用于局域環境的語音通信系統

皇甫惠棟 孟小君 陳海燕 丁一杰

【摘要】? ? 針對部分暫無手機網絡信號區域語音通信需求，歸納了適用于局域環境下常用的語音通信系統，對該方面有應用需求人員有一定參考價值。

【關鍵詞】? ? 局域環境? ? 集群通信? ? 4G通信? ? Mesh自組網通信

引言：

我國陸域遼闊，海域廣袤，目前仍然有部分戈壁荒漠或者偏遠海島絕跡人煙，甚至沒有手機網絡信號。在這種環境中開展短期科學考察、工程建設、礦產開發等活動，參與人員需要統一指揮、協調工作，然而距離超過幾十米不借助通信工具溝通就有難度。這種環境下，局域的語音通信顯得尤為重要。目前常用的局域語音通信方式有普通對講機通信、數字集群通信、4G寬帶通信、Mesh自組網通信等。其中，普通對講價格低廉、普及率極高，為大眾所熟知，這里就不再贅述，文中主要對其它幾種局域環境常用語音通信系統進行簡要介紹。

一、數字集群通信系統

1.1系統概述

集群通信系統又稱集群調度系統，是為了滿足行業指揮調度需求而開發的，面向行業應用的專用無線通信系統。由于集群通信系統主要側重于指揮調度通信，其應用可遍及公共安全、交通運輸、公共事業等領域，尤其可以在應對突發事件和自然災害的過程中發揮優勢[1]。從1997年開始信息產業部就專門組織了數字集群通信標準組來制定我國的數字集群通信標準，并于2000年12月28日發布了我國《數字集群移動通信系統體制》標準[2]。

2008年，由公安部科技信息化局召集國內部分有實力廠商研討基于中國國情的警用無線數字集群系統新體制，具有中國自主知識產權，標志著中國的數字集群從無到有，并步入自主高速發展階段。

1.2? 系統特點

1.2.1信道利用率高、成本相對低

采用TDMA（雙時隙）多址方式和動態信道分配技術提高了信道（即頻率）的利用率。信號覆蓋率較廣，在容量和語音質量方面也比較好。多個單位、多個部門共用設備，共用信道又互不干擾，避免了重復建設。

1.2.2架設便捷、入網快速

采用數字化管理，設備體積小、質量輕、便于攜帶。一般分固定基站或車載基站兩種設備形態，固定基站的用戶容量更大，采用定向天線覆蓋距離更遠，車載基站采用一體化設計，集成度更高，隨機架設使用靈活。兩種形態均方便安裝與拆卸，可在不同區域快速布設?；局行目梢赃M行科學、合理的控制和管理，最大限度地縮短手持機入網的平均等待時間。

1.2.3呼叫靈活、保密性強

支持語音個呼、組呼、全呼、緊急報警、強插強拆、環境監聽、全雙工通話、廣播呼叫、電話呼叫等功能。具備簡單數據傳輸功能，支持短消息、狀態信息、告警信息收發等功能。若基站發生故障，集群通信終端之間能夠像對講機一樣脫網直接完成無線通話。支持移動性管理，為移動終端提供位置信息和業務連續性方面的管理，包括登記、漫游、越區切換等業務。提供設備安全管理、用戶和群組管理、數據統計管理等功能。具備安全加密功能，通過鑒權中心服務器、密鑰管理服務器、信道機加密模塊實現端到端、空中接口加密服務，可采用MicroSD Card形態的安全加密模塊，阻斷相同頻率的其它未授權終端接入網絡。

1.3? 系統主要設備及功能

集群通信系統一般由基站（固定式或車載式）、天饋系統、手持終端以及管理服務器（含軟件）等構成，示意圖如圖1-1所示，相關設備如圖1-2所示?；局С諹1（400MHz～430MHz）/U3（350MHz～370MHz），功率一般達幾十瓦，單基站覆蓋范圍不小于10Km（不同環境結果略有不同）。手持終端頻率范圍136MHz～174MHz、350MHz～527MHz、806MHz～941MHz，支持語音呼叫功能，短消息、狀態信息、告警信息等數據功能。

二、4G寬帶通信系統

2.1 系統概述

4G通信網絡技術就是對第四代通信技術的簡稱，它的研究和發展是在3G的基礎上創新運用了WLAN通信技術[3]，該系統與普通民用電信系統類似，均是提供一個4G無線傳輸覆蓋網絡，主要不同在于構建了一個專用網絡，可以依據使用要求靈活配置上下行業務占比。采用4G LTE技術，OFDMA多址接入，基于寬帶移動核心網的組網方式[4]。核心網采用通用服務器硬件，適應性強，并提供多種標準協議接口，提高了組網選型的靈活性。外部接口支持IP連接方式，IP連接方式采用GE接口（FE/GE自適應）。設備與基站的連接方式，提供電口和光口，并提供FE/GE自適應接口。寬帶移動綜合業務IMS基于統一硬件平臺和統一軟件平臺，采用信令/控制面和數據面分離結構。采用多核處理器技術，處理能力強，系統集成度高。支持IP傳輸，提供開放、標準的FE/GE業務電接口、時鐘信號接口、網管接口，且提供多種標準協議接口，滿足多種終端的接入，同時實現與其它服務器設備的互連。

2.2 系統特點

2.2.1分布架構、統一管理

分布式基站將射頻單元部分和基帶單元部分分離，通過光纖連接，最大限度減少饋線損耗，提升了基站覆蓋面積。射頻單元不再受限于機房，可通過抱桿、掛墻等方式靈活安裝。在指揮調度中心為核心的平臺下，實現多種應急指揮方式并存。依托有線網絡、無線網絡，進行現場調度，將實時圖像回傳到指揮中心。

2.2.2帶寬可調、融合性強

對擁有不同頻率資源的行業用戶都能滿足需求，同時可利用現有頻譜及新增頻譜提供多種業務。采用全IP平臺，融合無線、有線，實現語音、視頻和多媒體調度。

2.2.3路由靈活、保密性強

滿足動態組網和抗毀性要求，能適應網絡規模的增長，算法收斂快，支持系統內多種傳輸手段的綜合組網，支持靜態路由和動態路由兩種機制?？梢酝ㄟ^部署密碼機、密鑰分發中心對傳輸數據進行加解密。

2.3系統主要設備及功能

4G寬帶通信系統一般由基站（包括基帶控制單元BBU，射頻拉遠單元RRU）、天饋系統、手持終端以及管理服務器（含軟件）等構成，示意圖如圖2-1所示，相關設備如圖2-2所示?；竟ぷ黝l段為UHF，載波帶寬5MHz、10MHz、20MHz可配。每個RRU單元支持雙通道，單通道最大發射功率≥30W，單基站有效覆蓋距離不小于15km（不同環境結果略有不同）。手持終端基于TD-LTE國際標準，支持LTE TDD/FDD 1.4G/1.8G/400M/600M，同時支持話音、短信、數據、視頻等業務。

三、Mesh自組網通信系統

3.1系統概述

Mesh自組網通信系統，最初是美軍為滿足軍事信息系統中寬帶數據傳輸、支持端到端IP語音和視頻信息以及不采用GPS實現精確定位而建立的[5]，該系統是采用全新的“無線網格網”理念設計的移動寬帶多媒體通信系統。系統所有節點在非視距、快速移動條件下，利用無中心自組網的分布式網絡構架，可實現多路語音、數據、圖像等多媒體信息的實時交互。整個網絡具有頑強的生命力，網絡中任何節點停止工作，都不影響整個網絡的運行，被譽為“打不垮的網絡”。同時，系統支持任意網絡拓撲結構，每個節點設備可隨機快速移動，系統拓撲可隨之快速變化更新且不影響系統傳輸[6]。自組網通信系統適應于不同的使用場景，可以在固定點安裝，也可以在移動的車輛、船舶、人員、機器人、無人機等進行快速無線部署的情形。軟件模塊集成有基站通信、客戶端通信、點對點通信等功能。在現場使用時，視頻采集設備、儀器設備、傳感設備等前端設備可通過雙頻WIFI或網線與無線傳輸設備連接。當傳輸網絡數據時，客戶可以直接使用手持機等終端設備連接WIFI實現入網功能，手持機可開發即時通信軟件，支持視頻、語音、短消息以及多人視頻會議等功能。

3.2 系統特點

3.2.1傳輸穩定、帶寬更大

不依賴于某一個單一節點的性能，如果某一個節點出現故障或者受到干擾，數據包將自動路由到備用路徑繼續進行傳輸，整個網絡的運行不會受到影響。利用Mesh自組網技術，網絡中節點不僅能傳送和接收信息，還能充當網橋對其附近節點轉發信息，隨著更多節點的相互連接和可能路徑數量的增加，總的帶寬也相應增加。

3.2.2結構靈活、便于擴容

每個設備都有多個傳輸路徑可用，網絡可以根據每個節點的通信負載情況動態地分配通信路由，從而有效地避免了節點的通信擁塞?，F場安裝方便，可根據需要添加設備，通過Mesh自組網方式在任意節點加入網絡。

3.2.3拓展性強、切換迅速

設備可內置WIFI發射模塊，前端設備可通過雙頻WIFI或網線與傳輸設備連接，可根據需要自由選擇連接方式。移動設備同時保持連接多個Mesh基站，可以快速的在基站之間進行信號切換，實現“靜中通”與“動中通”靈活組網。

3.3? 系統主要設備及功能

一個Mesh自組網通信系統一般包含若干部自組網電臺（可附加WIFI功能）、多部無線手持機、其它網絡終端以及管理服務器（含軟件）等構成，示意圖如圖3-1所示，相關設備如圖3-2所示。自組網電臺工作頻率2212MHz～2732MHz/4800～6275MHz，預裝WIFI發射模塊，可同時支持5.8G和2.4G頻段WIFI覆蓋。單個Mesh自組網設備功率為數瓦，可以在阻擋環境下傳輸2km～3km（不同環境結果略有不同），可按照實際需求布設基站數量來擴展信號覆蓋范圍。Mesh手持機設備體積小巧，便于攜帶，作為基站臺或便攜臺節點的無線擴展和延伸，可方便深入突發事件現場或密集人群中，將高清視頻等多媒體信息實時回傳，從而讓指揮人員能夠實時直觀掌控現場態勢。

四、三類系統主要區別

1.帶寬不一樣。數字集群通信一般屬于窄帶通信，4G通信系統與Mesh自組網通信系統屬于寬帶通信，提供的業務速率更高，業務種類更豐富。

2.通信方式不一樣。數字集群通信系統是通過信令方式占用信道通話，4G通信系統與Mesh自組網通信系統是通過VOIP的方式通話。

3.保密措施不一樣。數字集群通信系統、4G通信系統可在終端和網絡側分別部署密碼機，網絡側部署密鑰分發中心。Mesh自組網通信系統是基于網絡的安全保密措施。三種通信系統都能夠提供一個相對安全的傳輸過程。

五、結束語

本文對數字集群、4G寬帶、Mesh自組網三種目前常用的局域語音通信方式進行了簡要介紹，并總結了主要區別，對該方面有應用需求的人員有一定參考價值。

參? 考? 文? 獻

[1]? 岳曉東.TD-LTE與TETRA 在軌道交通行業的對比分析.都市快軌交通.第31卷第5期2018年10月.

[2]? 鄭祖輝.集群通信在中國.當代通信.2003年08期.

[3]? 孫翔.4G通信技術的主要特點和主要應用分析[J].中國新技術新產品，2016，10（18）：18.

[4]? 李紅艷.關于4G通信系統關鍵技術探析. 通信技術. 2016-05-30.

[5]? 劉覓，彭木根，王文博.基于IEEE802.16-2004標準的Mesh機制[J]中國電子科學研究院學報，2006，1（1）：75-80.

[6]? 李茗，黃宇紅.無線Mesh網絡體系結構及應用模式研究.中國通信學會.移動增值業務與應用.學術年會.