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警用无线对讲机及其标准 1 对讲机的基本概念 概念 对讲机的英文名称是twowayradio 它是一种双向移动通信工具 在不需要任何网络支持的情况下 就可以通话 没有话费产生 适用于相对固定且频繁通过话的场合 分类 从通信业务上可分为公众对讲机 数传对讲机 警用对讲机 航空对讲机 船用对讲机 2 警用对讲机的工作频段 国家无线电管理部门为了确保以上特殊部门通信业务的安全 专门规划出若干组频率供其使用 频率范围从350 390MHz其中350MHz 370MHz主要用于公安系统使用 这一段频率行内称为350MHz低端 370MHz 390MHz为其它部门使用 这一段频率行内称为350MHz高端 这一类对讲机统称为350MHz警用对讲机 3 警用对讲机简介 警用无线对讲机是专门为公安 检察 法院 司法 安全 海关 军队 武警八个部门进行无线通信业务联系的对讲机 由于警用业务的特殊性 其使用的工作环境 使用要求 以及其通信业务的性质和其它普通对讲机还是有所不同 除了可靠性 耐用性好以外 还要求警用对讲机功能要强大 性能要优越 要结实坚固 能防震 防撞击 还要轻巧 使用方便 电池容量要大 待机时间要长 有些部门还有特殊要求 如要有通信保密技术 4 警用对讲机的分类 警用对讲机 常规通信用 集群通信用 专业通信网络中使用 非网络中使用 MPT1327信令的集群系统 其它制式集群系统 5 公安系统中使用警用对讲机是数量最多的 在公安系统中使用警用对讲机 必须要通过公安部的对讲机入网检测 要满足公安部 公安移动通信网警用自动级规范 的要求 如CPSX编号计划 动态重组功能 报警功能 单键启动等 集群对讲机则要符合MPT1327信令标准 要适合公安部CPS X及MPT1343拨号方式 集群对讲机要既能在集群系统中使用 还能方便切换到常规信道模式使用 即具有脱网功能 脱网是指当在近距离单工通信或超出系统覆盖范围的场合时 可利用对脱网功能 暂时离开集群系统 和其它移动台直接通话 6 7 健伍TK355 8 MOTOROLAPTX760专业对讲机350M 9 mcx600是350兆集群机器摩托罗拉 10 二 专业陆地移动通信 专业陆地移动通信自1920年代诞生以来 一直用来满足各工业企业 政府 公共安全和其它组织的内部调度指挥通信需要 发展到今天 狭义的专业陆地移动通信主要指工作在VHF UHF和800MHz频段的常规对讲和集群移动通信系统和设备 专业移动通信的应用范围非常之宽广 不同专业用户有许多个性化 差异化的需求 专业无线电业务提供话音通信或数据通信 使行业用户对其工作和生产过程能够有效实施控制 保护员工或公众安全 在自然灾害和其它紧急情况下快速反应 在专业移动通信领域 无论常规对讲系统还是集群移动通信系统都有其存在的价值 个性化和差异化造就了技术创新的空间 11 用户分类 专业移动通信的用户基本上可以分为下列几类 公共安全类 包括警察 消防 急救等用户 交通运输类 包括铁路 城市轨道交通 机场 港口 公交 货运等 市政服务类 包括电力 水务 煤气 供暖等 服务业 包括批发 零售 分销 金融 快递等 政府部门类 包括各级政府 园林绿化 城市路灯等 工业企业 包括采矿 冶炼 制造业等 军事 例如非作战和后勤部门等 12 功能要求 专业陆地无线通信 包括常规对讲机和集群对讲机 用来保障现场人员或非现场人员的联系 以确保有效的指挥控制 其共性要求是 按讲通信 即按即讲 特别在紧急情况下 或者对于通信建立时间过长 例如500毫秒 不可接受的用户 只有对讲机可以保证其直接 即时 面向关键任务的通信 组呼通信 保证事先定义的或者临时定义的组的成员之间可以即时通信 话音清晰 使用户可以在嘈杂环境下都能听清楚 设备坚固耐用 要求设备能够承受高温 低温 跌落 防水防尘 冲击 振动 电磁兼容等要求 具备在恶劣的环境中使用可靠通信网络可靠 安全 确保网络的独立性和可靠性 维持可靠通信指挥和控制的要求 可以有效协调和调度关键任务操作 包括支持预案化的操作 13 在数据应用方面 对移动数据的需求开始显现 例如自动车辆定位和单兵定位 现场无线接入企业 政府数据库 现场收集的数据同步传送到办公室 不需要回到办公室重新输入 减少人为差错 工作状态和工作指令的数字化 越来越多的用户期望通过关键数据的传送 来提高组织机构的生产率 降低操作成本 减少工作循环时间 改善用户服务 提高个人安全性 更加有效利用无线电资源 减少语音业务负荷 减少阻塞 14 专业陆地移动通信数字化的趋势 数字通信技术正在取代模拟通信技术 在专业陆地移动通信领域也是如此 与模拟常规和模拟集群通信技术相比 数字常规和数字集群通信技术为专业移动通信带来许多革命性的变革 数字技术可以更高效利用无线电频谱资源 数字通信系统在一个频道上能够承载多个业务信道 从而容纳更多用户 提高频谱利用率 作为一种解决频率资源不足的方案 具有长远的意义 提供话音和数据综合业务 用户能够获得更多 更准确的信息来提高工作效率 与模拟通信技术相比 数字通信系统具有更强的数据处理功能 使更多的数据应用可以被集成到一台无线通信设备中 使用户的应用解决方案更完善 数字通信技术能够在更大的范围内改善话音音质 提升通信质量 由于数字通信技术拥有系统内纠检错功能 和模拟通信技术相比 可以在更大范围内传送准确的语音和数据 减少话音失真度和数据误码率 数字系统对环境噪声有出色的抑制能力 在非常嘈杂的环境下也能收听清晰的话音 15 三 数字对讲机和数字集群 基于近年来所发生的海啸 冰雪暴 汶川8级特大地震等突发事件 数字集群及社会与城市应急联动系统 乃至公众通信网络 如何快速 有效应对这类破坏能力特强 破坏面积特大 破坏速度特快的突发事件是一个严峻的挑战 它决非原先一般 预案 所始料 而且它可能一瞬间或很快使常规通信手段 包括地面应急通信手段彻底瘫痪 立即使之丧失通信联络与协调指挥能力 对此各类具快速移动个人连接能力的通信手段 诸如不同类型的各种卫星通信设备与对讲机即成为重要联络指挥手段 对讲机与集群通信这两种手段始终相辅相成 构成大企业与社会部门 中小企业乃至个人与小群组 及重大集会与突发事件时进行快速联络与指挥调度的不可缺少的重要手段 各有其不同技术特征与市场定位 并且均由模拟方式向新一代效率更高 甚至带宽能力更强的数字 全数字方式演进发展之中 16 3 1数字对讲机 数字对讲机是将语音信号数字化 以特定的数字编码方式和基带调制形式 并采用数字信号处理器进行优化处理的数字化 全数字化通信方式 传统模拟对讲机是将语音 信令等信号以连续波方式调制到对讲机载频上 再经放大 收发等处理 以实现个人对个人或对较小群组的一组人的对讲通信 它具有技术成熟 系统完善 成本相对较低等优点 但通信质量及频谱利用效率往往较低 从成本以及面向的使用客户不同 可将数字对讲机分为几类 DPMR DMR TETRADPMR 成本最低 广泛使用与业余使用者 酒店旅游餐饮等场景下 DMR 成本比较高 适用于行业用户 比如矿业 林业 保安 等 TETRA 成本最大 适用于安全性要求极高的场合 比如军队 公安 17 数字对讲机的基本优点 可以更好地利用频谱资源 可以在一条指定的信道上用适当的多址方式容纳更多用户 以提高频谱利用效率 例如以TDMA多时隙方式的数字对讲机为例 相对模拟对讲机信道间隔为25kHz而言 12 5kHz和6 25kHz两种数字对讲机信道间隔 前者是2时隙 后者为4时隙 目前这两种间隔信道采用的都是约为4 8kbps的语音编码 只不过12 5kHz的信道内可以有两路语音 也可通一路语音 另一路可传输数据或作为中继使用 由此容量更高 业务应用灵活性亦更大 18 可获得较好通信质量 由于采用数字调制 编码 包括FEC等数字处理通信技术 可获得更高抗干扰能力与功率儲备 及确保更好语音等通信质量 声音通常也更清晰 可提高和改进语音和数据等应用集成能力 与类似集成模拟的语音及数据系统相比 数字对讲机可以提供更好的数据处理及界面集成功能 使语音和数据服务应用集成更方便 更完善 与传统的模拟对讲机相比 可获得更好的语音抗干扰能力与保密性 信道占用带宽更窄及传输数据能力更强 在设备制造中可充分利用数字化 全数字化特点 提高其量产能力 信价比及有利前向扩展演进 因此 由模拟对讲机向数字对讲机演进是对讲机发展的必然趋势 当然 这种演进发展亦必需有一个可操作的合理的过渡过程 19 数字对讲机的标准 欧洲电信标准协会 ETSI 制定的数字对讲机标准是最具国际影响力的地区性标准 包括DMR和dPMR数字对讲机标准 ETSI于2005年12月发布了dPMR 数字专用移动无线电 标准 该标准规定了物理层和数据链路层的基本参数 以及支持的业务 dPMR的市场定位是公众对讲机 只支持对讲机和对讲机直接通信的操作模式 工作频率为446 1 446 2MHz 即频率使用免许可 最大有效辐射功率为500mW 多址方式采用FDMA 信道带宽为6 25kHz 20 ETSI于2005年4月发布DMR 数字移动无线电 标准 该标准规定空中接口物理层 数据链路层 呼叫控制层 短数据和分组数据协议 集群业务 标准把业务划分为3类 I类为工作在免许可频率 低功率的直通操作通信 II类可以工作在直通方式或转发器方式 需要频率许可 III类为采用中心控制器的集群模式 需要频率许可 DMR的主要技术参数如下 工作频率30MHz 1000MHz 信道间隔12 5kHz 调制方式4FSK 多址方式2时隙TDMA 传输速率9 6kbps 语音编码 由厂家自定 发射功率 由厂家自定 DMR支持的业务分为两类 1 语音业务 包括单呼 组呼 全呼等功能 2 数据业务 包括IP数据 短数据 状态消息等 21 数字对讲机的发展其实是对数字集群通信系统的一种有效支持与补充 一方面数字对讲机中的许多业务和功能是模拟对讲机做不到的 它具备上述一系列优点 为用户所欢迎 另一方面 许多较小专业部门 特别是广大基层单位 他们使用的空间和面积都不大 使用的人员也不多 但对快速自由连接与指挥调度依然有迫切需求 在这种情况下 建设一个或加入数字集群共网运行费用较高 即便有费用建网 也可能从资源有效利用来看也不可行 但如果仍然使用模拟对讲机已经满足不了需要 这样 数字对讲机便是一个较好的选择 22 3 2数字集群 集群系统简言之是一种多信道用户共享的指挥调度系统 它是由一对一的对讲机 同频单工 异频单 双工 至单信道群呼 选呼 多信道自动拨号等系统演进发展而来 是一种资源共享 费用分担 信道共享 服务多样化的高效率指挥调度系统 所谓数字集群是指将集群系统全部环节或至少其主要环节 如信令方式 编译码及调制解调等环节数字化后的集群系统 与模拟集群相比 它有更高质量性能 更大容量能力 更丰富业务功能及更完善的安全保密级别等多方面优势 成为目前国家 城市信息化 应急联动通信与无线城市 数字城市 平安城市的最重要的应急指挥调度手段 我国信息产业部和公安部都采纳TETRA TransEuropeanTrunkedRadio泛欧集群无线电 作为我国的数字集群标准 23 功能 TETRA数字集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度 数据传输和电话服务 它不仅提供多群组的调度功能 而且还可以提供短数据信息服务 分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务 TETRA数字集群系统还支持功能强大的移动台脱网直通 DMO 方式 可实现鉴权 空中接口加密和端对端加密 TETRA数字集群系统同时还具有虚拟专网功能 可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务 TETRA数字集群系统具有丰富的服务功能 更高的频率利用率 高通信质量 灵活的组网方式 许多新的应用 如车辆定位 图像传输 移动互联网 数据库查询等 都已在TETRA中得到实现 24 3 2 1TETRA TETRA TransEuropeanTrunkedRadio 泛欧集群无线电 现在已改为TerrestrialTrunkedRadio 陆上集群无线电 数字集群通信系统是基于数字时分多址 TDMA 技术的专业移动通信系统 该系统是ETSI 欧洲通信标准协会 为了满足欧洲各国的专业部门对移动通信的需要而设计 制订统一标准的开放性系统 于一九八八年开始投入 如今已成为欧洲的标准 同时也像GSM一样 获得包含美国在内的欧洲以外国家及地区采用 相当具有发展潜力 TETRA系统的用户包括紧急服务部门 建筑公司 公用事业部 军事部门和传输网络公司等对快速呼叫建立 高质量低背景噪音通话以及高效电视电话会议等高性能通信系统具有特殊需求的用户群 25 TETRA业务 根据接入点不同TETRA基本业务可划分为承载业务和用户终端业务 TETRA支持的用户终端业务包括 单呼 点对点 组呼 点对多点 应答组呼 广播呼叫 单向点对多点 以及上述各种情况的明话或密话 TETRA支持的承载业务包括 分组数据 电路数据 承载业务提供下列的用户比特率 未保护的话音或数据为7 2kb s 最高可达28 8kb s 低保护度的数据为4 8kb s 最高可达19 2kb s 高保护度的数据为2 4kb s 最高可达9 6kb s 26 TETRA的特点 1 恶劣信令条件和嘈杂环境下的高速传输能力 2 400M的z载波的有效传输距离为80公里 3 快速的呼叫建立能力 O 3秒以内 GSM PCN系统的呼叫建立时间一般为10秒钟 TETRA无论一对一还是一对多方式 呼叫建立时间都要比此短排除掉拨号和振铃所占用的时间 TETRA的呼叫建立就会显得更加迅速 4 全双工通信 两个信道 使用方便 可以与PSTN或PABX进行互连 5 模拟话音和数据的传输速率可达19 2kb s 27 6 具备图象传输的能力 西姆克公司己经通过来用ITUH 263的压缩算法 在TETRA上实现了图象和lnternet接入的成功传输 7 具有较高的可靠性 而且增加了选择加密方法的功能 话音 数据 信令和用户标识等都可以根据用户的需求进行加密 共有四种选择 采用ETSI算法对空中接口进行加密 利用激励 应答机制进行鉴别 较高安全性的相互认证以及为重要通信所设计的端到端的加密 8 可以高效地利用无线电频段 TETRA可以在带宽为25M的z的信道中实现中继和四路话音传输 由于无线频道非常珍贵 近年来 在英国将可用频段分成了越来越小的片断 直到信道空间为12 5kHz TETRA的系统容量要比现有系统的容量大得多 如果用户转移到TETRA系统中 那么目前模拟系统使用的频率就会得以解放出来 28 9 可以实现终端间 包括移动通信终端之间 直接的通信 直接模式使得通信终端可以直接与覆盖范围内的其它终端进行通信 无线终端通过点到点的通信涟路也可以进行通信 而蜂窝移动电话系统则不能提供这一服务 10 基础通信设施造价低廉 11 由标准终端实现的中继器功能 一个标准的移动终端可以用来当作中继器以扩大TETRA网络的覆盖范围 12 网络广播方便 可以向所有的用户进行数据传送 29 13 可以设置呼叫优先级 呼叫优先权共有八级 在没有空闲信道可以利用的情况下 高优先级的呼叫会抢占低优先级呼叫己占用的信道 14 具有集群通信能力 许多用户可以共享同一信道 以使这些用户可以协同完成同一特殊工作或监视同组成员中其他人的行动 典型的用户包括运输车队和紧急服务 15 自动呼叫管理和传送控制功能 30 TETRA支持的补充业务包括 专业调度类型补充业务和电话型补充业务 专业调度型补充业务包括 接入优先 预占优先 优先呼叫 包容呼叫 动态转移 迟后进入 调度台核查的呼叫 监听 侦听 区域选择 缩位寻址 讲话识别 动态重组等 电话型补充业务包括 列表搜索呼叫 呼叫转移 呼叫限制 呼叫报告 呼叫等待 呼叫保持 主叫 被叫识别显示 主叫 被叫识别显示限制 至繁忙用户 至无应答时的呼叫完成 计费通知 呼叫保留等 补充业务适用于大多数承载业务和用户终端业务 31 3 2 2MPT 1327 随着移动通信无线频段日益拥挤 集群通信系统的发展越来越受到人们的重视 对于庞大的集群系统 完成用户接续 信道分配 状态信息传递等多种功能 是由信令来协调安排的 但是由于各制造厂家生产的集群系统都使用自己专用的信令标准 给联网 扩容 漫游等造成很大困难 为此 英国电信及贸易部门联合许多制造厂家共同讨论制定了MPT 1327信令 并以其信令标准公开 便于推广普及而显出其优势 为世界各地众多厂商 用户所接受 目前已成为欧洲采用的标准规约 32 MPT 1327信令的功能 呼叫接续一般呼叫 一般的话音呼叫可以是呼叫单个用户的选呼 亦可以是呼叫一群用户的群呼及呼叫全体用户的全呼 其中根据主叫类别 通话内容等可分为不同优先级 在呼叫建立时予以区别对待 广播呼叫 当主呼单元只向被呼传播信息而不用回答 则为广播呼叫 是一种单向呼叫包容呼叫 即将呼叫加入正在进行的呼叫过程中 它不受编号时的群 队限制 可自由组合 发展成为会议呼叫 呼叫转移 一个无线单元如果不想接收呼叫 它可以请求将向它发出呼叫转向另一个预先定好的目标单元 在转移呼叫时 原来主呼的无线单元可以自动重发呼叫新的目标 也可以重新决定是否愿意转移 33 呼叫路由 即系统的无线单元可通过系统提供的通路与PSTN PABX有线用户通话 也就是通常所说的有 无线转接功能 紧急呼叫 用于处理紧急事务 可以是话音呼叫 数据呼叫等 这种呼叫具有最高优先级 可以中断其它呼叫或测量 以便于空出话务信道 它在请求接续所发的地址码中可表明工作模式 所在位置等 状态呼叫 所传状态信息可表明移动台 基地台的状态 34 系统容量 MPT 1327协议的容量范围为 每个系统1036800个地址1024个信道号32768个系统识别码 35 监视 检查功能 TSC 集群系统控制中心 对系统内的信道使用情况随时可以监视 检查 为了防止非法无线单元使用系统 TSC任何时候可要求无线单元传输其识别码 判断其合法性 另外为了避免浪费信道 在呼叫建立时 分配信道之前均需检查无线单元的可用性及准备情况 36 多址漫游 单个系统所覆盖的区域比较有限 当无线单元活动范围较大时 就需要建立基站宽覆盖范围的系统 这可以通过协议提供的登记过程来实现 当一个无线单元进入其它基站的区域访问时 可向该基站提出登记请求 表明其所