一、項(xiàng)目研究意義和目的

　　俗話說的好，“要致富，先修路”。路對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展有著非常重大的意義。在通信領(lǐng)域里，信號(hào)的傳播也必須有路，這個(gè)路就是通信鏈路。通過不同的鏈路方式，將各個(gè)通信系統(tǒng)連接起來，達(dá)到通信傳輸?shù)哪康?。一旦通信鏈路出現(xiàn)問題，勢必造成通信中斷，產(chǎn)生的后果是無法想象的。2008年的1•25災(zāi)害性雪災(zāi)、5•12汶川大地震造成了道路和通信和的中斷,給救援工作帶來了很大的困難。

　　隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展，一些城市逐步發(fā)展TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)。該系統(tǒng)以多基站方式進(jìn)行中、大區(qū)域覆蓋。通過有線鏈路將各基站連接，擴(kuò)大通信覆蓋面，為在城市發(fā)展和建設(shè)發(fā)揮著重要作用。但系統(tǒng)離不開通信鏈路。一旦遇有突發(fā)性事件，系統(tǒng)通信鏈路中斷，系統(tǒng)變成單站模式，無法與中心站和其他用戶溝通。為此，通信鏈路在現(xiàn)代通信中，就向道路一樣，是不可缺少的。今天我們研究的是TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在單站模式下，利用無線通信鏈路，實(shí)現(xiàn)跨站通信目的的研究。

二、各種通信鏈路在應(yīng)用中的特點(diǎn)分析

隨著無線集群通信不斷深入發(fā)展，基站之間聯(lián)網(wǎng)需求日益增多。目前，常用的聯(lián)網(wǎng)媒介一般采用有線鏈路、微波鏈路及無線鏈路等。

　　1. 有線鏈路：一般采用光纜、E1及電話線等幾種方式。特點(diǎn)：鏈路傳輸穩(wěn)定，鏈路帶寬寬。不足之處，建設(shè)投資大，鏈路出現(xiàn)問題后，恢復(fù)時(shí)間長。
　　2. 微波：建設(shè)方便，投資成本小。不足之處，傳輸距離短（可視距離），受環(huán)境影響， 穩(wěn)定行差。
　　3. 無線鏈路：機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，架設(shè)方便，建設(shè)成本低。不足之處，傳輸鏈路帶寬窄。

　　為此，在TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)中，根據(jù)不同鏈路的特性，去實(shí)現(xiàn)不同方式的需求。平時(shí)，利用有線鏈路傳輸穩(wěn)定、帶寬寬的特性，實(shí)現(xiàn)多基站的連接，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的目的。在應(yīng)急狀態(tài)下，一旦有線鏈路出現(xiàn)問題后，充分發(fā)揮無線鏈路機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，迅速實(shí)現(xiàn)單站模式下的跨站自動(dòng)連接，完成多基站應(yīng)急通話組的正常通信。

　　三、無線鏈路派接技術(shù)在TETRA集群系統(tǒng)單站模式下的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

　　TETRA無線數(shù)字集群系統(tǒng)目前在國內(nèi)大城市中得到廣泛運(yùn)用。有些地區(qū)還建設(shè)了幾套系統(tǒng)，在不同的行業(yè)中發(fā)揮作用，在城市建設(shè)和通信發(fā)展起到了重要保障作用。

　　TETRA系統(tǒng)有中心控制及各基站兩大部分組成，通過有線鏈路將所有基站與中心系統(tǒng)連接而成。主要應(yīng)用于專網(wǎng)如城市應(yīng)急的政務(wù)網(wǎng)、公安專網(wǎng)、地鐵專網(wǎng)、機(jī)場專網(wǎng)等重要部門。因此通信的可靠性顯的尤為重要。TETRA的設(shè)備在設(shè)計(jì)的過程中考慮了多種冗余、備份并支持降級(jí)使用功能。在基站和控制中心失去聯(lián)系的情況下，基站自動(dòng)轉(zhuǎn)為單站模式。在這種情況下，同一基站覆蓋范圍的終端用戶仍能保持通話，可以實(shí)現(xiàn)組呼。由于不同的基站此時(shí)處于彼此孤立的狀態(tài)，因此，跨站的通信不能進(jìn)行，直接影響通信指揮調(diào)度。

　　為了使系統(tǒng)更加的可靠，在遇有突發(fā)性事件基站進(jìn)入單站模式的情況下，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)保持不同基站間進(jìn)行跨站通信，我們利用無線鏈路派接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單站降級(jí)模式下跨站的組呼功能。

　　1. 無線鏈路派接技術(shù)在TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)單站模式下的實(shí)現(xiàn)

　　TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如（圖1）。各個(gè)基站與控制中心通過傳輸網(wǎng)相連，正常工作時(shí)，跨站組呼的實(shí)現(xiàn)主要是通過控制中心的話音交換將各個(gè)不同基站的用戶聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)跨站呼叫的無線通信功能。

圖（一）

一旦基站有線鏈路發(fā)生中斷，基站和控制中心失去鏈接，那么該基站會(huì)自動(dòng)進(jìn)入單站模式，在該模式下，同一基站的同一工作組可以實(shí)現(xiàn)組呼功能，因?yàn)檫@些用戶的話音在該基站內(nèi)部便可以實(shí)現(xiàn)互連，而與其他基站的同組就無法聯(lián)接，因此不能實(shí)現(xiàn)跨站的無線調(diào)度。（見圖2）

圖（二）

在基站單站的情況下，控制中心和基站失去了聯(lián)系，相關(guān)信息和信令無法建立鏈接，該基站處于獨(dú)立的狀態(tài)。為此，我們利用無線鏈路派接技術(shù)，自動(dòng)建立無線鏈路，完成跨站的組呼功能。（見圖3）

圖（三）

無線鏈路派接設(shè)備實(shí)現(xiàn)思路是利用該系統(tǒng)的800兆電臺(tái)，通過對(duì)電臺(tái)的設(shè)置，讓二個(gè)電臺(tái)設(shè)為相同通話組，登入不同基站。當(dāng)某一基站的派接設(shè)備監(jiān)測到該站進(jìn)入單站模式后，它將自動(dòng)開啟派接設(shè)備，通過二電臺(tái)工作在同一個(gè)通話組，一個(gè)電臺(tái)設(shè)為本地站（A），另一個(gè)設(shè)為遠(yuǎn)端中心站（B），同時(shí)，將二電臺(tái)進(jìn)行的話音信號(hào)派接。當(dāng)本地站的用戶發(fā)起呼叫時(shí)，派接設(shè)備的本地電臺(tái)（A）收到后，通過音頻派接啟動(dòng)遠(yuǎn)端電臺(tái)（B），呼叫基站的同組用戶，實(shí)現(xiàn)本地基站通話組與遠(yuǎn)端基站通話組進(jìn)行跨站呼叫。有線鏈路恢復(fù)正常后，派接設(shè)備將自動(dòng)斷開。
 

2. 實(shí)現(xiàn)的功能
　　•  單站集群模式下的終端用戶能通過指定通話組與系統(tǒng)其他基站下的終端用戶保持通信。
　　•  當(dāng)基站進(jìn)入單站集群模式下時(shí)，系統(tǒng)能第一時(shí)間將基站進(jìn)入單站模式的信息通過無線組呼的方式，向中心遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)告知用戶。
　　•  進(jìn)入單站模式后，基站無線鏈路設(shè)備將自動(dòng)開啟，并可進(jìn)入事先預(yù)設(shè)的（關(guān)鍵通話組）進(jìn)行應(yīng)急全場通話。
　　•  用戶也可通過中心遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)，對(duì)基站的無線鏈路派接設(shè)備的電臺(tái)進(jìn)行通信大組的切換。
　　•  當(dāng)單站鏈路恢復(fù)后，無線鏈路設(shè)備將自動(dòng)關(guān)閉。進(jìn)入待機(jī)模式。
　　•  當(dāng)TETRA中心系統(tǒng)鏈路對(duì)各基站失去控制時(shí)，所有基站將進(jìn)入單站模式，無線鏈路設(shè)備將各基站自動(dòng)形成環(huán)路，可以在設(shè)定的通話組進(jìn)行呼叫。

　　3. 實(shí)現(xiàn)技術(shù)原理分析

　　無線鏈路派接設(shè)備是TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)急備份設(shè)備。該設(shè)備體積小、便于安裝，操作簡單、使用靈活，智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控，抗干擾性強(qiáng)、覆蓋面廣等特點(diǎn)。

上圖是TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)有/無線鏈路互為備分的框架圖。他有四大部分組成。其中包括：系統(tǒng)中心控制部分、有線鏈路部分、基站部分及無線鏈路派接部分。當(dāng)有線鏈路正常的情況下，無線鏈路派接部分是處于待機(jī)監(jiān)測狀態(tài)。

只有當(dāng)有線鏈路發(fā)生故障，如上圖，無線鏈路派接部分監(jiān)測到有線鏈路出現(xiàn)問題時(shí)，該部分將會(huì)自動(dòng)開啟，進(jìn)行工作。（有線鏈路工作正常的基站，無線鏈路派接設(shè)備仍處于待機(jī)狀態(tài)）。無線鏈路設(shè)備將按照事先設(shè)定好的通信鏈路進(jìn)行工作。為此，下面我們重點(diǎn)研究無線鏈路派接部分。

　　4. 無線鏈路派接部分的組成
　　無線鏈路派接部分有：TETRA移動(dòng)集群系統(tǒng)無線應(yīng)急鏈路設(shè)備和遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)二部分組成。無線應(yīng)急鏈路設(shè)備放在每個(gè)基站內(nèi)，作為基站有線鏈路的應(yīng)急備分設(shè)備。遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)放在中心，進(jìn)行對(duì)各基站的派接設(shè)備監(jiān)控。（下圖是無線鏈路派接部分的實(shí)物效果圖）

TETRA集群系統(tǒng)無線應(yīng)急鏈路派接設(shè)備，一般在一套設(shè)備中安裝四套無線鏈路派接設(shè)備，每套設(shè)備都可單獨(dú)工作，即能夠同時(shí)保證四路跨基站應(yīng)急通話組進(jìn)行工作。根據(jù)需求，可擴(kuò)充更多的通話組設(shè)備。同時(shí)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控控制臺(tái)，可對(duì)無線鏈路派接設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程通話組的切換。

　　5. 遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)設(shè)備
　　遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)設(shè)備由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)電臺(tái)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電腦及軟件等設(shè)備組成。其功能首先是監(jiān)控遠(yuǎn)端基站有線鏈路工作及設(shè)備、環(huán)境工作是否正常。其次通過該設(shè)備對(duì)原端無線鏈路派接設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

上圖是遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)，電腦操作界面。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控電臺(tái)收到的指令信息，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器送至電腦顯示。該界面能夠反映出不同基站的鏈路工作狀態(tài)。同時(shí)，還能通過該界面操作，去控制遠(yuǎn)端設(shè)備的工作狀態(tài)。

　　從上圖可以看出，當(dāng)遠(yuǎn)端基站鏈路工作正常時(shí)，顯示為白色。當(dāng)遠(yuǎn)端基站的鏈路出現(xiàn)問題時(shí)，在電腦顯示器上基站號(hào)、基站名為紅色。同時(shí)，在通話組顯示無線鏈路派接設(shè)備開始工作的顏色為黃色。無線鏈路所連接到的上級(jí)主基站的顏色為綠色。在四個(gè)通話組上顯示不同的通話組。
 

若要對(duì)鏈路派接設(shè)備的電臺(tái)換組，可以選中該站原通話組，按右鍵，出現(xiàn)上圖的組菜單（可下拉菜單），選擇所需通話組，雙擊即可。

　　6. 無線鏈路派接技術(shù)在TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)應(yīng)急狀態(tài)下的應(yīng)用
　　以下從三個(gè)方面解析系統(tǒng)的應(yīng)用：
　　•  三級(jí)主站鏈路故障應(yīng)用，即對(duì)應(yīng)以下的單基站故障應(yīng)用；
　　•  二級(jí)主站鏈路故障，即對(duì)應(yīng)以下的節(jié)點(diǎn)基站故障應(yīng)用；
　　•  二級(jí)和三級(jí)主站故障，即對(duì)應(yīng)以下的多基站故障應(yīng)用。

單基站故障
　　如下圖所示，當(dāng)一個(gè)三級(jí)主站（C）鏈路故障時(shí)，基站進(jìn)入單站集群模式，該基站的監(jiān)測到本地電臺(tái)進(jìn)入單站集群模式，通過鏈路電臺(tái)，利用二級(jí)主站（B）信道，向控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)控控制臺(tái)以組呼的方式發(fā)起單站告警信息，同時(shí)打開音頻信號(hào)交換模塊，將本地電臺(tái)（C）和鏈路電臺(tái)（B）的音頻信號(hào)派接到同一組上。用戶通過遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)收到告警信息后，可通過反饋的信令信息對(duì)話音派接組的本地和鏈路電臺(tái)進(jìn)行控制。有效的達(dá)到單站集群模式的電臺(tái)和集群模式電臺(tái)互相通信的目的。

節(jié)點(diǎn)基站故障
　　如下圖所示，當(dāng)一個(gè)二級(jí)主站（B）鏈路故障時(shí)，基站進(jìn)入單站集群模式，該基站監(jiān)測到本地電臺(tái)進(jìn)入單站集群模式，通過鏈路電臺(tái)（A），利用一級(jí)主站信道，向控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)控控制臺(tái)以組呼的方式發(fā)起單站告警信息，同時(shí)打開音頻信號(hào)交換模塊，將本地電臺(tái)（B）和鏈路電臺(tái)（A）的音頻信號(hào)派接到同一組上。用戶通過遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)收到告警信息后，可通過反饋的信令信息對(duì)話音派接組的本地和鏈路電臺(tái)進(jìn)行控制。有效的達(dá)到單站集群模式的電臺(tái)和集群模式電臺(tái)互相通信的目的。

多基站故障
　　多基站故障時(shí)，以下圖為例，當(dāng)一個(gè)二級(jí)主站（B）鏈路和三級(jí)主站（C）的鏈路同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，基站進(jìn)入單站集群模式。三級(jí)主站（C）的無線鏈路派接設(shè)備檢測的單站后，自動(dòng)開啟無線鏈路派接設(shè)備。同時(shí)鏈路電臺(tái)（B）向二級(jí)主站（B）以組呼方式發(fā)出單站告警信息。

　　此時(shí)，二級(jí)主站（B）的無線鏈路派接設(shè)備檢測的單站后，自動(dòng)開啟無線鏈路派接設(shè)備。同時(shí)鏈路電臺(tái)（B）向主站（A）以組呼方式發(fā)出單站告警信息。

　　用戶通過遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)收到告警信息后，可通過反饋的信令信息對(duì)話音派接組的本地和鏈路電臺(tái)進(jìn)行控制。有效的達(dá)到單站集群模式的電臺(tái)和集群模式電臺(tái)互相通信的目的。

　　通過以上方式，最終實(shí)現(xiàn)脫網(wǎng)的基站的終端用戶在指定的通話組內(nèi)與整個(gè)系統(tǒng)保持通信。

四、技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)

　　TETRA通信系統(tǒng)，鏈路采用SDH光纖傳輸系統(tǒng)。該數(shù)字集群系統(tǒng)具備多種冗余、備份并支持降級(jí)使用功能，如系統(tǒng)的單站集群模式，即在基站和控制中心失去聯(lián)系的情況下，基站自動(dòng)轉(zhuǎn)為單站集群模式等。

　　單站集群模式主要是在基站控制器或鏈路設(shè)備故障的情況下，基站與控制中心無法保持正常通信時(shí)，基站自動(dòng)進(jìn)入單站集群工作模式。在單站集群工作模式，該基站覆蓋下的終端用戶也自動(dòng)登陸到單站集群模式，支持在該基站覆蓋范圍的終端以組呼的方式保持通話，但不能實(shí)現(xiàn)跨站通信，即不能與其他基站內(nèi)的用戶保持通信。由此可見，鏈路在TETRA系統(tǒng)在是不可缺少的。若某個(gè)基站電源供電系統(tǒng)發(fā)生故障，解決辦法可采用發(fā)電機(jī)或UPS后備電源供電。而鏈路發(fā)生問題，一時(shí)半會(huì)是無法解決的。這將直接影響正常的無線通信。
而采用無線鏈路派接技術(shù)，就能解決在鏈路發(fā)生故障時(shí)應(yīng)急狀態(tài)下，TETRA系統(tǒng)還能正常進(jìn)行應(yīng)急通話組的工作。其技術(shù)特點(diǎn)：

　　•  該設(shè)備與系統(tǒng)和基站之間沒有直接的物理連接，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)和基站產(chǎn)生任何影響；
　　•  設(shè)備體積小、安裝方便。在每個(gè)基站的機(jī)房內(nèi)安放一個(gè)可移動(dòng)的小機(jī)箱，接通電源既可用；
　　•  操作簡單、使用靈活。無線鏈路派接設(shè)備不用任何操作。而遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)采用WINDOWS中文操作界面，圖標(biāo)顯示，使用靈活；
　　•  智能化程度高、可遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控及網(wǎng)管功能豐富強(qiáng)大，人機(jī)界面友好直觀，方便用戶操作使用。可從監(jiān)控控制臺(tái)上顯示：鏈路狀態(tài)、通話組狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)等。同時(shí)，通過遠(yuǎn)程無線監(jiān)控控制臺(tái)可控上述功能；
　　•  是有線鏈路的熱備分。該設(shè)備在基站有線鏈路正常工作時(shí)，處于待機(jī)狀態(tài)。只有當(dāng)基站有線鏈路發(fā)生中斷后，該設(shè)備將自動(dòng)開啟運(yùn)行。具備了有線鏈路的熱備分；
　　•  系統(tǒng)故障弱化能力強(qiáng)，模塊結(jié)構(gòu)可互相替換，設(shè)計(jì)靈活、易于維護(hù)。它是有幾組電臺(tái)和相關(guān)控制設(shè)備組成。若某一通話組設(shè)備發(fā)生故障，可切換到其他幾組電臺(tái)工作。同時(shí)， 設(shè)備以模塊形式組成，出現(xiàn)問題，只要更換模塊即可；
　　•  造價(jià)低、利用價(jià)值高。該設(shè)備造價(jià)不高，但實(shí)用價(jià)值非常大。尤其是系統(tǒng)遇有突發(fā)性事件，有線鏈路發(fā)生問題，但又急需通信保障時(shí)，該設(shè)備就能體現(xiàn)出實(shí)際的真正價(jià)值。

　　五、運(yùn)用價(jià)值與發(fā)展方向

　　在城市公共安全應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中，無線通信指揮調(diào)度有著非常重大的作用。他不僅僅是日常的通信保障，更重要的是在自然災(zāi)害、事故災(zāi)害及突發(fā)社會(huì)安全事件中發(fā)揮不可或缺的作用。因此，保證無線通信系統(tǒng)的暢通運(yùn)行、通信鏈路的正常工作是基本要求。

　　一個(gè)無線通信指揮調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)，要充分考慮到系統(tǒng)的兼容性、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性及共享性和延伸性，能夠適應(yīng)多種管理模式。今天所研究的“無線鏈路派接技術(shù)在TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)鏈路應(yīng)急狀態(tài)下的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用”項(xiàng)目，就是對(duì)TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的二次開發(fā)，使系統(tǒng)在單站模式時(shí)還能夠在應(yīng)急狀態(tài)下繼續(xù)工作。
　　
　　目前，該項(xiàng)目的研究，滿足了在應(yīng)急狀態(tài)下應(yīng)急通信大組的跨站呼叫。在此基礎(chǔ)上，下一步的研究方向是突破在沒有有線鏈路的情況下，實(shí)現(xiàn)用無線鏈路替代的智能多組自動(dòng)交換的TETRA基站。解決那些光纖不可能鋪設(shè)到地方，如山區(qū)或臨時(shí)急需架設(shè)基站的地方及移動(dòng)通信車等通信鏈路問題，完善TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)可延伸性。