无线集群通信在地铁中的应用

第一篇：无线集群通信在地铁中的应用

1无线集群通信简介

无线集群通信是一种智能化的无线颇率管理技术。集群系统的本质是允许大量用户共享理技术。集群系统的本质是允许大量用户共享少量通信信道和虚拟专网技术。其工作方式与移动电话系统相似，由—个交换控制中心根据需要，自动为用户指定无线信道。其不同点在于集群通信以组呼为主，用户之间有严格的上下级关系。用户根据不同的优先级占用或抢占无线信道，呼叫接续要快(300ms-500ms)，且以单工、半双工通信为主要通信方式。2无线集群的地铁应用 2.l概述

地铁的无线集群通信系统为控制中心调度员、车辆段调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修、公安等移动用户之间提供通信手段。系统必须满足行车安全、应急抢险的需要。目前，地铁无线集群通信系统均采用TETRA数字集群通信系统组网。

在地铁中的调度网通常包括行车调度网维修调度网、环控调度网、车辆段调度网和防灾网、调度网5个无线词度专网。

在TETRA数字集群系统中，各调度网以虚拟专网的方式存在，互相独立，互不影响。各调度网共享频点和基站设备，提高了频率资源的利用率，节约了设备投资。地铁中的无线数字集群系统还与信号系统(A鸭)相配合，为调度台与车载台提供列车的位置与状态信息。

TETRA分机间具有脱机对讲功能(相当于对讲机)。在司机与调度不能正常通话的紧急情况下，利用该功能．司机可直接呼叫车站值班员，起到应急通信的作用。在TETRA数字集群系统中，各调度网以虚拟专网的方式存在，互相独立，互不影响。各调度网共享频点和基站设备，提高了频率资源的利用率，节约了设备投资。地铁中的无线数字集群系统还与信号系统(A鸭)相配合，为调度台与车载台提供列车的位置与状态信息。1rI强RA分机间具有脱机对讲功能(相当于对讲机)。在司机与调度不能正常通话的紧急情况下，利用该功能．司机可直接呼叫车站值班员，起到应急通信的作用。

TETRA集群系统采用单工、半双工为主要通信方式，足削鲐蹇讲话(眦ush T0T救)时才占用无线信道，节约了无线资源和终端耗电。才占用无线信道，节约了无线资源和终端耗电。该系统具有选呼、组呼、列车广播、优先呼叫、强拆、强插、调度通话录音J舌台监听等功能。

目前，我国地铁所使用数字集群系统为MOTOROLA和欧洲宇航EADS(原NOⅪA)的产品。2.2组网方式

在地铁通信的一条线路中，可采用大区制、中区制、小区觎组网。2.2．1大区制

全线路只在—个车站设置基站，全线其它 车站均设置直放站。大区制的特点为：不存在越区切换问题、工程造价低。其缺点为：可靠性较低、存在多径干扰的场点较多、单基站载频有限、扩容受到限制。2.2.2 中区制

在少数八1个车站设置基站，全线其它车站均设置直放站。中区制的特点为：频率资源利用率较高、越区切换频次较少、干扰较少、系统可靠性较高、工程造价较低、扩容灵活方便。

基站与直放站的链接，可以采用同轴漏泄电缆链接与利用地铁传输网链接二种方式。2．23小区制

在每—个车站设置基站，地铁中非相邻基站载频频率—般允许进行空间复用。小区制的特点为：频率资源利用率高、越区切换频次多、干扰少、系统可靠性高、工程造价较高。

近年来，基站价格下降，开始接近直放站的价格，故目前新建地铁的无线集群通信系统口用小区制组网方案逐渐增多。2.3无线场强覆盖范围

地铁集群通信系统的无线场强覆盖范围包括：地铁运行线路全线各车站的站台、站厅及区间隧道或地面及高架线路，以及整个车辆段地面区域(含检修库、运用库等)，可以采用如下方式进行场强覆盖。

2．3．I沿线隧道、地面及高架运行线路及沿线地下车站的站台区主要采用漏泄同轴电缆辐射方式进行场强覆盖。

2．32沿线地下车站站厅区(含部分出入口通道)主要采用吸顶低廓天线进行场强覆盖。

2．33车辆段、停车场主要采用室外全向及低廓天线进行场强覆盖。2.4地铁对无线集群通信系统的功能需求

2．4．I无线通信可以为地铁内部固定工作员与流动工作人员之间提供话音通信、短信息与分缌数捅豆信。系统以组呼为主，也可以提供选呼。2．42根据业务需要，为中心调度员、车站值班员、车辆段停车场值班员、列车司机以及各部门流动人员之间提供无线通信手段。

2．43按使用部门或人员进行优先权排队，当业务信道全部占用时，优先权级别高的呼叫可中断优先权级别低的通话，以保证调度作业的正常进行，并确保紧急情况下的指挥、调度。2．4．4具有紧急呼叫功能，紧急呼叫的优先 2．4_5中心调度员可插入列车广播，对列车乘客进行选呼广播和全呼广播。2．4．6中心调度员可监听本部门调度用户的通话，并对所有的通话可以自动或人工录音。2．4．7控制中心的无线调度核心网设备具有呼叫记录功能，存储主呼和被呼号码、位置、类型、日期和时间，必要时，可打印输出。2.4.8具有设备的自检和中心检测功能。

2．4．9地面线路和地面车站、车辆段/停车场，采用基站和空间波天线完成工作区域的场强覆盖；地下线路和地下车站采用基站(或直放站)和漏泄同轴电缆(或隧道天线)完成工作区域的场强覆盖。

2.4．10整个系统由位予控制中心的核心网设备，位于车站的基站设备，以及列车台、各部门便携台和传输通道等组成。

2.4.11在话音质量为i级的保证条件下，边缘覆盖概率为：系统空间渡覆盖的地点概率不小于90％，孺泄同轴电缆辐射电波覆盖的地点概率不小于95％。

TETRA数字集群系统 TETRA（Trans European Trunked Radio – 泛欧集群无线电，现在已改为Terrestrial Trunked Radio – 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，是由ETSl推荐的—个数字集群标准，该标准是个公开的标准。TETRA标准采用TDMA与FDD技术，将—个载频的25KHz带宽分为4个时隙(信道)。TETRA系统集调度、移动电话、移动数传和短消息业务于—体，非常适合专网无线调度使用。

3．1 TETRA标准

TETRA标准描述了TETRA系统的空中接口与各种外围接口。核心网与基站之间的接口尚未标准化，故TETRA系统的标准化程度，低于公众移动通信系统，造成了一定的设备垄断性。3．2盹TR^空中接口 TETRA系统在我国使用806--．821MHz(上行)和851墙66Mm(下行)频段，和现有的模拟集群通信系统所使用的频段是—致的。该系统用,3.14／4 DQPSK调制方式，其最大相位变化不超过1800，调制频带窄，接收端无需基准相位振荡。

在TETRA系统中，每—个无线电载波，无论是匕行或下行链路均划分为4个时隙。每一时隙构成—个无线信道。可用于承载话音/数据业务、控制信令或两者混合进行传输。4元线集群终端 4.1车载台

地铁列车前后两端驾驶室各安装一台车载与车次等信息。电路、控制面板、话筒、天线等组成。其中无线收发信机、控制和接1：3电路安装在—个固定的机壳内，控制蔼板和话筒分别安装在驾驶员座位左方与右方，天线安装在车顶。驾驶员可以通过操作控制面板的按键，发出通信请求，并通过话筒发话，通过扬声器收听。通过系统与ATS的连接，控制面板显示屏上会显示当前列车位置与车次等信息。4．2车站台

车站台为固定台。配置在每个车站的车控室。车站值班站长可通过车站台与控制中心的行车调度员进行联系，经行车调度台转接可与司机通话。

4．3手持台

手持台主要配备给站务人员、维修^员、保安等不固定地点的作业^．员。使他们可与相关的调度员通话或发起组呼。这些集群终端的通信功能主要有一般呼叫、紧急呼叫、短信收发、组呼以及调度员通过车载台对列车进行广播等。

第二篇：无线集群调度通信

无线集群调度通信

一、铁路通信现代化

近十年来,以现代信息技术为核心的高新技术发展为世界铁路注入了新的活力,使铁路在与其它现代交通运输方式的竞争中,重新振兴,进入新的发展时期。

铁路通信是铁路信息化的基础设施,也是提高铁路客货运输服务质量、管理水平和实现铁路现代化及使铁路面向市场的重要手段。建立现代的通信系统,在拓展铁路运输市场、满足用户要求、提高运输效率和服务质量、降低运输成本、优化宏观决策等方面都发挥了很突出的作用。

在20世纪70年代以前,铁路通信网以传统的电话网为主,广泛采用频分复用技术。自从80年代以后计算机技术引入铁路,并与铁路通信与信号处理技术相结合,构成各种铁路运营和管理信息系统,相应地铁路通信网在完善电话网的同时,主要发展数据通信网,使铁路通信开始迈入数字传输的时代。随着铁路非话业务的日益增长,从90年代开始积极研究和开发铁路综合业务数字网(ISDN),传输铁路多媒体信息。

铁路数据通信网是现代铁路通信的核心,它专门为铁路传输交换与收集分配各种运营管理和调度监督等自动化系统的数据,并实现数据一次实时输入,同时按需分发给各种铁路信息系统公用,达到数据资源共享,实现铁路运营管理和列车运行监控的自动化。目前,世界发达国家的铁路数据传输网都已经建立,并投入运用。例如美国的AAR数传 网已用于北美三国(包括加拿大和墨西哥)的铁路运营管理系统、铁路远程信息网络系统、铁路货车档案系统等,并支持北美铁路的电子商务应用。近年来,美国铁路公司的调度中心已经实现计算机化和综合集成化,实现统一调度,它也是基于高速率的数字通信网络。又如法国国营铁路建立的RETIPAC数据网已用于全路联网的客票预定系统、货车管理系统、货运商务管理系统、货车维修管理系统等,它与法国邮电的公用数据网相连通。日本的铁路数据网早在70年代就已建成,已用于全路联网的客票预定、快货运行自动化、集装箱运输自动化、新干线综合自动化、基建管理自动化和编组站自动化等系统，数据量大，传输速率高，并与日本的ISDN网互联。在欧洲各国铁路利用公用数传网相连，建立起泛欧铁路互联数据传输网，称为EURADAT网，目前已有20多个国家参加，采用统一的通信协议和规程。

铁路综合业务数字网（ISDN）是铁路通信网发展的必然趋势，也是铁路实现信息化的基础。近年来，不少国家积极研究和开发铁路ISDN网，例如日本铁路部门提出四步实施计划，即由模拟制式过渡到模拟和数字兼容，再过渡到数字制式，最终建立综合的铁路ISDN网,估计在21世纪初就能实现。德国铁路在80年代就确立了铁路通信数字化和综合化的目标，90年代初完成长途通信干线数字化，并建立数字传输扩充网（INF），进而实现数字移动通信，它们都综合到德国铁路的ISDN网内。瑞士铁路的ISDN网预计在2003年实现,它与铁路ISDN网相连,从而扩大到泛欧铁路的综合业务数字网。

铁路移动无线通信网是铁路ISDN网的一个重要组成部分,它是移 动体接入的主要方式，实现地面对列车的实时远程指挥控制和监视运行，并可与司机直接对话，因此实现固定点与移动体、或者移动体与移动体之间的不间断实时通信联络。目前，日本新干线移动通信网与铁路有线网相连可以提供调度运输业务；并与邮电网相连，可提供公众电话、传真和数据通信。通过移动无线网,使调度中心不但了解列车运行位置和列车设备运用状态等信息，还可以向旅客传送通知、新闻等文字信息显示。德国新研制的移动无线网与铁路和邮电的有线相连，实现行车调度合理化和现代化，提供直拨电话、图文通信等业务给旅客使用。泛欧铁路采用数字蜂窝无线网（GSM－R）建立起欧洲列车控制系统（ETCS）和欧洲铁路列车管理系统（ERTMS），它接入泛欧铁路综合业务数字网内，可用于对泛欧铁路上列车运行的控制和监视，并作故障记录，性能相当稳定可靠。美国研制的先进列车控制系统（ATCS）也是引入蜂窝无线系统，但它采用更加先进的扩频码分多址（CDMA）技术，不仅它的系统容量要比GSM大几倍（决定于扩频增益），而且抗干扰能力更强,因而提高了列车运行的安全性和可靠性。

二、集群移动通信

无线移动通信实现了移动用户与固定用户、移动用户与移动用户之间的实时通信联络，因此得到社会各行各业以及广大用户的青睐。一般来说，向社会群众开放的移动通信，称之为公众移动通信系统，如邮电通信部门所属的企业。另外一类就是属于某一部门或单位内部的移动通信，称之为专用移动通信系统，通常是不对社会用户开放，但是在某些特殊场合也可以两者兼用、以专用为主。无线移动通信根据系统规模和覆盖范围大致可以分为三类，即大区制、小区制和中区制移动通信系统。大区制的业务区半径一般为20公里左右，亦可大到60公里以上，决定于天线高度和发射功率。它的系统容量因受同频干扰的限制一般较小，约为几十至几百个用户，应视地理环境设计而定；但随着多频共同和频率合成等新技术的应用，一个大区制的移动通信用户也可达到几千甚至万户以上。大区制移动通信系统通常采用集群通信方式,它有多个无线频道(每个频道又有许多频率点)按相等可用原则供用户自动选择,当用户搜索到空闲频道时,该次呼叫就告成功;但也可由基站控制终端,利用专用呼叫频道进行分配,此时呼叫成功率较高,但设备利用率却有所下降。

与大区制完全不同的是小区制移动通信系统,它是将业务区划分成若干蜂窝状小区(或微小区),小区的业务半径大致为1.5到15公里,而微小区的半径甚至不到1公里,因此小区制移动通信是依靠蜂窝结构来工作的,通常称为蜂窝通信系统,它每隔2或3个小区就可以重复使用无线频率,因而小区制移动通信系统的容量就很大,通常都在百万用户以上,适合于为广大社会群众服务的公众移动通信系统。

由此可见,小区制移动通信属于大容量、公众移动通信系统,而大区制移动通信则属于小容量、专用移动通信系统;前者采用蜂窝式,后者则采用集群式进行通信运作。至于中区制移动通信则介乎大区制、小容量和小区制、大容量之间,其业务区半径大致为15公里到30公里,系统容量在1000到10000用户之间;其工作方式可以采用集群式、也可以采用蜂窝式,应视业务特点和需求设计而定,因此它可被视为中容 量移动通信系统。目前,在铁路、交通、水利、公安、消防、以及党、政、军事机关内部广泛使用中、小容量的集群移动通信系统,以便适应它们各自的业务需要,而向社会开放的公众移动通信系统大多采用大容量的蜂窝移动通信系统。

所谓”集群”是指多个无线频道为众多的用户所共同,因此集群通信系统就是通过频率共用来缓解频率资源紧缺的矛盾。另外,它又通过将基站集中使用、统一控制,有效地降低了用户建网费用,真正做到统一设置、集中管理,频率共用、按需分配信道,共用业务覆盖区、共享时间、共享通信业务、共同负担费用等一系列优点,是一种多功能而又廉价的先进的自动拨号无线移动通信系统。

集群移动通信的网络结构通常是链状结构,它是由基本系统的单区网叠加而成区域网,并随着业务需求的发展设计成为全国网,其中基本系统可以设计成为单基站或者多基站。在构成区域网时要增加一个具有交换控制功能的区域管理器,以便实现整个区域的系统管理、处理越区登记和自动漫游等功能。图1就是一个多区域控制的网络结构,其中BS为基站、PSTN为公众电话交换网、PABX为单位内部的小交换机。

集群移动通信的控制方式有两种,即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式;前者由系统控制器来实现,而后者无系统控制器。相对于一般的无线移动通信系统来讲,集群移动通信的控制功能复杂,要求信令的种类多,信令产生和处理的速度要求快,例如一个信令的传输时间应在几十或者几百毫秒之内,这样才能使系统的接 续时间符合技术指标要求。

性能良好的集群移动通信网可以实现移动台位置登记、用户动态重组、丢失或被盗台的禁用、通话计时计费、移动台越区自动切换频道、以及强插、强拆、同播和接入公众网等功能,因此它比公众移动通信网的功能还要强,有时也可设计成公众与专用合一的无线移动通信网。

就通信业务而言，集群移动通信主要用作专业调度网，因此其基本业务是通话，但也可以兼作状态信息、控制信息等数据传输和传真业务。其主要呼叫终端是调度台、移动用户或PABX、PSTN用户, 后者与控制中心的连接是通过光缆或电缆，因此集群移动通信包括无线与无线，或者无线与有线之间的通信联系。根据业务需求，集群移动通信的呼叫类别可以有多种选择，如个别呼叫、组呼（或群呼）、系统全呼（广播呼叫）等，系统内的用户要按级别划分，其中紧急呼叫为最高优先级别，其次是首长呼叫或调度台呼叫。对于区域网的用户在开机时就定期向系统自动登记，当用户跨越基区时可以自动漫游。

下面是我国铁路集群移动通信网的简要情况，其网络结构已如图1所示，在分局（或路局）所在地设置集群移动交换机（即控制中心），在铁路沿线设置基站（一般是车站所在地），移动通信交换机的容量和基站的信道数量要根据用户数量和话务量多少来定，在基站与控制中心之间用电缆或光缆连接。该系统采用异频双工制式，工作频段为450MHZ，在单区内的信道数少于10个，当信道数目超过12个时，可以组成多区域网络结构。在单区内采用随路信令的控制信道方式，当组成多区域网络时可采用专用控制信道方式。经统计，该系统在正常情况下无线频道的呼损率小于10％，用户的呼叫成功率达到90％，超过了美国EIA的陆地移动通信标准。

三、无线调度通信

在铁路、交通、电力、水利及工矿企业等部门都有专门运作调度业务的通信系统，称之为调度通信。它可分为有线和无线两大类，前者是面向固定点对固定点的调度通信，而后者则是面向固定点对移动点、或者移动点对移动点的调度通信。但在覆盖范围大的调度通信系统内往往既有有线、又有无线部分，人们统称为调度通信。对于铁路、交通等运输部门，则以无线调度通信更为重要，因为这些部门的移动台数量多，组网比较复杂。

简单地说，调度通信的功能主要是采集有关业务数据，并传输给调度员或中央控制中心；与此同时，调度员或控制中心还要向调度区内的用户终端发布控制信息和警告信息，以便实时调整业务状态达到最佳。以铁路调度通信为例，分局（或路局）调度员要及时了解各趟列车的行车信息，如车次、车种、列车等级、运行时间、停靠时间、列车到发间隔时间等，这些信息可从车站值班员（或司机）那里，通过通信传输了解到，这就是采集数据。随后，调度员要根据情况在原有运行图的基础上进行必要的灵活的调整，再把调整后的信息通知车站值班员（或司机），以便合理地安排进路和控制运行时间。当然，这些工作可以由人工操作来完成，也可以用计算机来辅助操作，但调度员决不可缺少，计算机只是起到减轻调度员的工作负担，以及发挥某 些延伸功能。显然，铁路调度通信对于保证运输安全、提高运输效率起到十分重要的作用，特别是在紧急情况下更为重要。

但是原有的我国铁路调度通信比较落后，就拿无线列车调度来说，它不仅功能简单，而且传输不可靠。它本质上属于同频对讲系统，只要符合频点就可以在该系统内进行通信，因而不但存在严重的同频干扰，而且缺乏保密性，有时还会产生强信号抑制弱信号的阻塞现象，造成通信中断。另外，原有的无线列调功能单一，主要是通话业务，不能适应列车自动控制(ATC)的需求，因为后者要求传输其它列车数据，如机车车况、车辆轴温、行车控制等信息。但是随着集群通信技术的发展和应用，采用集群式无线调度通信已成为必然趋势。铁路集群式无线调度通信具有多信道、大容量、满足多种通信业务需求等特点的综合移动通信系统，它是适用于铁路运输现代化的先进的无线调度通信系统，因此铁路部门领导已明文规定在已建立集群调度通信的地区，一般不再发展各单位专门的单一功能的无线通信系统，如工务、巡道、电务维修、施工抢险、以及用于调车、列检、客货服务指挥等无线专用通信，但公安单位除外。

铁路集群调度通信的主要业务内容是个别选呼、组呼、群呼和各种信息数据传输，系统采用集中控制信道方式，能够满足强拆、强扦、动态重组、跨区调度和系统联网、自动漫游等需求。目前，我国铁路上采用的是美国摩托罗拉公司生产的Smartzone模拟集群通信设备，它符合公开信令标准MPT137，以保护系统设备的通用性，便于维护。它用于无线列调的工作频段是457－468MHZ，用于站调的是413－ 419MHZ；笼统地讲就是在450MHZ频段内工作，目前在繁忙干线上已经建成集群调度通信网的有京广、京沪、京哈、陇海、京

九、京秦等多个区段，共计1万公里左右，基本上适应这些干线的运输生产需要。在积累使用经验的基础上，还准备进一步发展数字集群调度通信，以扩大其功能，特别是引入先进的数字集群通信设备，以便加速形成铁路数字移动通信体制，推动行车指挥自动化和列车自动控制技术的发展和应用。现有以欧洲推出的TETRA为代表的数字集群通信产品，它是建立在泛欧数字移动通信GSM体制基础上开发的，用于欧洲铁路控制系统（ETCS）内的铁路专用通信设备，估计到21世纪初期具有公开信令标准的TETRA数字集群调度系统将会以极快的速度占领铁路市场，有关部门正在考虑和规划之中。

虽然数字集群与模拟集群通信相比具有很多优点，例如系统容量大、频谱利用率高、调度指挥功能强，特别是可以传输多种媒体业务，如话音、数据、图象等，实现声、光、电俱全的多媒体调度通信。但是，由于在研制开发初期的成本比较高、因而价格昂贵；同时性能尚不够稳定、使用经验尚不成熟，这些都构成不能马上推广应用的原因。因此，目前采用技术较为成熟的模拟集群调度通信仍不失为明智之举，图2 就是一个铁路区段集群调度通信系统的例子，其中包括控制中心、基站、车载台等设备。

该系统的控制中心到基站是用光缆连接,其它部分是无线移动通信。集中控制功能就设在分局调度所的控制中心,除了能实现单呼、群呼、全呼和电台互联外,还便于对系统实现集中控制和统一管理。因此 它有较强的指挥调度能力和管理控制能力,还具有自我管理能力,即不间断地进行自检和诊断。它的组网能力也很强,实现按优先级呼叫、动态分配信道, 通话限时、自动关闭非法用户、系统话务统计、故障诊断与弱化、快速信令、自动回叫、紧急呼叫等一系统调度通信功能。另外,它具有传输短数据业务的能力,如时间、地点、车速等信息以及简短的调度命令;至于长数据业务可以利用通话间隙时间分组传输,而短数据业务可利用控制信道。根据铁路的具体情况,要求电台发射功率固定,例如基地台为20瓦、车载台也是20瓦、手持台(手机)则为5瓦。另外,在区间优先级的设定为调度员对司机是一级, 司机对车站是二级;在站场优先级的设定为调车长对司机是一级,调车长对调度员是二级。经使用表明,该系统联网后可以实现自动漫游功能(依靠基站和控制中心),在调度网内的传输质量达到规定要求,如信噪比不小于20分贝,在连接市话网时甚至达到不低于29分贝。在基站的控制单元内设有数据库,它存储有关用户的资料,司机在出乘前要设定车次识别号码,并由基站传送到控制中心。其它功能要求;应在系统设计时统一考虑。

四、GSM－R标准

GSM（Global System for Mobile Communication）是欧洲标准化组织ETSI提出的一种数字蜂窝移动通信标准，它的构想起源于1982年，由欧洲邮政与电信大会（CEPT）的移动通信特别组负责，并在ETSI的技术委员会领导下具体制定GSM的标准化工作。它的第一代产品是GSM phase 1，于1992年结束，接着是GSM phase 2，也于1994年结束；现在是采用GSM phase 2＋。据统计，到1999年9月全 球已有129个国家或地区的350 个运营者采用GSM标准，占全球所有移动电话用户的64％。我国的GSM用户已达2800万，成为目前我国数字移动电话的主流模式,并已与48个国家和地区开通国际漫游。

GSM的工作频段是900MHz ,移动端发送频率为890－915MHZ（基站接收），基站发送频率为935－960MHz〔移动端接收〕。但为了弥补在城市中漫游时可能产生的盲点，现已开发1800MHz 频段作GSM用，并实现GSM双频手机，它在两个工作频段内自动切换，以保证通信质量。通常GSM工作在900MHz频段，当网络阻塞或信号减弱时切换到1800MHz频段，从而增加系统容量，并减少掉话率。

GSM的主要业务包括用户终端业务、承载业务和补充业务三大部分，其中用户终端业务是最基本的。用户终端业务包括通话、短消息服务（SMS）、传真和语音信箱；承载业务则包括300、1200、2400、4800、9600bps速率的分组数据传输；补充业务有很多，如主呼号码显示（CLIP）、主呼拒绝显示（CLIR）、呼叫转移（CFU）、呼叫等待（OW）、锁闭呼出（BAOC）等。

GSM标准的载波间隔为200KHz，采用ACELP语音编码方式，其编码速率为13kb/s，调制方式采用GMSK，调制速率为270千波特。GSM采用时分多址CDMA方式，每帧分为8个时隙，在通话时每个用户只允许占用一个时隙，而在分组交换时允许一个用户分配多个时隙。GSM的帧结构有四个层次，即帧（Frames）、复帧（Multiframes）、超帧（Supperframes）和高帧（Hyperframes）；其中帧由8个时隙组成，长4.615ms；复帧有26复帧（12ms）和51复帧〔235ms〕两种；超 帧由2651个帧组成，长6.12s；高帧由2048个超帧组成，长3小时28分54秒左右。

GSM的逻辑信道分两种，即业务信道和控制信道，前者传输编码语音或用户数据，后者传输信令或同步数据。GSM 的控制信道又分广播信道和公共控制信道两类，前者作为频率校正、时间同步、广播控制、分组广播控制等用途；而后者可作寻呼、随机接入、接入允许、通知信道等。

目前双频工作模式的GSM phase 2＋已经变成全欧数字移动通信的标准模式，正在向第三代移动通信UMTS过渡，并与国际电信联盟（ITU）制定的IMT－2000标准靠拢。作为一种过渡标准采用GPRS（General Packet Radio Service），它是在GSM原有网络结构的基础上增加了2个网络节点〔SGSN和GGSN〕，理论上可为用户提供高达170kb/s以上的分组数据服务，实际上可达115kb/s，基本满足传输多媒体业务的需求。最近又推出EDGE（Enhanced Data rate for Global Evolution）标准，它采用8PSK调制方式，将GPRS原来170kb/s速率提高到384kb./s，并实现GSM 网络漫游，更加接近第三代移动通信的要求。

GSM－R与GSM在网络的网元结构、标准接口上都没有大的区别，主要区别在于根据铁路通信网的特殊性，如功能编号、紧急状况处理、定位信息应用、控制调度信息等，引起网络结构和规划方面要作相应调整。GSM－R的工作频段与GSM相同，876－915MHz用于移动端（基站接收）、921－960MHz用于基站（移动端接收）。GSM－R是欧洲铁路未来的数字移动通信标准，它已得到欧洲议会的通过，并已有超过30个成员国参加。GSM－R的优点是它具有ISDN特性，可支持众多应用，包括多媒体业务和调度作业。另外，它在欧盟各国铁路间具有互操作性、有效利用资源（包括频点和网络资源）、具体开放性、便于推广应用和维护、降低成本等优势。GSM－R在铁路上的应用可归纳为下列几种：

1、在铁路信号方面的应用，包括自动列车控制（ATC）和远程控制进路等；

2、与列车有关的语音通信，包括列车调度、应急广播、编组调车、工务维护、列车间通信等；

3、局域网和广域网通信，它们与行车有关的调度指挥；

4、面向旅客的信息服务，如预售票、时刻表、电子商务等。

GSM－R已在法国、德国、意大利等欧盟国家试验运行，其结果是相当满意的，在高达500km/h的车速下可以实现无缝通信，切换成功率高达99.5%，并能保证隧道内通信，传输性能可靠，车站覆盖广，通话建立时间短。尽管GSM－R在欧洲实施才开始，但欧盟计划用10－15年时间将既有欧洲铁路全部更新为GSM－R标准，成为铁路数字移动通信的主流模式。

五、TETRA标准

国际上较为流行的数字集群系统有7种，其中3种系统采用频分多址（FDMA），3种采用时分多址（TDMA），另外一种则采用跳 频加时分，即FHMA方式。基于对频谱效率等多方面的考虑，FDMA远不如TDMA好，而FHMA方式目前尚未公开，通常用于军事通信，因此优先考虑TDMA方式的数字集群系统是我国引进和开发的重点。经过大量的调查研究和深入分析，对同样采用TDMA方式的TETRA（泛欧）、iDEN（美国）、iDRA（日本）3种产品进行详细比较，最终决定选择欧洲标准TETRA作为我国数字集群系统的主流模式，并为此编制了我国数字集群移动通信体制的国家标准（征求意见稿，1999年）。

TETRA标准最早是在1994年芬兰诺基亚公司提出的，经过欧盟技术委员会移动通信组的讨论和完善，终于成为泛欧数字集群移动通信系统的标准，并在欧洲的公共安全系统中首先得到应用，如芬兰的VIRVE、瑞典的RAPS、英国的PSRCP、比利时的ASTRLD、荷兰的C2000、德国的BOS，此外还有意大利、澳大利亚、丹麦、挪威、西班牙、葡萄牙、希腊等150多万用户。

与其它数字集群系统相比，TETRA具有以下明显的优势：

1、标准开发，有利于国际竞争，不会造成独家垄断的局面；

2、在成本价格、维修服务等方面便于用户选择；

3、组网灵活，适用于大、中、小各型调度指挥系统，其模块式结构便于系统扩大升级；

4、功能齐全，并便于按需选配，例如配置基本的调度业务外，还可以配置公共安全等多种需求；

5、既适用于专用网，也适用于社会化管理的调度网。TETRA采用时分多址TDMA方式，一帧内划分4个时隙，每个时隙长14.167ms，故帧长56.67ms。其帧结构为3层，由18帧组成复帧，长1.02s；再由60个复帧组成高帧，长61.2s，国外早期采用工作频段为410－430MHz，今后规划占用450－470和870－876/915－921MHz新频段，我国则采用806－821MHz（移动端发）和851－866MHz（基站发）。其载波间隔为25KHz，话音呼叫占用一个信道，数据传输可占用4个信道，由此若与GSM在频率利用率上来比较，则GSM是200KHz载波共用8个信道，而TETRA是25KHz载波共用4个信道，或者32个信道共用200KHz载波，后者的频率利用率要比前者高4倍。

TETRA标准的基本业务内容是语音和数据业务，其中语音业务包括组呼、广播、半双工选呼、电话模式呼叫、优先级呼叫、主呼方识别、来话限制、去话限制、呼叫转移、呼叫会议、呼叫监测和强插、调度授权呼叫、紧急呼叫识别、回交请求、选择提示、缩位号码等。数据业务则包括状态数据业务、短消息业务（固定长度为16/32/64比特，可变长度为0－2047比特）、电路模式数据（无保护时7.2－28.8Kbps，保护时4.8－19.2Kbps，强保护时2.4－9.6Kbps）、无连接分组数据（CLNS）4.8－19.2Kbps，以及面向连接分组数据（CONS）X.25。此外，用于公共安全中的补充业务有调度员授权呼叫（CAD）、区域选择〔AS〕、接入优先级（AP）、优先级呼叫（PC）、迟后进入（LE）、抢先优先级呼叫（PPC）、监听（AL）、以及动态重组（DGNA）等。从业务性质上来区别，语音通信属于用户终端业务，数据传输属于承 载业务，其它则为补充业务。此外，TETRA可以选择有鉴权、无鉴权、单向鉴权、或双向鉴权等功能；还可选择网络在空中接口对用户详细进行加密，对特殊用户还可在此基础上采用终端加密方式。

TETRA具有3种不同的接口，它们是空中接口（AI）、系统接口（ISI）和外围设备接口（PEI），后者又称终端开发数据接口。其中空中接口是数字集群系统的重要接口，它包括网络协议结构，物理层、数据链路层、网络层的功能，语音信号处理，数据传输的差错控制，以及各逻辑信道的用途等。系统接口是指不同厂家的数字集群交换机之间互连的接口，而外围设备接口则是指用户连接的计算机或专用数据设备。由于专用网使用部门的多样性，需要连接的有线通信网（如PSTN、ISDN、PTN、DDN等）也各异，因此网络接口应根据具体用户需求来配置、TETRA提供不同等级的保密性能，对于用户安全性要求不高的系统可以不配置鉴权功能，也可以配置防止非法盗用的鉴权功能，但对传输的信令和信息不加密；用户在系统登记后用假名地址隐藏用户识别码，也可以选择鉴权功能。对于较高安全性要求的系统，用户终端可用32组静态密匙对传输的信息加密，用静态密匙加密的系统也可以选择鉴权或无鉴权功能。对于很高安全性要求的系统，需要配置双向鉴权功能，即网络基础设施对用户和用户对网络基础设施同时鉴权，经过鉴权产生导出密匙来对信令和信息加密。

TETRA的编号原则是设定用户的机内码，它包括国家代码、网络代码和用户识别码3部分，其中国家代码用于国际间漫游通信，如果 专用网不需要国际漫游，则就可以不设国家代码，以节省编号资源。网络代码是由主管部门设定，而用户识别码则由用户组织或运营商分配，共有1667万个用户识别码。每个用户只有一个单呼识别码，但可以有多个群呼识别码。用户群可以按等级分组，如群、队、组、小组等4级，它们的号码也是按需分配。

TETRA可根据用户规模分成单中心集群系统和多中心集群系统两种网络结构，体现组网的灵活性，以便适应大中小容量和各种覆盖分布与网络拓扑的调度系统要求，基站与交换中心间的数字接口也是64kps或2Mbps两种速率。在网络外，TETRA具有直通工作模式，运营者可以对集群方式进行调整，使系统工作于消息集群/传输集群/准传输集群等不同模式。如果系统要求配有直通方式，也可以选择移动台对移动台、移动台对转发器再对移动台，或者移动台对转发器再通过网关转成集群移动台等方式进行通话。

总起来看，TETRA与GSM相比较具有明显的优势，例如：

1、快速的呼叫建立；

2、先进的数据功能；

3、灵活的组网管理和可靠传输；

4、具有直通模式工作；

5、空中接口鉴权和加密；

6、用户终端加密；

7、适用于调度指挥和半双工组呼；

8、频率利用的有效性。以上各点正好说明在智能交通系统（ITS）中优先采用TETRA标准的数字集群调度系统的理由。

第三篇：集群通信系统

集群通信系统

集群通信系统是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。该系统具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

1、简介

集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以单工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，并且用户具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以一呼百应。

2、发展历程

中国在1989年开始引进模拟集群系统，1990年投入使用。随着数字通信技术的发展，集群通信系统也开始向第二代的数字技术发展，最主要的特点是采用了TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)通信方式。同时，由于各集群使用企业为了满足其各自不同的使用要求，采用了独立建设集群通信网络的方案，所以众多企业的集群网络在网间互联互通性、频率资源使用、整体建设等方面存在诸多问题。此外，国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒，使得内部接口基本不公开，技术开放性很差，系统和终端设备市场价格居高不下，也制约了中国数字集群的产业化进程和规模应用。2000年12月28日，我国信息产业部正式发布的《数字集群移动通信系统体制》（SJ/T11228-2000）行业推荐标准，参照国际标准TETRA（体制A）和美国国家标准iDEN（体制B），确定了两种集群通信体制。后来又加入了我国自主的GoTa和GT800两种体制。目前我国现有数字集群标准有四个：欧洲的Tetra，美国的Iden，以及我国中兴和华为公司的GOTA和GT800。国产的两个标准都是在公网基础上改进而来的，在入网时间及脱网直通等方面无法满足专业用户的需求。美国的Iden也是从公网改进而来的，存在同样的问题。只有Tetra能够满足包括公安在内的专业用户的需求。但Tetra也存在覆盖区域小、建网成本高、各厂商的设备无法互联、很难与模拟系统兼容以及国外知识产权壁垒等问题。中国公共安全行业亟需一个具备自主知识产权，并适合国内公共安全模拟系统数字化改造的新数字集群标准。

鉴于上述情况，公安部科技信息化局组织国内部分有研发能力的MPT模拟集群系统提供企业和研究单位，经过两年多的努力，参考了欧洲和美国的数字集群标准，制定了一部具有我国自主知识产权的数字集群标准——PDT(Professional Digital Trunking)，简称PDT标准。PDT标准是一种根据中国的国情，注入了中国厂商自主创新因素的全新数字集群体制。PDT标准具有覆盖区域大、国产加密算法加解密、厂家系统互联互通、向下兼容模拟系统、技术简单造价低等优势。PDT标准将以公安警用需求为基础，逐步扩展到其他行业，力争成为全球主流的数字集群标准之一。

2008年8月4日，公安部科技信息化局在深圳组织国内5家集群通信系统生产企事业单位，探讨制定适合我国国情的数字集群新标准的可行性，此后陆续又有5家公司陆续加入了标准的制定。（海格通信、东方通信、海能达、优能通信、承联通信）

为加快系列标准的制定和完善，尽快推出符合实战需求的产品，参与企业自发成立了PDT数字集群产业创新技术战略联盟，集合国内产业界的力量共同推进。2010年，PDT获得2项国家标准立项批复，2011年获得7项公安行业标准立项批复，2012年又获得3项国家标准立项批复。截至目前，已有4项公安行业标准完成制定并报批，1项公安行业标准完成征求意见，另有2项公安行业标准正在制定中。3项国家标准达到征求意见稿的水平，即将进入标准发布流程，另有2项国标正在草案修订阶段。标准制定过程中，PDT联盟成员声明共享的专利技术多达三十余项，采纳并融入标准的专利技术多达十余项，使PDT标准技术含金量已经完全可以和国际主流技术标准进行抗衡。PDT标准具有广泛的适用性，既适用于公安、军队、交通、铁路、地铁、急救等行业部门，也适用于市政、石油石化、机场码头、高级酒店等大型企事业。

2013年6月，中国公安部以大庆市公安局为样板点，正式发布了我国第一个专业无线通信数字集群标准――PDT。据悉，该系统为海能达通信股份有限公司(以下简称海能达)承建，标志着中国首个自主数字无线通信标准PDT的成熟应用。

3、数字集群简介

数字集群，是相对于原模拟集群通信系统提出的，是指“数字制式的专用移动通信系统”，数字集群通信是二十世纪末兴起的新型移动通信系统，它除了具备公众移动通信网（GSM、CDMA）所能提供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编控，是集对讲机、GSM、CDMA和图像传输于一体的智能化通信网。数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能，而且它能控制与实现个人与群

体间任意通讯，保密性高，功能丰富，真正全面实现了通讯的智能化。

4、数字集群特点（1）组呼和群呼功能

对用户进行分组，分为一组的用户可以使用同一个信道进行呼叫，组内的其他用户都可以收到，从而很容易完成同一个行动小组内的通信，并且不受其他的影响。RA支持延迟进入的模式，也就是小组成员可以随时加入小组，进行呼叫和接收。群呼功能就是“一呼百应”的模式，一个用户发起呼叫，全网用户都可以接收，并且只占用一个信道，这尤其适合大型集会等场合的调度指挥，是一般移动通信无法完成的。

（2）用户优先级

不同等级的用户具有不同的优先级，高等级的用户可以进行强拆和强插，也就是可以随时中断低等级用户的通信，从而有效的保证高等级用户的通信。这样可以保证在信道比较忙的时候，有效的保证高等级用户的信息发出（例如中心站的指挥信息，现场用户的实时信息等）。不会像公网那样因为信道阻塞而无法通信。

（3）单站模式和脱网直呼

设备在设计的过程中考虑了多种冗余、备份并支持降级使用功能。在基站和控制中心失去联系的情况下，基站自动转为单站模式，只要基站能保证供电。在这种情况下，同一基站覆盖范围的终端用户仍能保持通话，可以实现组呼等功能。并且可以启动备份的无线链路，从而保证基站与控制中心的连接。

终端还具有脱网直呼的功能，在接收不到基站的信号的时候，可以转为对讲模式，保证用户之间的通信。

（4）大区制组网

实施大区制低密度组网，一个基站可以覆盖几十公里的范围，因而只要少数几个基站就可以完成对一个地区的覆盖，如果在对基站进行备份和独立的电源设计，抗毁性高，可以有效的保证应急情况下的通信。

如果一个地区通信中断，还可以以移动基站等的形式进行覆盖，一个单载波移动基站，体积小，供电省，覆盖距离大，可以保证一定区域内有效地调度指挥等功能。

5、数字集群标准

国际上著名的数字集群标准有欧洲电信标准协会（ETSI）制定的欧洲集群标准TETRA系统和美国的iDEN系统，北美的APCO Project25，以色列的FHMA标准，欧洲的DMR标准，中国的PDT标准等。

第四篇：锂离子电池在通信行业中应用的探讨

锂离子电池在通信行业中应用的探讨.txt婚姻是键盘，太多秩序和规则；爱情是鼠标，一点就通。男人自比主机，内存最重要；女人好似显示器，一切都看得出来。本文由sweordwang贡献

pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。锂离子蓄电池在通讯行业应用前景的探讨

一、前言： 随着社会经济的发展，各行各业对通讯服务的需求不断上升。为了保障通讯 系统的正常运行，作为备用电源的蓄电池受到了广泛关注。随着电池技术研究的不断深入，各种新型化学电源不断出现，特别是上 世纪 90 年代发展起来的锂电池。以其优越的性能，带来了一场电池技术革 命。随着锂电池技术不断进步和市场的强劲需求，锂电池在不同行业得到越 来越广泛的应用。现在手机和手提电脑及其它便携式电子产品中广泛使用的锂电池，容量 一般低于 2Ah 并且大都是单只使用或几只串联并联使用。电池性能完全可以 满足客户的需求。98%以上的锂电池厂家产品均为此类产品。电池容量在 5 —200Ah 以内的锂电池，现仅有少数厂家在开发试制中，这类电池大多应用 在电动车和小型的应急电源中。技术尚不成熟，市场正在开发期，需求量小。产品还没有经过严格测试和市场长期使用的经验、数据。容量在 200Ah 以上的锂电池，国内外仅个别研究单位在试制，但尚没有 正式产品面市，市场应用前景也不明朗。近来，国内有些锂电池厂尝试开发大容量锂电池，并应用在通讯行业的 备用电源系统。由于大容量电池的特点及通讯行业对电池使用的具体要求。现对大容量锂电池在通讯行业上用做备用电源的前景做一探讨：

二、锂离子电池介绍： 1．锂离子电池的工作原理 锂离子电池原理上是一种浓差电池，正负极活性物质都能发出锂离子嵌入脱 出 反 应，锂 离 子 电 池 的 工 作 原 理 如 下 图 所 示 ： 充 电 时

锂离子从正极活性物质中脱出，在外电 压的驱使下经由电解液向负极迁移；同时，锂离子嵌入负极活性物质中；充电的 结果是使负极处于富锂态、正极处于正锂态的高能量状态。放电时则相反，Li+ 从负极脱嵌，经由电解液向正极迁移，同时在正极 Li+嵌入活性物质的晶体中，外电路电子流动则形成电流，实现化学能向电能的转换。在正常充放电情况下锂 离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入或脱出，一般不破坏晶体 结构，因此从充放电的反应的可逆性看，锂离子电池的充放电反应是一种理想的 可逆反应。锂离子电池的正负极充放电反应如下所述。

2、锂电池电池的特点和应用 锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污 染、无记忆效应等优异性能，具体表现为以下几点。① 锂-钴和锂-锰单电池电压为 3.6V,是镉镍电池、氢镍电池的 3 倍； 锂-铁 单电池电压为 3.2V。② 锂离子电池的能量密度要比铅酸电池，镉镍电池、氢镍电池大得多，如下 图所示，而且锂离子电池还有进一步提高的潜力。

③、由于采用非水有机溶剂，锂离子电池的自放电小。

④ 不含铅、镉等有害物质，对环境友好。⑤ 无记忆效应。⑥ 循环寿命长。由于锂离子电池与铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池等二次电池相比，具有以上优点，自 20 世纪 90 年代初商品化以来，就获得迅猛的发展，在各 种领域不断取代镉镍和氢镍电池，成为化学电源应用领域中最具竞争力的电 池。目前，锂离子电池已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、个人数据助 理、无线装置、数字相机等便携式电子设备中。在军事装备中使用的电池，如鱼雷、声呐干扰器等水中兵器电源，微型无人驾驶侦察机动力电源、特种 兵保障系统电源等，均可采用锂离子电池。锂电池还在空间技术、医疗等众 多领域有着广阔的应用前景。随着人们环保意识不断提高和石油价格的日益高涨，电动自行车、电动 汽车成为了最具发展活力的行业，锂离子电池在电动汽车上的应用非常乐观。随着锂离子电池新材料不断发展，电池的安全性和循环寿命不断提高，成本 越来越低，锂离子电池成为电动汽车的首选高能动

力电池之一。

3、锂离子电池的性能 电池性能可以分为 4 大类：能量特性，如电池的比容量、比能量等；工 作特性，如循环性能、工作电压平台、阻抗、荷电保持率等；环境适应能力，如高温性能、低温性能、抗振动冲击性能、安全性能等；配套特性，主要指和用电设备的配套能力好坏，如尺寸适应能力、快速充电、脉冲放电等。

充放电性能 锂离子电池充电时 Li+从正极活性物质中脱嵌到电解质中，同 时电解质中的 Li+嵌入负极。结果导致正极电势升高；负极电势降 低。当充电接近完成时，电池的充电电压升高加剧。由于锂离子电池使用的是有机溶剂电解液，存在特定的电化 学窗口，充电电压过高会发生电解液的分解，一般锂离子电池采 用恒流-恒压充电制度，充电限制电压一般是 4.2V。下图 1 是锂离 子电池的充电特性曲线，to～t1 阶段恒流充电阶段，截止电压为 4.2V；t1～t2 阶段为恒压充电阶段，终止充电电流为电池 0.05C 对应电流。对于锂离子电池组的充电，由于存在单位电池的差异，需要在充电过程中对各单体电池电压进行均衡控制，尽量实现各 电池在充电结束时电压的一致，保证电池的稳定性和使用寿命。下 图 2 为 锂 离 子 电 池 不 同 倍 率 的 放 电 曲 线。

图 1：锂离子电池的充电特性曲线

图 2: 锂离子电池不同倍率的放电曲线

4、锂离子电池的制造工艺 锂离子电池的制造包括极片制造、电池装配、注液、化成等 工序，如下图是 LiCoO2 为正极活性物质、碳为负极活性物质制作 锂离子电池的工艺流程图。

5、安全性 正负极材料、电解液及其添加剂、电池的结构以及制备工艺条件都对锂离子 电池的安全性有重要影响。高容量及动力型锂离子电池的安全性尤为重要，尤其 在滥用条件下：如高温环境、内部，外部短路、过充放、振动、挤压和撞击，保 护电路失灵等，容易出现冒烟、着火甚至爆炸情况。锂离子电池的热稳定性和过 充保护对锂离子电池安全性有直接影响。锂离子电池的热稳定性 锂离子电池的热稳定性是安全性的基础。若电池内阻生成热的速率大于散热 速率，电池温度会不断升高，导致电池内部有机物分解和电池内压升高，可能造 成电池着火、爆炸。影响热稳定性的因素主要有以下几个方面。（1）锂离子电池电解液的热分解反应 由于锂离子电池使用的是有机溶 剂电解液，电解液对锂离子电池安全性的影响主要表现为：电池在过热、短路等 滥用状态下，有机溶剂分解和锂盐分解产生的气体产物在电池内分别充当了燃料 和氧化剂，容易引起燃烧甚至爆炸，因此要求有机电解液应具有尽可能高的闪点。锂离子电池的电解液主要是在温度升高时发生 DEC，EC 与 LiPF6 之间的反应，而 放出大量的热，约为 500J/g，电解液中水分和 HF 含量过高，会加速 LiPF6 的分解。在电解液中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂，可以改善电池的安全 性，如一氟代甲基碳酸乙烯酯（CH2F-EC）、二氟代甲基碳酸乙烯酯（CHF2-EC）、三氟代甲基碳酸乙烯酯（CF3-EC）。加入阻燃剂，如有机磷系阻燃剂、有机氟化 物和氟代烷基磷酸酯等，也可改善电池的安全性。以三甲基磷酸酯（TMP）为例、燃剂阻燃原理为受热气化、并分解释放阻燃自由基，捕获体系中的氢自由基，从 而阻止碳氢化合物燃烧或爆炸。反应方程式如下： TMP(液)→TMP(气)；TMP(气)→P ；P+H→PH 用 LiBOB 作为锂盐的电解液〔LiBOB/EC:PC:DMC(1:1:3 体积比)〕，比起传统 所采用的 LiPF6 锂盐体系电池的循环性能大为增强，而且降低了阴极在充电时与 电解液所发生的热反应，使得整个体系的热稳定性得到提高。乙酸乙酯和丁酸甲 酯作为锂离子电池新型的电解溶液剂也具有良好的低温性能和安全性。（2）负极上的热分解反应 锂离子电池化成以后，碳负极的表面会形成一 层 SEI 膜，阻止电解液与碳负极之间的反应，起到保护负极的作用。如果电池的 温度升高。SEI 膜会发生分解，导致电解液与负极的直接接触而发生反应，加速 电解液的分解。SEI 膜由稳定层（Li2CO3）和亚稳定层〔 2OCO2Li）2〕组成，亚（CH 稳定层在 90～120℃可发生分解反应，放出热量。当温度高于 120℃时，SEI 膜 不能保护负极，有机溶剂会与嵌入的锂发生反应而放出热量，并产生气体。负极材料的种类、电极组成及结构、表面形态和电解液组成，对 SEI

膜的形 成至关重要。热解碳形成的 SEI 膜较厚，热解石墨形成的较薄。锂盐的种类对 SEI 膜的稳定性也有很大的影响，用 LiBF1 代替 LiPF6,放热量会明显降低，而用 酰亚胺锂做电解质时，分解温度升高到 145℃.电解液的有机溶剂直接关系到 SEI 膜的稳定性，不同溶剂对 SEI 膜的形成作 用不同，单纯用 EC 做溶剂，形成的 SEI 膜成分是(CH2OCOOLi)4，而加入 DEC 和 DMC,SEI 膜的主要成分为 C2H5COOLi 和 Li2CO3,后者形成的 SEI 膜较稳定。（3）正极上的热分解反应 正极材料如 LiNiO2,和 LiMn2O4,在低温下稳定，在充电状态时处于亚稳定状态，温度升高时会发生分解。充电态的 Li0.49COO2,与 1mol/L LiPF6/EC+DEC(质量比 1：1)电解液的分解反应从 190℃开始，而充电态 的 Li0.2NiO2 的放热从 170℃开始，LixMn2O4 与电解液的反应温度为 200℃。对于 4V 正极材料，处于充电状态时的热稳定性顺序为：LiMn2O4>LiCoO2>LiNiO2.下图 是用各正极材料的热分解反应放热量，可以看出，LiFePO4，LiV2(po4)3的放热量最小，对应的 安全性最高。（4）其他热分解反应 嵌锂碳与黏结剂也存在反应，充放电过程中，含氟黏 结剂（PVDF）与负极作用产生的热量是无氟黏结剂的 2 倍，用酚醛树脂黏结剂可 以减少热量的产生。隔膜的融化也产生热效应。用纳米不锈钢纤维代替乙炔黑，可以降低电极的电阻，提高导电性，达到减少放电时放热量的效果。

锂离子电池的过充电 锂离子电池过充时，电池电压升高到 4.2 伏以上，极化增大，会引起正极活 性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体和热量，使电池温度和 内压急剧增加，引起电池燃烧，爆炸。为防止锂离子电池的过充电，必须采用专 用的充电保护电路。在电解液中加入某些添加剂可以实现电池的过充保护，通过采用添加剂进行 过充保护的方法主要有氧化还原保护和电聚合保护。其中，氧化还原内部保护的 原理是在电解液中添加形成氧化还原对的添加剂，如二茂铁及其衍生物、Ru、Fe、Ir 和 Ce 的菲咯啉和联呲啶络合物及其衍生物、噻蒽和 2，7-二乙酰噻蒽、茴香 醚和联

（二）茴香醚等。这些添加剂在电池正常充电时不参与氧化还原反应，当 充电电压超过一定值时，添加剂开始在正极上氧化，氧化产物扩散到负极被还原，还原产物再扩散到正极被氧化，整个过程循环进行，直到电池的过充电结束。电聚合保护是在电池内部添加某种聚合物单体分子，如联苯、3-氯噻吩、呋 喃、环己苯及其衍生物等芳香族化合物。当电池充电到一定电势时，发生电聚合 反应。由于阴极表面生成的导电聚合物膜造成了电池内部微短路，可使电池自放 电至安全状态。电聚合产物可使电池的内阻升高，内压增大，增强了与其联用的 保护装置的灵敏度，若将此种方法与安全装置（内压开关、PTC）联用，可将锂 离子电池中的安全隐患降低。电聚合添加剂的聚合反应电势应该介于溶剂的分解 电压与电池的充电终止电压之间，要根据溶剂的分解电压与添加剂的聚合电压选 择合适的添加剂和用量，通常不超过电解液总量的 10%。锂离子电池的内部短路 锂离子电池的正负极内部短路时锂离子电池安全性的一大隐患，电池隔膜 的作用主要是防止正负极内部短路，由于锂离子电池使用的是有机溶剂电解质，电导率低，要求隔膜越薄越好。锂离子电池隔膜的厚度、孔率、孔径大小及分布 影响电池的内阻、锂离子在电极表面的嵌脱及迁移的均匀性。孔率为 40%左右、分布均匀、孔径为 10nm 的隔膜。能阻止正负极间的小颗粒运动，提高锂离子电 池的安全性；隔膜的绝缘电压与防止正负极的接触有直接关系，它依赖于隔膜的 材质、结构及电池的装配条件；采用热闭合温度和熔融温度差值较大的复合隔膜（如 PP、PE 和 PP 复合膜），可防止电池热失控，利用低熔点的 PE(125℃)在温 度较低的条件下起到闭孔作用，PP(155℃)能保持隔膜的形状和机械强度，防止 正负极接触，保证电池的安全。二次锂电池负极形成的锂枝晶是锂离子电池短路的原因之一，以碳负极替代 金属锂片负极（锂离子电池），使锂在负极表面的沉积和溶解变为锂在碳颗粒中 的嵌脱，防止了锂枝晶的形成。控制好正负极材料的比例，提高正负极涂布的均 匀性，是防止锂枝晶形成的关键。如果锂离子电池正极容量过多，在充电过程中，会出现金属锂在碳负极表面沉积，而负极容量过多，电池容量损失较严重，因此 装

配过程中，要求负极过量 10%。负极膜涂布较厚、不均一，会导致充电过程中 各处极化大小不同，有可能发生金属锂在负极表面的局部沉积。使用条件不当，也会引起电池的短路，低温条件下，锂离子的沉积速度大于嵌入速度，会导致金 属锂沉积在电极表面，引起内短路。黏结剂的晶化、铜枝晶的形成，也会造成电池内部短路。在涂布工艺中，希 望通过加热，将浆料中的溶剂除去，若加热温度过高，黏结剂也有可能发生晶化，使活性物质剥落，电池内部短路。涂布时，正极加热温度一般控制在 150℃左右，负极控制在 120℃左右；当电池过放电至 1～2V 时，作为负极集电体的铜箔将开 始溶解，在正极上析出，小于 1V 时，正极表面开始出现铜枝晶，也会是电池内

部短路。自放电与储存性能 锂离子电池的自放电率比镍镉、镍氢电池明显小，镍氢电池的自放电率每月 达 60%。镍镉电池的月自放电率 30%，而锂离子电池月自放电率只有 6%～8%。锂离子电池自发电导致容量损失分为可逆容量损失和不可逆容量损失两种 情况，自放电的程度受正负极材料、电池的制作工艺、电解液的性质、温度和时 间等因素影响。如果负极处于充足电的状态而正极发生自放电，电池正负极容量平衡被破坏，将导致永久性容量损失。自放电的氧化产物堵塞电极材料上的微孔，使锂的嵌入和脱出困难并且使内阻增大和放电效率降低，也会导致不可逆容量损 失。锂离子电池进行长期储存时，不同的荷电状态会影响电池的储存性能。电池 的电压在 3.80V(约 40%额定容量的荷电状态)储存后，电池的性能基本上不会发 生衰减；当电池的初始电压超过 3.90V(高于 60%额定容量的荷电状态)储存时，对电池的容量、内阻、平台及循环寿命等性能都会产生明显不利的影响；而在完 全放电态或过低荷电状态下也不适合电池的长期储存，会导致电池的循环性能下 降，且不能立即使用，容易出现过放电而损害电池。在实际生产或使用过程中，建议最好将电池控制在半电态（40%～60%额定容量），对应电池的 3.8～3.9V(开 路电压)荷电状态下进行长期储存。

6、使用和维护 ①、使用环境：锂离子电池在高温下的容量衰减较常温下快，高温条件下若电池 的放热速度大于散热速度，会引起电解液的阳极氧化以及电解液、阳极活性 物质、阴极活性物质、黏结剂的热力学分解等问题；而低温条件下，由于锂 离子的沉积速度有可能大于嵌入速度，从而导致金属锂沉积在电极表面，容 易产生枝晶，而发生安全问题，目前商业化锂离子电池的使用温度范围在-20～60℃.对于民用通讯类产品的锂离子电池，由于使用环境相对较好，单 体电池容量低，环境对电池安全性的影响并不突出。但对电动车、野战通讯 器材等使用的锂离子电池，由于使用环境复杂、单体电池的容量较高，或电 池组中的单体电池工作环境相差较大，还要注意以下问题：强震之下，锂离 子电池的极耳、接线柱、外部的连线、焊点等可能会折断、脱落，而电池极 片上的活性物质也可能剥落，从而引发电池（组）的内部短路、外部短路、过充过放、控制电路失效等，进而导致一系列危险情况；环境湿度较大，特 别是在酸性、碱性、或由于电池本能的缺陷，以致很容易出现电池（组）的 外部短路；在高功率、大电流充放电条件下，可能导致电池及其控制电路的 极耳熔化、导线及电子元器件的损坏；某些极端情况发生外部短路、碰撞、针刺、挤压等偶然事件。因此，应根据实际使用条件采取针对性措施。②、用锂离子电池组成电池组工作时，对电池的一致性要求很高，并需要特殊的 电路，否则会发生某些电池的过充或过放，而发生安全问题。③、锂离子电池不能在 60℃以上的高温环境下放置，也不能接近火源，更不能 随意拆卸。对于遇水湿的锂离子电池，可用干布擦干，放于通风处自行干燥 或用 40℃左右的热风吹干。④、每隔一段时间可以进行一次保护电路控制下的深充放，以修正电池的电量。

三、通信行业对蓄电池的要求： 通信用阀控密封铅酸蓄电池国家标准 YD/T799-2002*中，对蓄电池的性能作出了详细要求，其中关于电池寿命的要求为：2V 电池浮充电寿命不低于 8 年，6V 以上电压的蓄电池寿命不低于 6 年。其它性能如：防爆性能、过充 电性能也做出了详细要求，以确保电池的长寿命和安全性、可靠性。随着通信系统在社会生活各个方面的作用越来越重要，以及近几年来铅 酸电池在使用中出现的问题，电信运营商对电池的要求越来越高。重点

关注 的是电池的安全性、可靠性和长寿命。因此电信系统蓄电池的下一步发展方 向将是：提高安全性，可靠性；提高浮充电和循环寿命。

四、结论： 针对通信系统对电池的要求，我们认为大容量锂离子电池在通信系统中大量 使用还为时尚早。

1、大容量锂离子电池的生产还存在许多技术问题： 例如：技术开发、相关生产设备的研制、散热问题、可靠性设计问题、大功 率保护电路开发、安全性等诸多技术难题，需要整个行业从材料到生产以及 使用单位，同心协力，不断改进，方能实现产业化。

2、成本因素：目前大量使用的密封铅酸蓄电池每 VAh 价格为 0.6—0.7 元；而最 有可能应用于通信行业的锂—铁电池，每 VAh 价格约为 2.3—2.5 元，价格为 铅酸电池的 4—5 倍。目前全国通信系统每年采购电池约为 40 亿元，如果运 营商全部采用锂—铁电池要多支出 120—160 亿元。显然运营商在没有带来通 信系统质的提高的情况下，无法接受如此大的成本差异。

3、大容量锂电到目前为止，并没有具体的长期浮充使用的验证，不能证明在通 信系统的各种复杂条件下，确保供电系统可靠性的证据。同时，配套充电控 制设备的开发也没有进行开发。

4、大容量锂电存在许多不安全因素。这一点对安全性要求越来越高的通信电源 系统是无法接受的，并且到目前为止，并没有很好的技术手段来克服这些根 本性问题。

5、大容量锂电的重量轻和长循环寿命可以在应急便携式通信，以及没有电网的 风光互补基站，做为贮能用电池比较合适。密封铅酸蓄电池在 100%放电情况下，循环使用寿命约为 200—300 次。锂— 铁电池 100%放电情况下的循环寿命约为 1500—2000 次。对每天充放电使用的场 合，比较合适。因此，可以根据电源容量大小，选择试用。因此，每种电池都有适合其性能的应用领域；每种应用领域都有对电池的特 殊要求。因此在大容量锂电的安全性、性价比等问题没有得到解决之前，通信电 源对电池的首选仍然是铅酸蓄电池。

第五篇：高速公路集群通信解决方案

高速公路通信解决方案——SMART-PTT集群通信系统

目录

一、行业背景分析......................2二、项目需求........................2三、集群产品对比........................2四、SMART-PTT业务优势.........................2 经济效益...............错误！未定义书签。

五、成功案例........................3六、SMART-PTT功能简介.........................41、基本功能.........................42、系统特殊功能.........................43、多功能调度台.........................5一、行业背景分析

我国正处于高速公路信息化快速发展的时期，特别是基于3G无线数据网络的移动信息化在高速公路管理工作的应用不断深入，给国民经济的发展带来了勃勃生机，高速公路具有覆盖范围大、环境复杂等特点，这对基于高速公路管理的调度中心提出了新的挑战，采用3G无线技术开发的语音集群通讯系统可以有效的覆盖高速公路，对高速公路管理具有重要意义，使高速公路管理更趋科学、合理、安全、规范，从而通过自身的改善和优化达到提高调度系统运行稳定性、可靠性，强化高速公路信息管理调度中心的各路段外场协调能力，优化管理流程，提高管理效率，取得良好经济和社会效益的目的。这是高速公路管理部门必须面对的客观事实，也是我国高速公路信息化发展的重要组成部分。

二、项目需求

目前，在我国高速公路管理模式中，高速公路信息管理调度中心承担着指挥、决策、监管、控制的主要职能，具有一套较为科学、完善的管理工作机制，但传统的外场上报、人工记录和处理的工作模式运行，以致信息收集困难、管理分散，导致劳动强度大，通过3G集群通讯系统与GPS信息结合可以为管理者做出最优决策。

为此，SMART-PTT集群通讯系统立足于管理者的管理角度和需求，将外场工作者与高速公路信息管理调度中心建立直接的多途径的联系，使调度中心能实时掌握外场的信息，以便及时响应，管理更开放、更灵活，使整个系统充分体现管理的智能化，人性化、科学化，各软、硬设备操作简便、直观，功能强大，有效满足高速公路信息管理调度中心管理人员的管理需求，使整套系统具有广阔的应用前景。

三、集群产品对比

集群通信是实现移动中指挥调度通信最有效的手段之一，也是指挥调度最重要的通信方式之一。传统的集群通讯系统按照技术来分，可分为模拟集群系统和数字集群系统。模拟集群系统具有使用成本低、需要专门的频段、安全性差和距离有限的缺点，数字集群具有使用成本高、需要专门的频段、安全性好和覆盖范围局限的特点。基于CDMA1X数据网络实现的SMART-PTTT集群通讯系统，具有安全性高、覆盖范围大、建设成本低等特点，非常适合路程较长和覆盖范围大等特点的高速公路。

SMART-PTT不但可以实现集群通讯功能，同时也可以集成其他相关业务（例如：视频传输和信息查询等），提供更加丰富的调度功能，提高工作效率。

四、SMART-PTT业务优势

SMART-PTT集群通讯系统，包括灵活的分组和管理系统，功能包括单呼和组呼。在调度中心实现多功能调度台，具有遥毙、强拉、强插、监听和强拆等调度功能，使调度中心具有灵活的强大的调度功能，满足各种调度需求。对用户进行分级设置，保证重要的指示可以及时下发。

同时，在调度中心结合 GPS的功能，在地图上标出用户的现有位置，并保存用户的移

动轨迹，使调度中心的调度员根据工作人员的现有位置进行调度指挥，提供调度员的工作效率。调度中心通过可视化的软件界面呈现出来，调度员可以根据现场情况进行指挥和处理相关事件。

1、结合高速公路管理的特点，SMART-PTT集群调度系统，能更好的发挥高速公路信息管理调度中心的集中式统筹管理的优势和作用；

2、智能化、人性化、科学化兼具的软件操作平台，可实现高速公路信息管理调度中心对外场的实时调度，数据信息基本以可视化的方式呈现，平台操作简单、快捷，信息读取直观、有效，大大提高管理人员的工作效率；

3、结合GPS技术和地图技术，根据工作人员的空间位置信息来对用户进行调度，实现多维信息的调度，大大提高管理人员的工作效率。

4、优化语音编码的计算效率，使其能在手机嵌入式平台平顺运行，传输较小的数据流量，获得较高语音质量，提高语音的流畅度和清晰度。

5、使用SMART-PTT集群通讯系统可以节约成本。利用3G网络进行集群调度，可以节省自己建设集群通讯网络所需要大量的资金。而不需要派遣专业的维护人员到现场进行调查分析，提高问题解决的速度的同时，有效节约维护系统的成本。

6、SMART-PTT集群调度系统大大提高高速公路信息管理调度中心的监控管理功能，规范、简化管理流程，提高管理效率，及时排障，提升整体系统的管理服务水平。

7、SMART-PTT集群通讯系统能够大大改善高速公路监控中心和路段监控管理水平，提升我国高速公路的服务形象，保证旅客的出行时间不受影响，有利于进一步推动国民经济的快速发展。同时通过实时的语音通话、GPS位置的监控以及现场的图象视频可可视化，做到“及时响应，有效处理”，这对于我国高速公路的信息化、智能化建设起到了非常好的表率作用，树立了高速公路的现代化新面貌和新形象。

五、成功案例

六、SMART-PTT功能简介

1、基本功能 固定群组呼叫：用户进入固定群组后可以对所有在这个群组中的在线用户进行呼叫，同时也可以接听群组中其他用户的呼叫。

动态群组建立：用户可以对一个或多个在线用户发起邀请，建立动态群组进行呼叫。单呼：当用户邀请一个用户建立动态群组后，便实现了一对一的单呼对讲场景。

编辑固定群组：具有编辑群组权限的用户可以在手机端增加、修改和删除固定群组。可以增加固定群组的成员和删除固定群组的成员。

用户状态显示：在客户端软件上可以看到群组中每个用户是否在线，进行有效的通话。通 话提 示：在集群呼叫过程中，参与呼叫的用户能够收到与集群通话状态相关的各种提示信息。

抢 占呼 叫：在同一个群组中，多人进行呼叫时，在相同呼叫权限的情况下，先呼叫着获得讲话权，其余用户转为接听状态。

用 户多 组：用户可以查看多个组的成员，可以进入多个组进行呼叫。

默 认群 组：默认群是用户登陆后自动进入的群组，每个用户可以指定一个默认群组。

掉线与自动重连：当数据网络因某种原因断线时，软件会检测网络是否可用，当网络可用时，软件会重新拨号连接。

2、系统特殊功能

用户呼叫优先级：用户具有呼叫优先级，管理员可以设置和修改用户的呼叫优先级，在相同的群组中，当优先级别低的用户在呼叫时，优先级别高的用户可以随时中断其呼叫，并进行呼叫。

录音回放：用户在调度台和管理平台上可以查听每个群组的讲话记录，并可以回放每条记录，在企业管理平台可以查听企业中所有的通话记录。监听：用户可以同时监听多个组的讲话。

广播：调度台可以对其企业里的所有组进行广播。

认 证 与 加 密：PTT客户端登录时，采用SHA1 Mac算法对用户进行身份认证。传输敏感数据时，采用了SHA1和DES算法对数据进行加密。

用户功能设置：管理员可以动态的增加或取消某个用户的功能模块，管理员可以设置用户的功能,包括：好友列表；建立动态群组；群组切换；监听；修改用户名字；查看群组录音；编辑群组。

数据备份恢复:系统可以对数据库关于用户、群组和用户日志等数据进行数据备份和恢复功，数据备份采用SQL文本格式，可以实现跨平台恢复，增加数据的安全性。

三级管理平台：管理平台分运营商管理和企业管理两个级别管理：

运营商管理平台的主要功能：增加企业用户帐号；修改企业用户帐号属性；管理用户账号；客户端软件的版本管理以及在线升级设置；管理帐号权限管理；数据备份和数据恢复。

企业管理平台的主要功能：修改用户数据；增加群组；修改群组数据；历史记录管理和回放；管理二级管理账号。

企业二级管理：修改用户数据；增加群组；修改群组数据。

3、多功能调度台

强插：调度台可强行插入任何组群的对讲。

强拆：调度台可强行用户离开某组。

遥毙：调度台可远程“关闭”终端的集群功能。

强拉:调度台可将不在当前群组中的在线成员，强行拉到该群组中。

呼叫：调度台可以对用户进行单呼和组呼。

可视化调度：集手机、人员定位、集群对讲为一体。

两级调度：企业管理平台增加的每个二级管理账号都会增加一个二级调度账号,二级

调度账号只可以调度管理其所属于的二级管理的账号。