同频同播技术在城市消防无线通信中的应用

■ 张以健 长沙市消防救援支队

随着我国社会经济水平的全面提高，城市高层建筑的电磁干扰性越来越大，消防抢险救灾工作不仅越来越复杂，而且特殊化、全局化的特点逐渐突出。在实际消防工作中参与部门和人员数量大，联合作战的难度也越来越高，必须要保证通信指挥中心与救援现场的无缝无阻链路，才能更好地扩大通信覆盖面积，避免电磁干扰信号的影响，全面提高消防无线通信的通话音质水平。

一、城市消防无线通信现状

我国城市消防无线通信网络在组网的过程中，一般会选择在城市中心区域无线通信地带建设高塔、高架天线以及中转站等实现本地覆盖。在实际使用过程中，这类方式受多种因素影响存在许多局限。首先，最突出的短板就是信号接收效果的不断恶化，在高层建筑的影响下会产生多方面的信号干扰。其次，以制高点+中转台的设置形式，无法形成良好的无线通信网络，且高层建筑会阻碍高端无线电波的信号，尤其是在距离中转台近的位置存在明显的无线通信盲区，必须远离中转台才能获得良好通信效果。最后，虽然中转台处于相对较高的位置，但是在距离逐渐加大的过程中，整体的场强也会快速减弱。不仅如此，在移动台附近存在更强的无线电场时，大功率无线寻呼发射机的弱信号很容易被完全屏蔽，进而造成消防无线通信中断[1]。为了更好地解决在城市消防无线通信网络中的覆盖问题，必须进一步探索适应性更强的消防无线通信技术，以此来构建更高效的消防通信系统。

二、同频同播系统及技术的优势与功能特性

同频同播系统是从传统的单基站通信系统中演变过来的，其中还融合了常规多基站通信系统。所谓同频同播就是通过在整个覆盖区域设置更多同频中转台，并借助链路将中转台信号连接，使每个中转台相互连接可以使用相同载波频率发射信号，以此来有效加大无线通信网络的覆盖范围，全面提高无线覆盖区域通信信号可靠性，优化通信质量最终实现无线通信网络的新型通信系统。不同于以往覆盖范围受限、通信信号质量不佳的无线网络系统，随着同频同播系统的出现，极大地提升了城市消防无线通信网络的信号质量水平。

同频同播系统在组网的过程中操作更灵活且便捷，不仅能够实现全方位覆盖还有着可靠性更强的突出优势，整个系统的频谱利用率更高，用户在使用的过程中可以感受到更简便的信号服务，且移动用户在覆盖范围内更不需要额外转换频道。由于安装过程相对简便，可以根据消防工作的实际需要自由增加基站，不仅如此，消防通信系统中原有的无线通信电台也能在同播系统中使用，可以很大程度上简化结构，使整个建设周期有效缩短。在消防无线网络系统构建的过程中，更适用于频率资源较少、范围覆盖要求较大且通信业务量较低的无线网络，在配合消防部门作业的过程中，不仅能作为备用网还可以作为主网使用。其中，多中转台的形式在实现多方位覆盖的基础上，还能有效抵消移动用户所承受的方向阻碍，即使其他方向射入有干扰性的中转信号，依然可以保证良好的通信效果。而且由于布点数量多，可以更好地覆盖以往无法覆盖的区域，并能够有效抵消多径干扰和阴影干扰，使整个覆盖区域的场强更均匀，质量效果更可靠稳定[2]。

同频同播技术的主要特征表现在以下几方面：第一，是保证载波频率的一致性。通过利用GPS原子钟可以将无线载波通信频率精确地控制在10Hz范围内，满足通信同播的要求。第二，是同时性。要确保信号能够同时播出且同时到达，并避免出现重音或回声现象。同频同播技术在应用时，当接收机位的同频信号强度差大于6dB时，强信号会抑制替代弱信号，所以就不存在音频信号延迟的情况。在信号强度小于6dB的交叉区域，两信号的音频延迟在固定范围内也可以满足同播的需要，从理论上来说中转站距离在3km之内就能满足需要，因此在架设中转站的过程中必须根据实际情况来确定交叉覆盖区域的具体范围，以此来更好地确保实现同频传播的需求。

三、同频同播技术在城市消防无线通信系统中的应用

城市消防无线通信系统在应用同频同播技术时，应从同频信号干扰的覆盖根源入手，并将卫星定位技术、锁屏技术、延迟控制技术以及场强判断技术引入其中，以此形成一系列的信令控制系统，从而有效减少各类通信信号干扰，保证消防无线通信的质量水平，进一步实现无限延伸和无缝覆盖，更好地保障覆盖区域的通信可靠性，为消防救援的工作开展提供更多通信技术上的支持。

（一）载波频率同步技术

在应用同频同播技术的过程中,采用同步技术可以使基站的发射频率与频率参考源同步进行，能够有限消除重叠区域的信号干扰。在解决发射载波频率差的问题时，可以采用GPS卫星时钟同步技术、高精度授时技术和晶振驯服技术，并将内部晶体的振荡器输出频率控制设定在GPS信号上。当发射频段处于350MHz时，为了保证重叠区域移动用户接收端处理不同基站载波频率能够小于1Hz，且更好地弥补人耳无法分别的频差载波，可以采用GPS时钟同步技术来进一步避免同频干扰，提高消防应急救援中的对话音质[3]。

（二）调制信号的幅度均衡技术

在同播同频技术的应用中，调制信号的幅度特性会受传输网络基站的调制指数影响，且调制信号幅频的差异性会引发无线信号重叠区域的信号接收失真情况。因此，为了更好地保证发挥同播同频技术的特性和优势，必须精确选择信号幅度调制均衡，通过严格的筛选和精确的调试，进一步缩小相邻基站之间的性能参数差异，在合适范围内保证音频幅度的均衡和一致性。

（三）调制信号的相位均衡技术

通常情况下，在消防救援中无线通信信号受不同路径延时的干扰，链路中转台的输出话音信号应通过不同的同播同频基站发射器将信号传送到移动手持无线电台。不仅如此，还要考虑到重叠区域内移动无线电台在接收音频信号过程中存在的相位差，以卫星GPS技术为支撑，为调制信号提供均衡相位和高精度标准时间，更好地调整各个发射机的音频延迟信号，保证信号重叠区域的音频同相。

（四）场强判选技术

一般在无线网络信号区域内出现多个同频基站接受载波信号，而这些同频基站所接收到的载波信号却是强弱不等的，在消防救援的过程中，如果将这些载波信号通过中心链路基站下发到各个同频无线基站，在消防通信连接网络中必然会产生较大的通话杂音。为了提高消防通话信号的质量，必须加强信号场强判断，同时进一步筛选出信号质量最高的线路。这时可以应用场强判选系统检测各同频基站的检测场强，将收到的信号场强数据经由链路机呈送至链路中心将信号进行全面比较、综合分析和智能判选，选出一个质量水平最好的信号再输出，同时将其发送至同播基站的发射机中，保证各移动端无线通信系统的清晰通话效果。

四、城市消防无线通信同频同播系统的组网

就城市消防无线通信同频同播系统的整体来看，其组网的最大优势在于站点选择的灵活性，可以很大程度上有效克服在架设条件上的限制。不仅如此，基于链路组网的连通布设基站可以缩减在日常维护和管理中的支出，同时保证质量更高的语音通话信号，传播的速率水平也更高且更稳定，保证消防无线通信系统始终处于最佳的语音通话状态，且有更强的抗干扰水平，确保消防通信系统的安全性与可靠性。在应用同频同播技术的过程中，应建设专门的技术网络系统，同时还要结合城市消防工作的实际情况设计科学合理的组网方案，为城市消防应急救援工作提供更优质的通话条件[4]。

（一）同频同播系统的组网流程要点概述

以我国某城市消防队伍的同频同播系统构建过程为例，在组网过程中需要从甲移动台发出呼叫信号，同时在同播站A、B建立同步的信号接收体系和链路信道机制。通过结合不同时序的信号链路基站内容并加强分析，确保无线通信系统具备信号质量分别识别功能，以此来建立功能更完善的链路基站。在组网的过程中，同频同播技术系统会对多个基站的整体信号进行自动优劣辨别，同时向主基站传播通信信号，如果同播站A的通信信号接收能力更强，则会被设置为主站，以该站的上下行作为中转站，其余同播站设置为从站。构建完成的同频同播无线系统网络在移动平台发出消防呼救信号时，同播站A会将信号快速传送到中心基站中，同时全面控制消防无线网内的所有同播站，以此实现整个消防网络区域内同频信号的全方位覆盖。另外，在过程中相关操作技术人员还需要通过触发发射按键来实现系统连接，确保各个移动台在每次消防通话的过程中能够有效地占用信号接收场强最佳的同播基站，使无线网络通信系统话音质量标准不断提高。

（二）同频同播系统的组网链路选择分析

首先，必须考虑到城市消防救援工作的实际情况，充分结合无线同频同播网络的建设组建要求，通过移动台、同播台的话音通信系统建立专门的消防专用频点，确保频段在350MHz，保证同播站和链路基站通信建设的实效性。还是以上述城市的消防队伍所建立的同频同播系统为例，其采用的频率标准为350MHz的无线模拟链路不仅可以保证清晰的通话质量，还能有效提高消防工作的整体通信效率水平。更好地提高同频同播系统的适用性，确保有效适应不同城市消防工作的资源频率，降低通信网络的构建造价。

其次，在无线数字的扩频微波选择上，消防队伍应选择扩频微波机制范围在2.4～5.0GHz的组网链路，并以开放性频段构建链路带宽机制，进一步提升整体同频同播系统设备的通用性和可靠性，保证无线系统在通话音质、音量、扩展功能以及图像传输上的技术优势，以专业的消防无线组网减少信号干扰。

最后，还要积极引进有线数字链路，通过有线数字链路网络实现更方便、快捷且带宽传输效果更好的同频同播无线通信系统组网，再引入长期的光纤链路资源，在保证投入经济成本合理利用的基础上提高整体通信网络的话音质量，避免通信延迟，为消防救援工作提供更好的通信信号，促进城市消防队伍的综合战斗力不断提高。

另外，通过对多个城市消防队伍的实际调查发现，当前许多消防队伍会同时使用有线链路和无线链路，建立综合混用的同播系统，以某城市消防总队和各个支队的通信联络过程为例，多数条件下还是会使用有线数字构建通信网络系统，同时搭配无线通信链路，可以保证各个支队中转站基站架设一步到位，以此形成混合型的链路同频同播系统，借助无线和有限通信技术内容，确保切实提高城市消防队伍在救援活动中的数据传播水平，使同播系统更完善，同时有效控制链路系统的租用费用，全面保证任务执行过程中的话音质量满足消防工作的各方面需要。

（三）同频同播系统的组网场强判定

组网场强的判定关系通信信号的强弱，直接影响消防系统的通话音质水平，因此为了避免产生干扰性杂音，避免通信服务的网络延迟，必须要保证同频同播系统的组网场强判定水平。一方面，要保证消防无线网络系统的多个同频基站能够高效接收载波信号，确保消防队伍能够结合同频基站的实际情况建立充分接收载波信号的无线网络节点，结合载波信号中心的链路基站避免信号节点强弱不一。另一方面，在组网场强判定的过程中还要建立全面的监测启动机制，通过加强对场强链路的分析，保证判定的合理性，将基站信号及时地传送到各个同播基站中，确保各移动中转站能够接受并发送高质量语音通信信号。

五、结语

综上所述，为了更好地提升消防救援行动的应急反应能力和效率水平，必须保证不断提高通信系统的信号质量。相关部门和人员应全面认识到同频同播系统与技术在城市消防无线通信网络中的突出优势，同时进一步探索相关技术的创新应用与全面升级，不断扩大通信基站的覆盖范围，解决无线网络的盲区问题，保证调度、指令等通信信号的高效、安全和快速传递。