賽明順，王磊

（北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，北京100041）

鋼鐵企業(yè)中數(shù)字無線對講系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賽明順，王磊

（北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，北京100041）

由于無線對講系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，而企業(yè)前期使用的均為模擬對講機(jī)，在通話質(zhì)量、傳輸距離、頻率繁忙程度等方面已無法滿足需求。因此以數(shù)字無線系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用測試為例，對該系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)不但能解決模擬對講機(jī)存在的問題，同時(shí)可在不更換設(shè)備的前提下滿足企業(yè)將來擴(kuò)容的需求。

鋼鐵企業(yè)；無線通信；數(shù)字

鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程中，信息通信決定了生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。在生產(chǎn)和檢修過程中，通常采用的通信方式是手持對講機(jī)，但是受現(xiàn)場環(huán)境影響，傳輸距離一般只有2～5 km，不能滿足生產(chǎn)需求。因此還有以下幾種通信方式可以應(yīng)用：①普通移動(dòng)電話。依靠公共運(yùn)營商，實(shí)現(xiàn)即時(shí)通話。該通訊方式傳輸距離不受限制，在信號良好區(qū)域通話質(zhì)量高。缺點(diǎn)是在噪音較大區(qū)域不容易發(fā)，無法實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信，影響信息反饋。此外，該種通信方式不能快速實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的信息傳遞，且呼叫速度較慢。②模擬對講機(jī)。采用模擬技術(shù)，將存儲的信號調(diào)制到對講機(jī)傳輸頻率上。能夠?qū)崿F(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的信息傳遞，保證信息及時(shí)溝通。但是傳輸距離受現(xiàn)場環(huán)境影響較大，一般只有5 km，語音還原度較差。③數(shù)字對講機(jī)。先把模擬語音轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后調(diào)制到射頻上去，發(fā)射的是數(shù)字信號，這種設(shè)備也可以直接傳送數(shù)據(jù)。數(shù)字對講機(jī)在實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的信息傳遞同時(shí)，提高通話質(zhì)量，改進(jìn)語音和數(shù)據(jù)集成，改變信號隨著通訊距離增加而降低的弱點(diǎn)。

由于鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)檢修過程中聯(lián)系確認(rèn)要求快速、準(zhǔn)確，因此便于推廣使用的是數(shù)字對講機(jī)。本文針對數(shù)字對講機(jī)在鋼鐵企業(yè)中無線通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 數(shù)字無線對講系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

在現(xiàn)有頻率占用范圍不變的條件下，增加一

倍信道容量。模擬對講機(jī)一個(gè)語音信道等效占用12.5 kHz帶寬，而數(shù)字對講機(jī)一個(gè)語音信道等效占用6.25 kHz帶寬，提高了頻率使用效率。

數(shù)字、模擬系統(tǒng)相互兼容，保證系統(tǒng)無縫過渡。數(shù)字對講機(jī)都可以在模擬模式下工作，可以在使用的過程中逐步將模擬設(shè)備淘汰下來，減少設(shè)備一次性投入。

提高通話質(zhì)量。由于數(shù)字通信技術(shù)擁有系統(tǒng)內(nèi)錯(cuò)誤校正功能，和模擬對講機(jī)相比，可以在范圍更廣泛的信號環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)更好的語音音頻質(zhì)量，其接收到的音頻噪音會更少些，聲音也更清晰。

可以實(shí)現(xiàn)一對一、一對多通話。模擬無線對講系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一對多的通話，相互之間存在信息干擾，而數(shù)字無線對講系統(tǒng)通過分組設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)一對一、一對多的通話。

2 數(shù)字無線對講系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 數(shù)字無線對講系統(tǒng)組成

此系統(tǒng)主要由全向天線、數(shù)字中繼器、手持和車載數(shù)字終端臺構(gòu)成。

全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°均勻輻射，在垂直方向上表現(xiàn)為有一定寬度的波束。

數(shù)字中繼器及手持和車載數(shù)字終端臺，國際上暫時(shí)沒有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，市場上不同國家采用不同通信標(biāo)準(zhǔn)，如美國采用的P25通信標(biāo)準(zhǔn)、歐洲通信協(xié)會采用的TETRA、DMR通信標(biāo)準(zhǔn)等。

2.2 數(shù)字無線對講系統(tǒng)工作原理

數(shù)字中繼器相當(dāng)于一個(gè)帶有天線的雙向放大設(shè)備，通常天線安裝在最高點(diǎn)，當(dāng)外部較弱信號輸入后，數(shù)字中繼器可以增強(qiáng)這些信號并發(fā)射出去。通過終端設(shè)備設(shè)置的不同，實(shí)現(xiàn)成員間的個(gè)呼、組呼、全呼。對于數(shù)字對講機(jī)而言，關(guān)鍵在于它的調(diào)制解調(diào)器和語音解碼器。天線接收到語音信號是模擬信號，首先被傳送到射頻接收器上，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，然后通過DSP軟件把這個(gè)調(diào)制好的數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)和解碼，經(jīng)過處理的信號再被數(shù)模轉(zhuǎn)換器模擬化，最后被傳送至麥克風(fēng)。來自麥克風(fēng)的語音信號被數(shù)字化，這個(gè)過程是數(shù)字信號處理器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器來完成的。首先數(shù)字對講機(jī)內(nèi)部設(shè)有DSP處理器，這個(gè)軟件系統(tǒng)可以對接收信號進(jìn)行編碼，再將處理過的信號進(jìn)行調(diào)制，最后數(shù)模轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過上述處理的信號模擬出來傳送到射頻設(shè)備，由天線發(fā)射出去［1］。

3 數(shù)字無線對講系統(tǒng)方案

該項(xiàng)目實(shí)施前，企業(yè)無線通信主要采用模擬對講機(jī)，受距離限制較大。通過對設(shè)備可行性進(jìn)行論證，制定了以下系統(tǒng)安裝方案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 數(shù)字無線對講系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

3.1 天線的選擇與架設(shè)

如何選擇理想的天線關(guān)系到天線在無線電通信中發(fā)揮的作用，理想的天線應(yīng)該有如下特質(zhì)：設(shè)計(jì)科學(xué)、天線增益強(qiáng)、具有較長的使用壽命［2］。由于該系統(tǒng)天線架設(shè)在制高點(diǎn)，需要覆蓋盡量大的范圍，所以選擇全向天線進(jìn)行架設(shè)。在選好理想的天線后還需要正確架設(shè)，不能和電話天線、強(qiáng)電線、電視線等距離太近。

3.2 數(shù)字中繼器的選擇調(diào)試

通過對市場上主流數(shù)字中繼器的比較，選擇摩托羅拉XiR R8200數(shù)字中繼器作為此方案使用設(shè)備。該設(shè)備所在的頻率為403～470 MHz之間，與現(xiàn)有模擬設(shè)備可以做到無縫過渡，促進(jìn)模擬到數(shù)字運(yùn)行的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。該設(shè)備支持?jǐn)?shù)字TDMA模式下的2個(gè)同步語音或數(shù)據(jù)通道，可將1個(gè)12.5 kHz信道呼叫容量提高2倍。

3.3 手持和車載數(shù)字終端臺的選擇調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成需要，選擇與中繼器相同品牌的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，要求該設(shè)備具有安裝方便，操作簡單易學(xué)，語音傳輸速度快無延時(shí)且音質(zhì)清晰無背景噪音。最終選擇XiR R8200系列產(chǎn)品作為此方案使用設(shè)備。

4 應(yīng)用過程中的問題及解決辦法

4.1 頻率干擾

目前無線電設(shè)備在日常生活中使用頻繁、應(yīng)用廣泛，大功率對講機(jī)及非法中繼器也很容易購買，在使用過程中容易出現(xiàn)頻率干擾，導(dǎo)致通話不清晰，針對頻率干擾問題，解決辦法主要有兩種：

合法中繼器的設(shè)立要在地市級無線電管理局進(jìn)行備案并繳納頻率占用費(fèi)，該備案頻率受到法律的保護(hù)，在頻率受到干擾時(shí)及時(shí)向無線電管理局進(jìn)行反饋，由無線電管理局對非法使用該頻率的單位進(jìn)行處罰。

使用數(shù)字中繼器自帶的加密功能，避免與其他中繼器發(fā)生干擾。通過調(diào)整設(shè)備的色碼，區(qū)分與其他設(shè)備的不同，防止頻率干擾。

4.2 部分區(qū)域通信質(zhì)量不佳

由于鋼鐵企業(yè)面積較大，廠房都由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，遮擋嚴(yán)重，導(dǎo)致在部分區(qū)域信號覆蓋不佳，影響正常通話，主要采取以下3種解決辦法：

（1）選擇正確的天線架設(shè)位置。天線的高度決定了信號覆蓋的范圍，在條件滿足的情況下應(yīng)盡量將天線架設(shè)到高處，同時(shí)也要考慮饋線的長度對功率損耗的影響，取最合適的長度。

（2）在信號覆蓋不佳且不需要移動(dòng)的位置使用大功率固定數(shù)字對講機(jī)，替換原有小功率手持?jǐn)?shù)字對講機(jī)，增加設(shè)備發(fā)射功率，有效提高通信距離。

（3）采用多臺數(shù)字中繼器設(shè)備進(jìn)行IP基站互聯(lián)。如果上述兩種方法仍然不能滿足使用要求，可將2臺或多臺設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，形成多臺設(shè)備互聯(lián)，覆蓋范圍將大大提升，如圖2。

圖2 IP基站互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

（1）該方案通過數(shù)字中繼器加密解決頻率干擾問題。

（2）該方案通過天線架設(shè)設(shè)置、增大發(fā)射功率、IP基站互聯(lián)等方式，解決了部分區(qū)域通信質(zhì)量不佳的問題。

（3）在未來的冶金行業(yè)應(yīng)用大環(huán)境下，將進(jìn)一步深入研究數(shù)字無線對講系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)，通過數(shù)字信號處理技術(shù)，進(jìn)一步提高數(shù)字無線對講系統(tǒng)的通信質(zhì)量和通信效率，為鋼鐵冶金的安全生產(chǎn)和供給側(cè)改革奠定良好的信息通信基礎(chǔ)。

［1］張亞榮．某酒店數(shù)字對講機(jī)室內(nèi)分布系統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性研究［D］．天津：河北工業(yè)大學(xué)，2013．

［2］劉斌．分析無線電通信中天線的作用［J］．通信信息，2012（5）：165．

（編輯 袁曉青）

Design and Application of Digital Wireless Interphone System Used in Iron and Steel Enterprises

Sai Mingshun，Wang Lei
（Beijing Shougang Automation Information Technology Co.,Ltd.，Beijing 100041,China）

The analog-interphones were widely used by iron and steel enterprises in early period,but they could not meet the requirements demanded by the quality of conversation, transmission distance and busy degree of the frequency in use any more.And therefore taking the application tests for digital wireless systems（DWS）used by iron and steel enterprises as the example,the application of the DWS in production was discussed.This new system not only can solve the problems relating to the analog interphones,but also can meet the requirements the extension capacity conducted by the enterprises in the future without changing old equipment.

iron and steel enterprises;wireless communication;digital

TP368

A

1006-4613（2016）06-0031-03

2016-05-13

賽明順，助理工程師，2016年畢業(yè)于北京交通大學(xué)通信工程專業(yè)。E-mail：sms-8341@163.com