一.   管道通信网现状

我国管道通信网的发展始于70年代中期, 经历了从模拟载波干线传输、人工交换到数字微波干线传输、程控数字交换的发展过程, 到目前已经基本形成了一个数字化的通信网。它不仅为管道运输业提供了安全生产、调度指挥所需的通信电路, 并且在管道运输的自动化方面起着越来越重要的作用。同时, 管道通信在整个石油通信网中举足轻重, 通过数字微波干线通信, 除了将星罗棋布于全国各地的油、气沗站连在一起, 同时与各分散的油田通信网接口, 形成了石油通信的专用网。

进入90年代以来, 世界各国的移动通信以其前所末有的速度及规模迅速发展。在我国, 移动通信的发展速度更快。就蜂窝移动通信而言, 邮电系统与联通公司展开了激烈的竞争, TACS (FDMA)刚在全国联网运营, GSM就在短短一年多的时间里形成了规模, 而正当GSM迅速发展之时, CDMA蜂窝移动通信又以更先进的技术为移动通信提供了更广阔的发展前景。

由于管道通信网具有干线长、容量小和分散的特点, 移动通信在管道通信网中尚属空白。象GSM(TDMA)、CDMA的大容量数字蜂窝移动通信、以及在油田通信中广泛使用的集群移动通信系统又都不适合石油管道通信专网的特点。如果在管道通信网中发展上述移动通信技术, 势必造成投资的巨大浪费。早期的公用无绳移动电话系统CT2(第二代无绳电话), 因其功能上的局限性, 也不适合在管道通信网中发展。而近两年发展起来的微蜂窝数字移动通信系统, 是适合管道通信网特点的一种移动通信技术。

二.   微蜂窝数字移动通信技术

公用无绳电话技术已由模拟发展到数字、由单向建立呼叫发展到双向均可建立呼叫, 由FDMA/TDD (频分多址/时分双工)发展到TDMA/TDD (时分多址/时分双工)。最先进一代微蜂窝数字无绳电话系统有欧洲数字无绳电话(DECT)和日本个人便携式电话系统(PHS)等。它们在使用频段等方面的指标各异, 但在实现功能方面却基本一致。本文以DECT系统为例介绍这种微蜂窝数字移动无绳电话通信系统。因为目前DECT系统使用更为广泛, 国际上许多大的通信公司, 如西门子、爱立信、诺基亚等, 都在开发研制其产品。1996年11月北京国际通信展览会上, 在同类产品中DECT标准的产品数量是最多的。

DECT技术首先是为专网构思的, 因此它是适合专网环境的微蜂窝数字移动通信技术。但DECT不仅仅适合于办公和企业工厂环境, 实际上, DECT已显示出它是一种能改变公用电信网的新兴技术。目前, DECT技术已在无绳PABX、无线本地环路、公用接人等方面开始使用。专业市场分析表明, DECT将有广阔的使用前景。

1   DECT系统的标准

DECT标准是1992年由ETSI (欧洲电信标准协会)完成，它采用TDMA/TDD技术，在1 880~1 900 MHz频段范围内工作, 射频间隔为1728 kHz, 语音编码方式为ADPCM, 速率为32 kb/s。20 MHz的带宽被分成10个载波, 每个载波再按时分复用的方式分成24个时隙, 从而构成12个时分双工的信道。一个信道占两个时隙, 一个用于接受话音, 一个用于发送话音(见图 1)。

图  1  DECT系统工作示意图

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2   DECT系统的组成

一般的DECT数字无绳电话系统是由控制系统、基站和无绳手机三部分组成, 可以通过模拟音频线或2 Mb/s数字线与程控交换机接口(见图 2)。

图  2  DECT系统的组成

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(1)控制系统(CS)  交换机与基站间的接口，是无绳电话系统的控制核心。在控制系统中由交换机送来的64 kb/s的PCM数字话音信号或模拟话音信号被压缩成32 kb/s的ADPCM信号, 再传送给基站。控制系统还实现对基站的供电、控制和对元绳手机的管理功能。

(2)基站(BS)  每个基站为一个无线微蜂窝覆盖小区, 多个基站形成一个微蜂窝状的无线覆盖区域。手机用户在整个系统范围内可以实现漫游和过区自动切换。基站的数目可根据覆盖区的大小及话务量的高低来决定。基站的覆盖范围还与环境因数有关。

(3)无绳手机  手机中装有处理漫游时过区切换的智能装置, 在整个覆盖区域内的任何地点都可以拨打和接受电话。此外, 无绳电话用户还可以获得同PABX有线电话相同的性能, 即交换机的功能, 可实现对无绳手机用户的透明。

3   DECT系统的功能及优点

(1)动态信道选择(DCS)功能  DECT系统的DCS功能是根据场强的测试自动选择最佳信道, 每个基站或每台手机在任何时候均能选择120个可用信道中最好的信道。一个信道一旦被释放, 相邻的基站便可以立即使用该信道, 建立新的呼叫或进行无继切换。由于不必按传统的分式在不同业务和不同用户之间进行频率分配, 因此, 使频率资源得到最有效的利用。这使高话务量区域可通过增加基站来提高话务处理能力, 并且节省了在小区规划及频率设计方面的投资, 同时给系统的安装及扩容提供了极大的方便。

(2)无继切换  无论是在呼叫建立的过程中还是通话的过程中, 手机总是能不断寻找信号最强、干扰最小的信道, 通话过程中如果手机发现更好的信道, 便会进行自动切换。因为这种切换是在新的信道建立后再释放原先的信道, 这就保证了用户在网络中能自由的移动, 即漫游。

(3)投资少  由于DECT系统的技术和性能特点, 使其在规划设计、设备、安装等方面的投资都很低。同时在使用阶段的通话费用与普通的有线电话相同。因此DECT是低成本的有效移动通信手段。

(4)其它优点  目前DECT的标准与产品都进一步完善, 一是使DECT运行于ISDN环境, 使DECT手机可进行中低速的数据通信; 二是使DECT手机可运行于GSM/DECT的双模式的环境中。在DECT系统的覆盖范围内, 用户随身携带的双模式手机在DECT模式下工作, 而在DECT以外的区域自动切换到GSM的工作模式下。

另外, DECT手机可以同办公室的桌机共用一个号码, 这样一方面可节省号码资源, 另一方面扩展了用户的工作空间, 给在工作中经常移动的用户带来方便, 大大提高了办公效率。

三.   管道通信网应用DECT系统的设想

DECT系统具有灵活的接口, 是程控交换机功能的延伸和扩展, 能为人口稠密的微小区提供价格低廉的移动通信服务。它在功能上更接近于蜂窝移动通信系统, 而不是传统的无绳电话, 因此, 更符合管道通信专网干线长、分散、容量小的特点。因此, 在石油管道通信网中发展DECT的微蜂窝数字移动通信系统是切实可行的。

1995年, 原中国石油天然气管道职工学院通信实验室首次在管道通信专网中开通了CT2+(DECT的前一代产品), 它是管道移动通信发展的一个实验模型。1996年底, 在中国石油天然气管道局机关和通信处也安装开通了CT2+, 这标志着DECT系统应用于管道移动通信中一个新的开端。

利用石油管道通信专网现有的通信设备, 在输油管道沿线的沗站、输油公司、管理基地的工作区和生活区逐步安装DECT系统, 使这些分散在各地的微蜂窝数字移动通信系统, 通过现有的数字程控交换机和微波传输系统连成一个整体, 形成石油管道通信专网的移动通信体系。对那些不设程控交换机的输油沗站, 只需安装DECT系统的基站, 而基站的控制由设在输油公司的DECT控制系统来控制, 其接口可通过微波的远端用户线完成(见图 3)。

图  3  DECT系统与远端用户的通信框图

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此外, 远程基站的设立和控制, 以及手机用户的异地漫游等问题, 还有待进一步研究和实验, 以找到一种经济易行的方法。通过不断努力, 真正实现石油管道通信网中随时随地进行通信的目标, 使管道通信向着个人化、智能化、宽带化的综合业务数字网(ISDN)的方向迈进。