些基站位置不具备光纤接入的条件。因此，采用无线链路方式组建通信网，既节省了建设费用，同时也增加了应急通信网的传输可靠性。此同播网的建成，在固原市处理应急突发事件中发挥了重大作用。

同播基站分布如图4所示（红色标注为基站位置）。

5 总结

针对应急无线通信用户在特定区域的通信要求，基站联网链路的无线数字化技术应用无疑是一种比较可靠和灵活的解决方案，其技术特点是其它联网链路方式无法替代的。数字无线链路联网技术的优异性将随着实际应用不断地显现出来，也必将在应急无线通信组网中得到更广泛的应用。当然，无线通信会受到周围电磁环境的影响，如何提高无线设备的抗干扰能力是数字无线链路可靠应用的关键所在。

参考文献：

[1] 朱志宇，张云明. TETRA数字集群网络的小区重选参数分析[J]. 移动通信， 2012（13）： 76-80.

[2] 林海. TD无线网优平台中一些关键技术的实现[J]. 移动通信， 2011（3）： 30-35.

[3] 牛金行，赵伟，马越. 数字集群通信宽带化发展现状与趋势[J]. 现代电子技术， 2013（21）： 42-45.

[4] 张民，李德敏，邹剑，等. 基于节点网络深度的缓冲延时算法研究[J]. 计算机工程与应用， 2013（22）： 59-62.

[5] 丁锐. 数字集群通信网的频谱使用情况简介[J]. 中国无线电， 2012（7）： 35.endprint