第二章　无线通信

第一节　无线通信系统

一、350MHz常规无线通信系统

（一）系统体系结构

常规无线通信系统俗称无线常规网，一般由无线通信基站、基地台和移动台组成。无线通信基站分为固定无线通信基站和车载无线通信基站，移动台分为车载台和手持台。其功能如下。

无线通信基站：进行覆盖区内的无线信号转发，为不能直接通信的终端提供中继转发服务。固定无线通信基站一般建在需覆盖区域内制高点以提供更好的覆盖效果，车载无线通信基站集成在通信车上，可以机动开设，灵活进行补网或中继。

基地台：配置在各级消防指挥中心和消防站，完成消防指挥中心和消防站与灭火救援现场的指挥通信。

车载台：配置在消防车上，完成消防力量在行进中的指挥通信。

手持台：灭火救援现场的指挥员、班长、战斗员配置手持台，完成现场指挥和灭火救援单兵间话音通信。

公安部消防部队当前使用的常规无线通信系统是350MHz超短波无线常规网，一般为各支队/大队独立组网，采用的技术体制一般为350MHz模拟中继体制，无线常规网技术结构如图2-1所示。

（二）工作原理

常规无线通信系统从组网方式上分为四种，各种系统工作原理大同小异。

1.单频单工无线通信系统

系统设备简单、工作方便，网络中各种电台均为单频单工，按键发话，松键收话，一个电台呼叫，其他所有同频电台均可收到，便于协同作战和指挥。在同一个时间，只能有一个电台发话，一个系统内电台数量多时，可能出现拥堵和抢话情况。

2.异频半双工大区覆盖通信系统

系统中设置双频双工转信台，利用大功率发射机、高架天线进行大区域覆盖。移动台一般为异频单工方式，通过转信台中转进行通信。通过一个转信台中转的通信半径一般为20～30km，在大型城市不能保证覆盖全市，需要在城市建立多个转信台，转信台出故障时全网通信瘫痪。由于采用了双频制，转信台还可以设置有线/无线的接驳功能。

3.多基站大区覆盖通信系统

在城市建立多个基站（转信台），每个基站使用不同的通信频率，覆盖城市的一部分区域，达到覆盖全市的目的。这时，消防指挥中心需要设置多个不同的通信频率电台，分别守听从各个基站（转信台）发来的呼叫。同时移动电台需要预设多个通信频率，进入不同的基站（转信台）覆盖区域时切换到本地通信频率。

4.同频同播多基站大区覆盖通信系统

城市内建立多个基站（转信台），使用相同的通信频率，一个电台呼叫，多个基站（转信台）同时转发，所有系统内电台均可收到，形成一个覆盖全市的无线电通信网。在技术上，同频同播多基站大区覆盖通信系统需要一套信号同步控制系统。在使用上，虽然用多个基站扩大了通信覆盖区域，但是网内在同一个时间，只能有一个电台发话，其他电台收听，网内电台数量多时，可能出现拥堵和抢话情况。

二、350MHz集群无线通信系统

（一）系统体系结构

集群无线通信系统由基站、移动台、调度台以及控制中心组成。基站由若干无线收发信机、天线共用器、天馈线和电源等设备组成，天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器，天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线；移动台是用于运行或静止中进行通信的用户台，它包括车载台、手持台，由收发信机、控制单元、天馈线和电源组成；调度台是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发信机、控制单元、天馈线、电源和操作台组成，有线调度台只有操作台；控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续，它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。

无线集群通信系统结构图如图2-2所示。

（二）工作原理

1.集群无线通信系统的特点

（1）集群通信使用的频率。消防部队使用的集群通信系统的工作频段主要是350MHz频段，邻道之间的频率间隔为25kHz。集群系统中，通信的双方（基站和用户终端）采用多对双工频率，在控制中心的控制下，按照动态分配的方式实现双向通信；每个信道的上下行频率间隔为10MHz。

（2）集群通信的工作方式。集群通信系统中基站采用异频全双工的工作方式，用户终端则根据不同的业务需求采用不同的工作方式。调度模式下，采用异频半双工方式；电话模式下，若用户终端为全双工类型的终端可采用异频全双工方式；若为单工用户机，则只能采用异频半双工方式。

（3）集群系统的组网方式。模拟集群系统一般采用小容量大区制的覆盖（又称为单站结构），联网的模拟集群系统和数字集群系统一般采用大容量小区制的覆盖（又称为蜂窝网结构）。

所谓大区制是指用一个基站覆盖整个业务区，业务区半径一般为30km左右，可大至60km。大区制一般可容纳数百至数千用户。

所谓小区制是将整个服务区划分为若干无线小区（又称基站区），每个小区服务半径为2～10km。信号覆盖完全不重叠的两个小区可以使用相同的频率，通过频率复用的方式提高有限频率的利用率。

（4）集群系统的基本功能。各类集群系统共有的基本功能如下。

●　具有强大的调度通信功能。

●　与公共电话网互联的电话通信功能。

●　智能化的用户管理功能。

●　智能化的无线信道分配管理、系统控制和交换功能。

2.集群通信系统分类

（1）按控制方式分类。有集中控制和分布控制。集中控制是指一个系统中由一个独立的智能控制器统一控制、管理资源和用户。分布控制是指每个信道都有一个单独的控制器，这些控制器分别独立地控制、管理相应的系统资源和一部分用户。

（2）按信令方式的方式分。有共路信令和随路信令方式。共路信令是指基站或小区内设定了一个专门的信道作为控制信道，用以接收用户机发出的通信、入网等请求信号，同时传输系统的控制信令，向用户下达信道分配信息和用户通知信息。随路信令是指人为定义每条信道的一部分频带供信令使用。

（3）按通话占用信道的方式分。有信息集群、传输集群和准传输集群。信息集群是指用户完成一次通信后，该信道仍为该用户保留一段时间（一般为10s左右），以确保该用户在这段时间内再次呼叫时仍能成功占用信道，如此来保证通信的完整性。传输集群是指当用户完成一次通信后，信道立即释放，以提供系统再次分配，以提高系统资源的利用率。准传输集群是介于以上两种之间的一种集群方式，即信道保留的时间略短于信息集群（一般为3s左右）。

（4）按信令占信道方式分。有固定式和搜索式。固定式是指信令信道（控制信道）是系统中固定的一个信道，用户在入网或业务请求时固定向该信道发起请求。搜索式是指信令信道不固定，由系统随机指定，用户每次入网或业务请求均必须搜索信令信道。

三、短波通信系统

本部分以短波单边带通信系统和短波自适应通信系统为例，介绍短波通信系统的体系结构及工作原理等。

（一）系统体系结构

1.短波单边带通信系统

单边带通信系统通常由单边带发射机、单边带接收机、终端设备、电源设备和天线馈线设备等部分组成。图2-3给出了单向工作的单边带通信系统方框图。

2.短波自适应通信系统

短波自适应通信系统基本组成框图如图2-4所示。

（二）工作原理

1.短波单边带通信系统

（1）单边带发射机基本原理。典型的单边带发射机由单边带信号发生器、线性功率放大器及频率合成器等部分组成，如图2-5所示。

下面主要说明单边带信号产生的基本原理。

根据单边带信号的特点，单边带信号产生的方法可归纳成滤波法、相位补法（也称分解法）及合成法（也称包络线消复法），目前我国生产的单边带电台基本上都采用滤波法。下面简单介绍利用滤波法产生单边信号的基本原理。

①形成载波被抑制的双边带信号，要获得抑制载波的双边带信号，目前最通用的方法是用相乘器作载频抑制电路。

②无用边带的抑制相乘器只完成载频的抑制，因此要形成单边带信号尚需设法把其中一个无用边带抑制掉。若信号是通过上边带送出去，则下边带就是无用边带。若信号是通过下边带送出去，则上边带就是无用边带。所谓滤波法，实际上就是指无用边带的抑制是采用了带通滤波器的方法。在相乘器的输出端接一个带通滤波器，让有用边带通过，而抑制无用边带，这样在滤波器的输出端就得到了单边带信号。

③频率搬移。单边带发射机的边带抑制比为-40～-70dB，无用边带和有用边带的最小间隔为600Hz，这就对边带滤波器衰减特性过渡带的斜率提出了严格的要求。因此，为了保证规定的边带抑制比，若边带滤波器采用电感电容滤波器，则只能在很低的载频上形成单边带信号，然后再通过频率搬移，把在低载频上形成的单边带信号搬移到工作频率范围内。

（2）单边带接收机的基本原理　单边带接收机由以下三部分组成。

①接收机的线性部分。接收机的线性部分除了预选器和高频放大器外，实际上相当于发射机的频率搬移部分，通过2次变频，把高频单边带信号的频谱搬移到低载频的范围内，并加以放大。

②接收机的解调部分。接收机解调部分的作用实际上还是进行频谱搬移，将单边带信号搬移到话音频谱范围内。

③频率合成器。频率合成器的作用和发射机的作用相同，和发射机一样，有些单边带接收机，其频率搬移部分也和频率合成器组成在一起，此时单边带接收机方框图如图2-6所示。

2.短波自适应通信系统

Real Time Channel Evaluation，RTCE技术和自适应技术合在一起统称为短波自适应技术。从广义上讲，所谓自适应就是能够连续测量信号和系统变化，自动改变系统结构和参数，使系统能自行适应环境的变化和抵御人为干扰。因此，短波自适应的含义很广，包括自适应选频、自适应跳频、自适应功率控制、自适应数据速率、自适应调零天线、自适应调制解调器、自适应均衡、自适应网管等。从狭义上来讲，一般说的高频自适应，就是指频率自适应。短波自适应通信技术主要是针对短波信道的缺陷而发展起来的频率自适应技术，通过在通信过程中不断测试短波信道的传输质量，实时选择最佳工作频率，使短波通信链路始终在传输条件较好的信道上。短波自适应通信技术有如下的作用。

（1）有效地改善衰落现象。信号经过电离层传播后幅度的减小现象叫做衰落，这是一种最常见的传播现象。衰落的主要原因有多径传播、子波干涉、吸收变化、极化旋转和电离层的运动等。衰落时，信号强度减小为原来的几十分之一到几百分之一，衰落的周期由十分之几秒到几十秒不等，严重影响了短波通信的质量。采用自适应通信技术后，通过链路质量分析，短波通信可以避开衰落现象比较严重的信道，选择在通信质量较稳定信道上工作。

（2）有效地克服“静区”效应。在短波通信中，时常会遇到在距离发信机较近或较远的区域都可以收到信号，而在中间某一区域却收不到信号的现象，这个区域称为“静区”，产生“静区”的原因，一方面是地波受地面障碍物的影响，衰减很大；另一方面是对于不同频率的电波，电离层对其反射的角度不一样，因而造成了在天波反射超出，地波又到达不了的区域不能正常通信。采用短波自适应通信技术，可通过自动链路建立功能，系统可以在所有的信道上尝试建立通信链路，找到不在“静区”的信道工作。

（3）有效的提高短波通信抗干扰能力。短波电台进行远距离通信，主要是靠电离层反射来实现的，因此电离层的变化对短波通信影响很大，特别是太阳表面出现的黑子会发射出强大的紫外线和大量的带电粒子，使电离层的正常结构发生变化。对于不同的短波频率，电离层对其发射能力不同，而电离层的变化，对不同的频率的电波的影响也不相同。同时，短波通信过程中外界的大气无线电噪声和人为的干扰，这些因素已成为高频通信系统顺畅的主要干扰源。采用自适应通信技术，可使系统工作在传输条件良好的弱干扰或无干扰的频道上。目前的短波自适应通信系统，已具有“自动信道切换”的功能，当遇到强干扰时，通信系统做出切换信道的响应，提高了短波通信的抗干扰能力。

（4）有效地拓展短波通信业务范围。由于采用了数字信号处理技术，短波自适应通信系统不仅可以进行传统的报话通信，而且在外接数字调制解调器和相应的终端设备（如计算机、传真机等）时，可以进行数字、传真和静态图像等非话业务通信。

高频自适应通信系统是在20世纪80年代初出现的一种新型短波通信系统。虽然短波自适应通信系统产品繁多，但基本功能大同小异，例如美国生产的RF-7100系列自适应通信系统，其商标为AU-autolink，含义为能自动建立线路；又如ALIS系统，全名为自动线路建立（Automatic Link Set-Up）。可见，短波自适应通信系统是利用信令技术连通电离层，自动选择和建立线路的通信系统。

它的基本功能可归纳为以下四个方面。

（1）RTCE功能。短波自适应通信能适应不断变化的传输媒质，具有RTCE功能。这种功能在短波自适应通信设备中称为线路质量分析（Link Quality Analysis，LQA）。为了简化设备，降低成本，LQA都是在通信前或通信间隙中进行的，并且把获得的数据存储在LQA矩阵中。通信时可根据LQA矩阵中各信道的排列次序，择优选取工作频率。因此严格地讲，已不是实时选频。从矩阵中取出的最优频率，仍有可能无法沟通联络。考虑到设备不宜过于复杂，LQA试验不在短波波段内所有信道上进行，而仅在有限的信道上进行。因为LQA试验一个循环所花费的时间较长，所以通常信道数不宜超过50个，一般以10～20个信道为宜。

（2）自动扫描接受功能。为了接收选择呼叫和进行LQA试验，网内所有电台都必须具有自动扫描接受功能。即在预先规定的一组信道上循环扫描，并在每一信道停顿期间等候呼叫信号或者LQA探测信号的出现。

（3）自动建立通信线路。短波自适应通信系统能根据LQA矩阵自动地建立通信线路，这种功能也称为ALE（Automatic Link Establishment）。自动建立通信线路是短波自适应通信最终要解决的问题。它是基于接受自动扫描、选择呼叫和LQA综合运用的结果。这种信道估计和通信合为一体的特点，是高频自适应通信区别于CURTS探测系统和Chirp探测系统的重要标志。

（4）信道自动切换功能。短波自适应通信能不断跟踪传输媒介的变化，以保证线路的传输质量。通信线路一旦建立，如何保证传输过程中线路的高质量就成为一个重要的问题。短波信道存在的随机干扰、选择性衰落、多径等都有可能使已建立的信道质量恶化，甚至达到不能工作的程度。所有短波自适应通信应具有信道切换的功能，也就是说，即使在通信过程中，碰到电波传播条件变坏或遇到严重干扰，自适应系统应能做出切换信道的响应，使通信频率自动跳到LQA矩阵中次佳频率上。