钢铁企业中数字无线对讲系统设计与应用

赛明顺，王磊

（北京首钢自动化信息技术有限公司，北京100041）

钢铁企业中数字无线对讲系统设计与应用

赛明顺，王磊

（北京首钢自动化信息技术有限公司，北京100041）

由于无线对讲系统在钢铁企业中的应用非常广泛，而企业前期使用的均为模拟对讲机，在通话质量、传输距离、频率繁忙程度等方面已无法满足需求。因此以数字无线系统在钢铁企业中的应用测试为例，对该系统在生产过程中的应用进行了论述。该系统不但能解决模拟对讲机存在的问题，同时可在不更换设备的前提下满足企业将来扩容的需求。

钢铁企业；无线通信；数字

钢铁工业是国家工业的基础，在钢铁企业的生产过程中，信息通信决定了生产能否顺利进行。在生产和检修过程中，通常采用的通信方式是手持对讲机，但是受现场环境影响，传输距离一般只有2～5 km，不能满足生产需求。因此还有以下几种通信方式可以应用：①普通移动电话。依靠公共运营商，实现即时通话。该通讯方式传输距离不受限制，在信号良好区域通话质量高。缺点是在噪音较大区域不容易发，无法实现即时通信，影响信息反馈。此外，该种通信方式不能快速实现一点对多点的信息传递，且呼叫速度较慢。②模拟对讲机。采用模拟技术，将存储的信号调制到对讲机传输频率上。能够实现一点对多点的信息传递，保证信息及时沟通。但是传输距离受现场环境影响较大，一般只有5 km，语音还原度较差。③数字对讲机。先把模拟语音转换成数字信号，然后调制到射频上去，发射的是数字信号，这种设备也可以直接传送数据。数字对讲机在实现一点对多点的信息传递同时，提高通话质量，改进语音和数据集成，改变信号随着通讯距离增加而降低的弱点。

由于钢铁企业在生产检修过程中联系确认要求快速、准确，因此便于推广使用的是数字对讲机。本文针对数字对讲机在钢铁企业中无线通讯系统中的应用进行论述。

1 数字无线对讲系统优点

在现有频率占用范围不变的条件下，增加一

倍信道容量。模拟对讲机一个语音信道等效占用12.5 kHz带宽，而数字对讲机一个语音信道等效占用6.25 kHz带宽，提高了频率使用效率。

数字、模拟系统相互兼容，保证系统无缝过渡。数字对讲机都可以在模拟模式下工作，可以在使用的过程中逐步将模拟设备淘汰下来，减少设备一次性投入。

提高通话质量。由于数字通信技术拥有系统内错误校正功能，和模拟对讲机相比，可以在范围更广泛的信号环境中，实现更好的语音音频质量，其接收到的音频噪音会更少些，声音也更清晰。

可以实现一对一、一对多通话。模拟无线对讲系统只能实现一对多的通话，相互之间存在信息干扰，而数字无线对讲系统通过分组设置，可以实现一对一、一对多的通话。

2 数字无线对讲系统组成及工作原理

2.1 数字无线对讲系统组成

此系统主要由全向天线、数字中继器、手持和车载数字终端台构成。

全向天线，即在水平方向图上表现为360°均匀辐射，在垂直方向上表现为有一定宽度的波束。

数字中继器及手持和车载数字终端台，国际上暂时没有统一的通信标准，市场上不同国家采用不同通信标准，如美国采用的P25通信标准、欧洲通信协会采用的TETRA、DMR通信标准等。

2.2 数字无线对讲系统工作原理

数字中继器相当于一个带有天线的双向放大设备，通常天线安装在最高点，当外部较弱信号输入后，数字中继器可以增强这些信号并发射出去。通过终端设备设置的不同，实现成员间的个呼、组呼、全呼。对于数字对讲机而言，关键在于它的调制解调器和语音解码器。天线接收到语音信号是模拟信号，首先被传送到射频接收器上，再通过模数转换器将模拟信号进行数字化处理，然后通过DSP软件把这个调制好的数字信号进行解调和解码，经过处理的信号再被数模转换器模拟化，最后被传送至麦克风。来自麦克风的语音信号被数字化，这个过程是数字信号处理器通过模数转换器来完成的。首先数字对讲机内部设有DSP处理器，这个软件系统可以对接收信号进行编码，再将处理过的信号进行调制，最后数模转换器将经过上述处理的信号模拟出来传送到射频设备，由天线发射出去［1］。

3 数字无线对讲系统方案

该项目实施前，企业无线通信主要采用模拟对讲机，受距离限制较大。通过对设备可行性进行论证，制定了以下系统安装方案。系统结构组成如图1所示。

图1 数字无线对讲系统结构组成

3.1 天线的选择与架设

如何选择理想的天线关系到天线在无线电通信中发挥的作用，理想的天线应该有如下特质：设计科学、天线增益强、具有较长的使用寿命［2］。由于该系统天线架设在制高点，需要覆盖尽量大的范围，所以选择全向天线进行架设。在选好理想的天线后还需要正确架设，不能和电话天线、强电线、电视线等距离太近。

3.2 数字中继器的选择调试

通过对市场上主流数字中继器的比较，选择摩托罗拉XiR R8200数字中继器作为此方案使用设备。该设备所在的频率为403～470 MHz之间，与现有模拟设备可以做到无缝过渡，促进模拟到数字运行的平稳转换。该设备支持数字TDMA模式下的2个同步语音或数据通道，可将1个12.5 kHz信道呼叫容量提高2倍。

3.3 手持和车载数字终端台的选择调试

根据系统构成需要，选择与中继器相同品牌的设备进行调试，要求该设备具有安装方便，操作简单易学，语音传输速度快无延时且音质清晰无背景噪音。最终选择XiR R8200系列产品作为此方案使用设备。

4 应用过程中的问题及解决办法

4.1 频率干扰

目前无线电设备在日常生活中使用频繁、应用广泛，大功率对讲机及非法中继器也很容易购买，在使用过程中容易出现频率干扰，导致通话不清晰，针对频率干扰问题，解决办法主要有两种：

合法中继器的设立要在地市级无线电管理局进行备案并缴纳频率占用费，该备案频率受到法律的保护，在频率受到干扰时及时向无线电管理局进行反馈，由无线电管理局对非法使用该频率的单位进行处罚。

使用数字中继器自带的加密功能，避免与其他中继器发生干扰。通过调整设备的色码，区分与其他设备的不同，防止频率干扰。

4.2 部分区域通信质量不佳

由于钢铁企业面积较大，厂房都由钢结构构成，遮挡严重，导致在部分区域信号覆盖不佳，影响正常通话，主要采取以下3种解决办法：

（1）选择正确的天线架设位置。天线的高度决定了信号覆盖的范围，在条件满足的情况下应尽量将天线架设到高处，同时也要考虑馈线的长度对功率损耗的影响，取最合适的长度。

（2）在信号覆盖不佳且不需要移动的位置使用大功率固定数字对讲机，替换原有小功率手持数字对讲机，增加设备发射功率，有效提高通信距离。

（3）采用多台数字中继器设备进行IP基站互联。如果上述两种方法仍然不能满足使用要求，可将2台或多台设备接入网络，形成多台设备互联，覆盖范围将大大提升，如图2。

图2 IP基站互联网络结构

5 结论

（1）该方案通过数字中继器加密解决频率干扰问题。

（2）该方案通过天线架设设置、增大发射功率、IP基站互联等方式，解决了部分区域通信质量不佳的问题。

（3）在未来的冶金行业应用大环境下，将进一步深入研究数字无线对讲系统调制解调，通过数字信号处理技术，进一步提高数字无线对讲系统的通信质量和通信效率，为钢铁冶金的安全生产和供给侧改革奠定良好的信息通信基础。

［1］张亚荣．某酒店数字对讲机室内分布系统项目技术与经济可行性研究［D］．天津：河北工业大学，2013．

［2］刘斌．分析无线电通信中天线的作用［J］．通信信息，2012（5）：165．

（编辑 袁晓青）

Design and Application of Digital Wireless Interphone System Used in Iron and Steel Enterprises

Sai Mingshun，Wang Lei
（Beijing Shougang Automation Information Technology Co.,Ltd.，Beijing 100041,China）

The analog-interphones were widely used by iron and steel enterprises in early period,but they could not meet the requirements demanded by the quality of conversation, transmission distance and busy degree of the frequency in use any more.And therefore taking the application tests for digital wireless systems（DWS）used by iron and steel enterprises as the example,the application of the DWS in production was discussed.This new system not only can solve the problems relating to the analog interphones,but also can meet the requirements the extension capacity conducted by the enterprises in the future without changing old equipment.

iron and steel enterprises;wireless communication;digital

TP368

A

1006-4613（2016）06-0031-03

2016-05-13

赛明顺，助理工程师，2016年毕业于北京交通大学通信工程专业。E-mail：sms-8341@163.com