什么是同频同播？同频同播的优势

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　　一 同频同播的由来

　　常规无线通信多数情况下是单基站的通信系统，用一对中转频点满足较小区域的通信需求。同频同播网指在同一个地区布设多个相同频率的中转台并进行联网，每个中转台覆盖一片区域，从而加大无线通信网的覆盖范围，形成大面积的无线覆盖网。同频同播系统是一种用来实现对讲机远距离、无盲区覆盖的专业无线通信系统。

　　同频同播技术起源于上世纪九十年代中期的寻呼系统中，用于改善低速数字寻呼的覆盖效果。随着无线通信业务的发展，常规无线通信无法满足广覆盖的业务需求，在1990年代，开始出现模拟常规同频同播系统，后来又出现了模拟集群同频同播系统。随着无线通信的数字化，在2012年前后又出现了数字常规和集群同频同播系统。

　　二 同频同播系统的基本构成及技术特性

　　(一) 同频同播系统由全双工基地台、同播基站控制器、链路机、GPS接收板、遥控遥测单元、天馈系统以及同播中心、调度中心、调度软件、专用遥控遥测软件等构成;

　　(二) 在同频同播系统中，主要有三大关键技术：

　　1. 下行发射同频技术

　　每个同播基站配置一个GPS接收机，利用GPS基准时间信号锁定发射机频率，保证各基站间发射机发射频率同步。即通过频率校正，使各同播基站发射载频的中心频率偏差控制在几赫兹至十几赫兹的水平，以免因同频干扰中的中心载频偏差引起令人厌烦的“啸叫”。

　　2. 下行发射同步技术

　　即通过定时同步，将同一路话音信号经过不同同播基站转发且被同一移动台接收时各路相同的话音信号的相位偏差控制在一定范围内，明显改善在相邻同播基站下行信号强度相近时的接收话音质量。

　　3. 上行接收判选技术

　　当同一路上行发射被多个同播基站同时接收到时，从中选择信号质量最佳的一路进行中继转发，以改善上行话音质量。即在覆盖区内的多个基站，同时收到移动台的信号，基站控制器自动优化判别接收信号质量，再通过链路送到各基站发射机发射，保证另一方移动台收到的话音是清晰的。

　　从更深层次的技术原理上讲，同频同播系统的通信质量保证主要依靠的是窄带调频制本身所具有的同频干扰容限(典型值为8dB)，通过下行发射同频技术，使下行信号的强度差异在同频干扰容限之下(即小于8dB)，在一定程度上改善相邻同播基站的通信质量。

　　三 同频同播的优势

　　(一) 组网灵活，各基站差转台平时在各自的信道上工作，如有重大任务需多基站联网时，可通过网管中心将各同播基站设为一个或多个同播组，使之组成一个同播网或多个同播网，网内一呼百应，便于统一指挥调度。

　　(二) 投入较低、实用性较强，易实现大范围区域良好覆盖，实现本地区无线通讯;同播系统中转台只需要安装在位置相对较高、远离大功率发射设备的地点即可。

　　(三) 系统结构简单合理，可靠性高，操作性强，具有指挥调度、管理维护、远程监控等功能。

　　(四) 多方位覆盖，消除通信死角。同播网不但可扩大覆盖范围，而且可有效解决无线盲区问题。因为多台中转台同播可实现多方位的覆盖，移动用户所处位置可能受到来自一方或两方的阻碍，这时还有其它方向的中转信号可以射入，用户仍可得到良好的通讯效果。

　　(五) 均匀覆盖、信号稳定。无线同播网是多点覆盖，整个覆盖区场强平均，所以同播网通讯效果稳定可靠。

　　四 同频同播的发展期

　　自1980年代开始，用于指挥调度的专用无线通信开始起步，公安、武警、电力、铁路、民航、森林防火等政府和行业部门开始组建自己的无线指挥调度网。国家无线电管理部门为相关部门规划了专用频率，无线通信专网进入迅速发展期。上世纪九十年代，国家无委为公安部门规划了公安专用350兆频率，用于组建警用350兆集群通信网，到2010年左右，全国各级公安机关基本组建了350兆警用专用集群通信网。武警、电力、铁路、民航等部门与此同时也基本组建了各自的无线指挥调度网。1980年到2012年是模拟无线常规和模拟集群通信网快速发展期。

　　由于单个无线常规通信网覆盖范围小，难以满足大范围广覆盖全联通的业务需求，而模拟集群通信网存在越区切换能力弱不同厂家系统不能互联的不足，同频同播以其组网灵活简便、覆盖范围广、可靠性高、建设要求低等特点，即可作主网使用，也可作备用网，得到了较快发展。一是同频同播能实现大区制覆盖，跨区域时不需要更换信道，没有集群系统中的身份登记之类的麻烦，用最简单的方式解决了跨区域调度指挥时的互联互通难题。采用同频同播，是各类模拟常规、模拟集群系统难以实现互联互通和广域覆盖情况下迫不得已的现实选择。二是模拟常规/集群终端广泛普及，通过窄带频率调制传输模拟话音来实现跨区域(跨系统)的互联互通是最简单和最现实的选择，同频同播能沿用现有的模拟常规/集群终端。无论是抗毁性、建设和运维成本,还是终端的普及率及综合应用性能，大区制覆盖的模拟同频同播系统无疑是当时最佳现实选择。

　　1998年到 2012年期间是模拟无线通信高速发展的时期，也是同频同播的发展兴旺期。如公安部门，许多城市在建成350兆警用模拟集群通信网的同时，另建设了同频同播网作为应急网备用;也有省区市对模拟集群不同厂家系统不能联网，为跨区域大范围的指挥调度，建设了省级或市级同频同播应急调度网，如广东省建成了全省公安应急调度同频同播网;也有些地方计划建设数字集群通信网，而采用同频同播网作为过渡性指挥调度网，如深圳市公安局在2000年左右建设了十余同频同播网用于各警种的日常通信联络和调度;也随着高速公路和城市轨道交通的发展，同频同播网也快速应用到高速公路和城市轨道交通的通信指挥中，如湖南省交警总队高速公路支队建设了省级高速公路350兆同频同播集群通信网。模拟同频同播网随着模拟无线通信的发展而发展。

　　五 同频同播遇到空前的挑战

　　(一) 同频同播固有的不足

　　1. 同频同播不能完全消除同频干扰

　　同频同播系统因为采用同频技术，重叠覆盖区域要得到清晰的话音质量，系统必须要做到“三同一保”，即保证在重叠覆盖区域，终端接收到的来自多个基站无线信号要满足同频、同相、同幅和最低场强保证要求。现有同频同播系统的通信质量保证主要依靠的是窄带调频制本身所具有的同频干扰容限(典型值为8dB)，通过技术手段虽然能在一定程度上改善相邻同播基站下行信号的强度差异在同频干扰容限之下(即小于8dB)时的通信质量，但从技术原理来看，在窄带调频制这个技术体系内，模拟同频同播系统的同频干扰区是必然存在的。与模拟同频同播类似，同频干扰区在数字同频同播中同样存在。在带宽更窄(载波信道由25kHz变成12.5kHz)、数据传输速率更高(由1.2kbps变成9.6kbps)的背景之下，传输不同数字码元时的频率变化过渡时间所占比例会更大，所引起的干扰也比传输模拟话音时更强，在窄带调频制这个技术体系内发展较高速率的数字同频同播的技术难度更大。如果还希望数字同频同播实现与模拟同频同播相同的覆盖水平，则显然是不现实的。在同频干扰严重的区域中，模拟同频同播的话音尽管干扰很大但人耳还能依稀辨识，而数字同频同播因误码率过高却导致没有声音输出，这也在一定程度上影响了数字同频同播的覆盖水平。

　　因此，尽管有些厂商宣称采用同频、同相和接收判选的技术手段能完全消除同频干扰，但从技术原理和实际应用情况来看，同频干扰是不可避免且客观存在的。同频校正和发射同步技术手段的采用只是在一定程度上降低了同频干扰的影响，在那些相邻同播基站下行信号强度相当的区域中，其实际通话效果仍较差。在广域覆盖和规模组网的应用场景下，采用同频同播将会是灾难性的，这将会导致重叠覆盖区完全无法进行正常通话。

　　目前的大多数同频同播应用，覆盖的是带状或链状区域，或是单纯覆盖某个地市，因此同频干扰区的不利影响尚不特别突出。但是，如果将来大规模发展，要实现全省范围的连续无缝覆盖，则同频干扰区的不利影响将会被明显放大。

　　2. 集群同播通信网容量小

　　同频同播所有同播信道工作在相同频率，必须同时占用，无法象集群那样通过复用方式提高用户容量。同播系统的工作原理是在同播区域内的每次呼叫(无论组呼还是单呼)所有基站使用相同的频率发射，无论区域内有多少个基站，每个基站都必须分配信道，浪费了大量的信道资源。另外同播区域实际相当于一个基站，由于多个基站同播覆盖面积一般远大于一个普通基站，其中的用户数量通常也比较大，相应的话务量也比较高，容易造成基站信道拥塞，影响调度指挥。虽然通过增加同播区域基站的载频数量可以缓解信道拥塞，但由于控制信道的传输能力限制，为了减少控制信道上的碰撞，保证基站快速的接续能力，一个基站的载频数最好不要超过8个。所以通过增加基站载频来满足大用户量的使用，只有在8载频之内效果才是明显的，大于8载频虽然信道拥塞缓解了，但控制信道碰撞概率会快速上升，呼叫体验会明显变差。

　　下面举例说明同频同播集群与标准集群通信网容量的差异。

　　某市建设PDT基站20个，每个基站8载波。

　　同频同播方式：

　　该方式相当于全市区只有1个8载波基站，14个话音信道。在等待制系统中，取5%的条件呼损率，平均每次呼叫用时3分钟。对于1个14个话音信道、呼损率为5%的系统，查爱尔兰C表得到其容纳的总话务量为8.27Erl。

　　(1)禁止个呼，只有组呼

　　单个组呼忙时话务量为0.05Erl，可容纳最大组数为8.27/0.05=165个通话组。以每组平均30人计算，可容纳4950个用户。

　　(2)禁止组呼，只有个呼

　　单个个呼忙时话务量为0.019Erl，查爱尔兰C表得到可容纳最大用户数为435个。

　　标准集群方式：

　　标准PDT集群通信网是大区制系统，大部分组呼业务在4个站内完成，相当于每次组呼有4个基站分配话音信道。该方式相当于全市区有20/4=5个8载波基站，每基站14个话音信道。在等待制系统中，取5%的条件呼损率，平均每次呼叫用时3分钟。

　　(1)禁止个呼，只有组呼

　　全市区可容纳最大用户数为同频同播方式的5倍，即825个通话组。以每组平均30人计算，可容纳24750个用户。

　　(2)禁止组呼，只有个呼

　　全市区可容纳最大用户数为同频同播方式的5倍，最大用户数为2175个。

　　由此可见，在基站数相同、各站载波数相同的情况下，标准PDT集群容纳的用户数是同频同播方式的5倍。同频同播系统规模越大，基站越多，效率越低。

　　3. 集群同频同播网投资较大

　　数字同播在基站间码元偏差超过1/4时(52us，站间距离15km)会出现明显的误码和丢帧，所以同播必须比集群布置更密集的基站，通常为了更好的效果，基站间距小于5km，会增加大量的基站投资，同时运维成本也会提高。

　　由于要求同播基站发射相位同步，需要更高质量的链路，例如必须使用E1，普通IP链路效果不佳，带来的影响是链路成本上升。

　　要使同播基站达到与集群相同的用户容量，需要成倍增加基站载频，造成投资增加。

　　BF-9000数字超短波系统采用数字通信技术：DMR协议向下兼容模拟系统，可以使原系统平滑过渡到数字系统；DMR协议/TDMA技术中的一个12.5KHz宽带的频率有两个时隙，可以获得两个并发信道，从而使频率利用率最大化，系统结构最小化；DMR协议/TDMA技术中当语音通信使用其中一个时隙时，另一个时隙可以用于语音通信或数据通信业务，如TTS短信息或卫星定位数据传输；DMR协议/TDMA技术中的终端电台发信时，只有50%时间在工作，与模拟电台比较功耗更低，电池使用时间延长高达40%；通过高品质的数字信道编码技术及声码器过滤，可抑制语音通话中的噪音，使通话变得更清晰；宽带编解码器以及数字纠错技术的应用，抑噪功能更佳，有效覆盖范围更广；采用TDMA双时隙技术，在相同宽带下，通话容量提高一倍，极大地缓解了频谱资源日益短缺的压力。

　　(二) 新技术发展带来的挑战

　　1. 数字集群技术发展带来的挑战

　　同频同播是20年前为了解决模拟集群通信系统越区切换能力弱以及不同厂家系统不能互联的问题而出现的技术。在无线通信技术的发展过程中，数字集群系统已经有相对成熟的技术标准，相对优势的技术架构。PDT数字集群系统采用成熟的越区切换技术，已经做到了通话过程中跨越基站不断线，而且通话过程中移动到没有该组成员分布的基站，基站也可以立刻分配通话信道。

　　“用户移动性管理”是集群系统的一个重要组成部分，“用户移动性管理”做的好坏直接影响到集群系统的使用效率。用户通话时，集群系统是按照用户所在基站的登记注册情况而分配基站的信道资源，即按需分配，可以最大程度提高信道利用率。同播系统没有“用户移动性管理”功能，用户通话时，每个基站不管有没有用户存在都分配信道资源，信道资源利用率很低。

　　集群系统的语音呼叫业务可以按不同等级区分，重要用户的优先通话权限能够得到保障，确保关键时刻指挥调度的畅通。数字同播系统虽然也能够进行分组通话，但是分组数量不宜过多，分组缺少权限设置，通话信道会经常被占用。如果数字同播系统不分组而采用一呼百应的方式，则在通话时多数用户会被无关的通话打扰。

　　短数据、GPS定位已成为警员日常勤务工作必备的功能，同播系统由于没有“用户移动性管理”功能，发送数据时只能在全网所有基站中发送，信道资源利用效率很低，如果使用短数据业务的用户较多，将严重影响基本的语音通话业务。

　　2. IP互联技术发展带来的挑战

　　IP互联系统主要是指在多基站IP互联网络模式下，通过基于TCP/IP协议的以太网实现分散在不同地点的数字中转台之间交换语音、数据和控制包，即将各个中转台通过互联网连接起来，形成一个更大范围的常规数字通信网络，可以实现整个区域内的专网通信。

　　在相同的发射功率下，IP互联数字站点信号在建筑密集区可以覆盖3-5公里，在平坦地区可以覆盖12-16公里，在一望无际的大草原甚至可以覆盖30公里以上区域，通过IP网络连接多个数字站点，扩大通信覆盖范围，且不存在同频干扰的问题。同播系统采用同频技术，为保证重叠覆盖区的话音质量和严格的同频、同相、同幅，严格保证数字同播系统相位误差低于1/8码元(距离差7.8kM)。因此，在IP互联和同频同播都采用相同发射功率的情况下，同频同播的覆盖面积为IP互联系统覆盖面积的2/3。

　　同播同播系统本身硬软件成本较高且需要进行站点勘察和机房建设，在保证链路和电力供应的情况下还应充分考虑防水性能和施工条件。而采用IP互联系统可以通过网线即可直接接入IP网络，一般IP互联基站具备较高的防护等级，无需建设单独的机房采用抱杆壁挂乃至单兵即可完成系统搭建。因而，设备本身的软硬件成本和施工成本相对于同频同播都比较低，建网性价比高。

　　采用IP互联的网络在技术体制上相比与同频同播可以实现大区覆盖和规模组网，在重叠覆盖区的通话质量将得到很好的保证。其系统特点表现在覆盖广泛、兼容性好、性价比高。

　　3. 无线自组网技术带来的挑战

　　同频同播一般采用时钟同步服务器或者GPS授时来保证整个系统的时钟同步，若采用时钟同步服务器受时对链路时延和稳定性的要求较高，一般采用有线链路。建设同频同播网络时需要提前配置各系统的参数，无法进行快速部署，不具有较强的抗灾能力。

　　无线自组网除具有同播系统采用单频点通信节省频点资源的优势外，无线自组网设备之间由空中无线链路完成语音和数据传输，无需任何有线链路，不仅有效降低系统造价;而且突破了因有线通信资源造成的地域限制。自组网基站支持多个节点间自组级联，可根据现场需要进行灵活的网络自由组建，链状、树状、星状、网状组网均能灵活部署。同频同播一般采用有线组网，需要进行人工配置，完全无法自动组网。相比而言无线自组网在防灾抗毁上有着无法比拟的优势。使用无线链路完成语音和数据传输，当无线自组网内的某基站故障或失效后，设备节点会自动搜索可连接设备进行组网，周围其他节点会自动补充保证整个网络系统的可靠性。

　　无线自组网同样采用单频点通信以节省频点资源，但由于同频同播一般采用有线互联，无线自组网在灵活性、安全性、可实施性上存在天然的优势。

　　六 同频同播的出路

　　同频同播系统随着模拟无线通信的发展而发展，在无线通信数字化快速发展的今天，同频同播系统用户容量小、用户移动性管理能力弱，原有的优势已不明显，同频同播遇到挑战，在城市或用户密集区使用同播或集群同播系统不是明智选择，希望数字同频同播实现与模拟同频同播相同的规模水平，则显然是不现实的。由于大多数同频同播应用，覆盖的是带状或链状区域，或是单纯覆盖某个地市，通过微调各基站的发射功率和定时同步偏差对同频干扰严重的区域进行调整，因此同频干扰区的不利影响不特别突出，能基本满足应用之需。对于频率资源紧张或用户量不大覆盖的是带状或链状区域地方，同频同播仍是较好选择。从应急调度指挥应用的角度看，最简单的设备往往是最可靠的，价格低的产品的市场占有率和普及率更高，体积更小、单次充电的使用时间更长的产品能更好地适应应急调度指挥之需，同频同播产品如能做到体积小、单次充电时间长、部署简单快速，同频同播作为应急备用网仍会有较好前景。