800MHz集群移动通信系统在黄河的应用

zjol

摘要：本文结合黄河流域对800MHz集群系统的应用情况，做一些技术分析，试图从应用者的角度简要介绍了800MHz集群通信的发展现状、网络结构、系统组网、频率配置、容量计算以及在黄河流域的应用概况。

关键词：集群移动通信 网络结构 控制方式 基站覆盖

    黄河下游堤防查险报险800MHz集群移动通信系统于1999年1月开始建设，1999年6月 投入使用。该系统采用模拟通信体制，系统规模为28个基站，270个信道，采用70对频点分区复用方式，覆盖了整个黄河下游干堤，实现了多基站自动漫游联网，达到了“初步设计”提出的功能要求，是全国水利系统规模最大、功能最强效果最好的800MHz集群移动通信系统专网。

一、集群通信系统的选择

    800MHz集群通信系统分模拟集群通信系统和数字集群通信系统两种。根据黄河下游堤防查险报险对通信的要求和黄河防汛通信联网能力的实际情况，采用了模拟集群通信方式。在设备选型中，对十多个厂商的设备进行调研、分析和比较，最终选用了我国台湾东讯公司的800MHz集群通信系统组建黄河下游堤防查险报险800MHz集群移动通信网。

    选择800MHz模拟集群通信制式的理由（与数字集群通信制式比较）是:

    (1) 模拟集群通信技术已比较成熟。 十多年来已有多家国外厂商的设备在中国市场投入应用，后来国内生产的模拟集群通信系统也进入市场。我们对各厂商的系统和设备的技术情况，以及使用状况比较了解。

    (2) 模拟集群通信费用较低、投资省。据了解模拟集群通信系统的投资只是数字集群通信系统的1/3～1/4。

    (3) 因为待建网的规模和容量都比较小，采用模拟集群通信系统可以利用我们自建的大容量微波专网电路进行联网。

    (4) 1998年长江流域发生特大洪水以后，据国家气象局及专家预测，1999年大洪水可能发生在黄河流域。因此，黄河水利委员会（简称黄委会）的领导要求在1999年汛前务必完成黄河下游堤防查险报险800MHz集群移动通信系统建设，在当时时间紧、任务重的情况下，选用模拟集群通信系统的设备供货是有保障的。

    数字集群通信系统是近几年发展起来的，它比起模拟集群通信系统来确实存在许多优点，如频率利用率高，抗干扰能力强，保密性能好，便于系统扩容，可实现系统网络智能化、终端多媒体化，是集群通信的发展方向。当时美国摩托罗拉公司的iDEN系统；欧洲电信标准协会(ETSI)提出的TETRA系统和以色列的FHMA系统等都已相继在国外市场投入使用，国内在福建省也已建成了iDEN系统并开始运营。但当时无法选用因为一是价格太高（如iDEN），二是系统不成熟（如TETRA）。

二、网络结构方式的确定

    本系统在黄委会通信管理局设控制中心（含无线区域交换机），山东河务局通信处（济南）设次中心（含无线区域交换机），河南河务局（郑州）和山东河务局（济南）各设一个监控席和一个调度台，各集群基站设小型无线交换机和基站调度台。郑州无线区域交换机(DCT) 既管理济南的无线区域交换机,同时也控制河南境内的14个基站（共140个信道）。济南无线区域交换机控制山东境内的14个基站（共130个信道）。 郑州 、济南DCT与当地的专网交换机(PABX)采用E1连接，各基站的小型无线交换机也以 E1方式和当地的交换机相连，并通过专网交换机入公网(PSTN)。同时郑州 DCT与济南DCT采用E1连接，各基站利用现有的微波链路与本省的区域交换机相连。数据管理采用独立网的方式，由一个局域网(LAN)组成，并通过路由器和一条64kb/s专线与济南的次中心相连，漫游链路利用现有的微波4线音频专线按信道数的80%进行配置。 其特点为：黄委会（郑州）对下属28个基站进行数据设定、远端维护、网络管理、系统侦错；省局监控席能够对各自辖区内的基站进行监视但不能修改有关数据和设置。单基站具有交换机可入本地网。当联网链路中断，单基站仍可独立运行，仍可完成移动用户呼叫本基站移动用户、移动用户与本地交换机的有线用户之间的呼叫以及通过本地市话局与本县防汛部门取得联系。各基站无线交换机与当地交换机采用E1中国一号信令接口连接可减少调试工作量，提高网络运行效率，为今后全网主叫号码显示提供条件。各基站的计费信息经由专线MODEM 和黄委会已有的微波4W音频链路送至各自上层区域交换机的计费PC。郑州的计费中心(SMDR Control)在作话费处理时从郑州和济南两地的计费 PC 中提取各基站的通话计费数据，进行后台统计处理以完成集中计费，同时各基站也可利用现有的交换机计费系统进行本地计费。

三、控制方式和集群方式的确定

    集群通信系统的信道控制方式有两种:集中式控制方式（也称专用信道控制方式）和分散式控制方式 （也称分布式控制方式）。集中式控制方式的信令系统称为专用控制信令系统；分散式控制方式的信令系统称为随路控制信令系统。黄河800MHz集群系统根据实际情况选择了专用信道控制方式、准传输集群公开的体制和信令系统。主要有以下原因：对于一个多基站联网自动漫游系统来讲，系统除了传输话音外还有大量的数据信息需要传递，如主叫用户的MID，被叫用户群的MID，以及功能代码等。集中式控制信道方式虽然把一个信道用作控制信道，但建立呼叫速度快，入网接续时间短， 跨基站调度响应迅速等优点。专用控制信令不同于随路信令，专用控制信道不会忙于处理话音通信，所以在系统繁忙时，仍能进行数据的传输及处理。



黄河800M集群图

四、基站覆盖范围的预测调整和频率复用

    每个基站的有效覆盖区域由发信机的发射功率与天线高度以及系统的接收灵敏度所确定，而多个覆盖区则组成系统的服务区。黄河800MHz集群通信系统在各基站选址问题上，结合现有的通信机房、铁塔以及传输链路的实际情况，按照上级部门提出的覆盖要求，在黄委会通信线路上共设28个基站。在基站拟定后用O.S.H预测模型对每个基站的传输损耗进行预测以确定各基站的覆盖半径。为了对各集群厂商的覆盖和话音质量有所了解，我们在郑州地区进行模拟实验对理论计算结果进行验证。按照理论计算假定的地形地貌、服务质量计算条件和各厂家给定的技术标准，实际进行测试，包括通信距离和话音质量的评价。然后对申请到的频点在建网前进行电测以检测频率的可用性，并根据实测情况对预测模型进行适当修改，最后确定各基站天线挂高和位置。为了对个别覆盖盲点进行有效的覆盖，还订购一定数量的直放站，因其价格便宜对各基站因地理因素造成的个别通信盲点可进行有效的解决。在考虑各基站的频率复用保护距离时，应按各基站的下行覆盖来计算，黄河移动通信网为带状服务区采用三频群的频率复用方案，基站天线为全向天线,个别基站由于覆盖的需要选择了椭圆形天线覆盖区，这样可有效地减少基站的数量。同频覆盖距离D＝5.2r。r为基站区半径，在具体应用中可根据地形条件对D值进行核算，并根据核算结果，决定是否采取措施以满足同频干扰保护比的要求。当28个基站全部建成开通后，需要对整个系统的覆盖做一次测试并绘出其覆盖范围图。然后对各基站的覆盖范围做调整。沿黄河流域各基站覆盖范围的调整要考虑到手机与车台由于天线增益和发射功率不同所带来的有效覆盖范围不同，调整时以手机的有效覆盖范围为准，同时考虑频率复用的保护距离和相邻基站信号的重叠。每一次调整都用场强手机进行测试，最终把系统的覆盖范围调整到较佳状态，并根据实际需要对个别盲点增设了若干直放站。

五、系统编号编组方案和系统用户容量的估算

    本系统的最终用户数量考虑为5000左右，号码长度为4 位，该系统主要服务于黄河下游查险报险和基层防汛指挥，因此编号纳入黄河防汛通信专网的封闭编号中。调度呼叫时，用户只编组不编号，各县河务局编大组、市河务局编分群，河南、山东省河务局编大群。黄河系统内部无线用户呼叫无线用户时，拨号采用等位拨号，属于本基站的无线用户的呼叫在本基站内完成接续，跨基站的呼叫由区域交换机进行汇接。专网内有线用户呼叫无线用户时，通过4W E/M线路直拨无线用户号码。专网内无线用户呼叫专网内的有线用户时，通过4线 E/M线路加拨其局向号呼叫有线用户的号码。占用DID号码资源的无线用户当公网市话呼叫时，可直拨其冠号加四位无线用户号码。

    根据国家无线电管理委员会以及河南、山东两省无线电管理委员会批复的系统频点总额，针对黄河的实际情况，确定了各基站信道的分配方案，郑州基站20信道，山东基站15信道，其它各基站基本为10信道，个别基站为5 信道，总计为270个信道。由于抗洪抢险是一种特殊情况下的通信，系统信道容量很难用某一公式来确定。因此在非汛期系统容量按爱尔兰B公式进行计算，当用户忙时话务量取0.03erl，呼损率以5%～10%来考虑。5信道基站用户数量为51～68个、10信道基站用户数量为179～218个、15信道基站用户数量为324～382个、20信道基站用户数量为477～553个，最终用户数量5000个左右。




六、工程实施

    1999年6月底，黄河800MHz集群移动通信网的28个基站和若干直放站都按期顺利完成了安装、调试工作，并进入了试运行阶段。整个系统基本上达到了原设计的要求。根据上级防汛部门提出扩大覆盖范围的要求后,分别在河南、山东又增设2个基站和若干直放站。目前，系统总容量为基站32个，直放站11个。现在中国网虽然还存在一些问题，如基站个别信道功放不太稳定，无线终端通话时发生过串音现象，但通过我们全体技术人员的共同努力，该系统正在不断得到完善，整体达到了建网设计标准，黄河流域800MHz集群移动通信系统的建立，将成为黄河现代化通信网不可缺少的重要组成部分。