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陸地行動無線電簡介

陸地行動無線電 (Land Mobile Radio;LMR) 為地面型專業對講無線通訊系統,廣泛應用於警政、消防及其他緊急應變機構等公共安全領域之關鍵通訊需求。此外, LMR 系統亦於工業、運輸、公用事業、保全、物流及軍事等多種產業中具高度應用價值。其系統架構通常包括手持式無線電、車載式無線電、固定基地台與中繼器,以及相關網路基礎建設。

LMR 系統自 1930 年代起即被廣泛應用於關鍵任務的語音通訊。隨著通訊技術的進步,許多公共安全單位已從早期僅支援語音的類比 LMR 系統,升級至具備語音與數據功能的數位系統。除了從類比轉型為數位外,用戶也逐漸從傳統的「常規式 (Conventional) 」系統,轉向更具彈性與擴充性的「集群式 (Trunked) 」系統。在常規式系統中,會為特定用戶群分配專屬頻率與通道,用戶在通話時必須手動選擇通道。當某一通道正在通話中,該通道即無法被其他用戶使用,直到通話結束為止。集群式系統則透過電腦控制的通道存取方式,實現頻道資源的動態共享。當用戶發起通話時,系統會自動從頻道池中選擇一個可用頻道,讓其他頻道仍可供其他用戶使用。雖然集群式系統架構較為複雜、所需基礎建設也較多,但其帶來的優勢包括更高的通訊容量與互通性、頻道壅塞緩解,以及更高的頻譜使用效率,往往足以抵銷其額外成本。

隨著公共第一線應變人員在執行任務時愈來愈仰賴高數據量的應用,如查詢資料庫、使用影像回傳等,僅靠語音通訊已難以滿足需求。LTE 技術具備現行 LMR 系統無法提供的高速數據傳輸能力,因此成為公共安全通訊發展的重要推動力之一。LTE 專為高頻寬行動數據所設計,可支援行動裝置進行即時影像傳輸與大量資料的快速傳輸。未來公共安全通訊預期將整合窄頻 LMR 網路 (語音) 與寬頻 LTE 網路 (數據) 進行應用。因此,確保這些網路的安裝與維護品質將直接關係到任務通訊的可靠性與民眾安全。Anritsu 安立知的 S412E LMR Master 是目前市面上唯一可同時驗證窄頻 LMR 與寬頻 LTE 網路運作狀況的手持式解決方案,能以快速、簡便且具成本效益的方式進行測試與故障診斷。

LMR 通訊標準

P25

Project 25 (P25) 是一套由「公共安全通訊協會 (APCO)」制定的數位無線電通訊標準,於 1989 年 10 月首次發佈。該標準針對公共安全領域設計,目的是建立一套具互通性的數位雙向無線通訊系統規範,供不同廠牌之設備皆可互通使用。其主要目標包括:

  • 各單位之間的通訊互通性
  • 不同廠牌設備之間的互通性
  • 頻譜使用效率提升
  • 相容既有系統,便於平滑導入
  • 整合語音與數據服務
  • 支援常規式、集群式及加密通訊模式

P25 標準分為兩個階段,兩者之間並不相容,但 Phase 2 的無線電設備可「降級」至 Phase 1 模式,以維持向下相容性。

P25 Phase 1 的主要技術規格包括:

  • 12.5 kHz 頻道寬度
  • 分頻多重存取 (FDMA)
  • 採用 C4FM 與 CQPSK 調變方式

陸地中繼無線電 (Terrestrial Trunked Radio;TETRA)

陸地中繼無線電 (Terrestrial Trunked Radio;TETRA),前稱跨歐陸中繼式無線電 (Trans-European Trunked Radio),是一項由歐洲電信標準協會 (ETSI) 制定的開放標準,首次發布於 1995 年。TETRA 專為政府機構、緊急服務單位、警察、消防隊、救護人員與急救技術人員等公共安全網路使用者所設計。除了公共安全用途外,TETRA 也廣泛應用於多種商業場域,凡是需要語音與數據通訊服務的產業皆可能採用,包括運輸服務、公用事業,甚至軍事單位。

TETRA 的主要技術規格包括:

  • 25kHz 頻道寬度
  • 四時槽分時多工 (4-slot TDMA)
  • π/4 差分四相位移鍵控 (DQPSK) 調變技術

數位行動無線電 (Digital Mobile Radio;DMR)

數位行動無線電 (Digital Mobile Radio;DMR) 為歐洲電信標準協會 (ETSI) 於2005年制定之數位無線電標準。該標準設計目的為在全球既有的 12.5kHz 頻道間隔下運作,並滿足未來對 6.25kHz 頻寬等效性的法規需求,致力於提供具備低複雜度與高經濟效益的數位系統。DMR 支援語音、數據及其他輔助服務,依據其規範開發之產品已於全球市場廣泛銷售。DMR 協定涵蓋三種運作層級:免執照的 Tier I、有執照的常規式 Tier II,以及有執照的集群式 Tier III。商業應用則多集中於 Tier II 與 Tier III 類別。

TETRA 的主要技術規格包括:

  • 12.5kHz 頻道寬度
  • 雙時槽分時多工 (2-slot TDMA)
  • 四頻移鍵控 (4-FSK) 調變技術

數位專用行動無線電 (Digital Private Mobile Radio;dPMR)

數位專用行動無線電 (Digital Private Mobile Radio;dPMR) 為歐洲電信標準協會 (ETSI) 所制定,並以技術規範 ETSI TS 102 658 發布。雖然 dPMR、NXDN 及 DMR 三種數位無線電標準幾乎於同一時期推出,但 DMR 因其基礎建設成本較低,基地台即可提供兩條語音通道,因此取得最廣泛的成功。不過,dPMR 製造商已大幅降低其系統建設成本,因此在小型系統環境下,dPMR 的部署成本更具競爭力。

dPMR 的核心技術優勢包括:

  • 透過標準 6.25 kHz 頻道設計,dPMR 能提升有效通訊範圍
  • 在頻譜壅塞的地區提供更優異的頻譜效率

dPMR 的主要技術規格包括:

  • 6.25 kHz 頻道寬度
  • 分頻多重存取 (FDMA)
  • 四頻移鍵控 (4-FSK) 調變技術

次世代數位窄頻通訊 (Next Generation Digital Narrowband;NXDN)

次世代數位窄頻通訊 (Next Generation Digital Narrowband ;NXDN) 由日本建伍株式會社 (Kenwood Corporation) 與日本艾可慕株式會社 (Icom Inc.) 共同研發旨在提升 6.25 kHz 頻寬使用效率。NXDN 通訊協定與相關產品,專為商業陸地行動無線電系統 (Private Land Mobile Radio;LMR) 系統以及中低階公共安全通訊系統所設計。雖然 NXDN 技術架構以歐洲電信標準協會 (ETSI) 制定的 dPMR 標準為基礎,但為避免與該標準相關的智慧財產權爭議,NXDN 協定採取非完全相容的設計策略。NXDN 技術具備多項關鍵優勢,包括擁有成本低、符合美國聯邦通訊委員會 (FCC) 對 6.25 kHz 頻道等效性的技術要求,以及可向下相容現有的類比系統與邏輯式集群無線電 (Logic Trunked Radio;LTR) 網路。基於 NXDN 協定,Icom 推出 IDAS™ 數位通訊系統,Kenwood 則推出 NEXTEDGE® 系列產品,兩者皆提供傳統模式與集群模式,滿足不同應用環境的通訊需求。

dPMR 的主要技術規格包括:

  • 12.5 kHz 或 6.25 kHz 頻寬通道
  • 分頻多重存取 (Frequency Domain Multiple Access;FDMA)
  • 四頻移鍵控 (4-FSK) 調變技術

建築物內訊號覆蓋繪圖

建築物內的無線通訊對於提供執法作業、緊急醫療救護、消防救災、政府業務運作以及災害期間的通訊支援,扮演著關鍵角色。公共安全人員在建築物內處理突發事件,並協助提供健康與福祉相關支援的案例層出不窮。在這些情況中,穩定且可靠的通訊系統是確保專業人員能夠順利完成任務的必要條件。

Anritsu 安立知與 TRX Systems 合作推出 MA8100A TRX NEON® Signal Mapper,這是一套建築物內三維無線覆蓋範圍繪製解決方案。該系統可透過 Anritsu 安立知的手持式頻譜分析儀所量測之射頻數據,建立精確的無線訊號覆蓋圖。TRX NEON 訊號繪圖應用程式提供 Android 使用者介面,操作人員可藉由智慧型手機或平板螢幕顯示,即時觀察測量位置,並依需求於地圖範圍內行走進行建築物內的測量。建築物內的位置資訊由佩戴於操作人員腰帶上的 NEON 定位追蹤裝置提供,該裝置配備陀螺儀、加速度計、氣壓計及其他感測器。追蹤裝置透過藍牙與 Android 智慧型手機連線,而 Anritsu 安立知儀器的測量數據則透過 USB 介面傳輸至手機。NEON 指揮軟體 (NEON Command Software) 能呈現二維及三維結果,協助使用者觀察如樓梯間與電梯等難以測繪區域的覆蓋情況。

IQ 訊號擷取

Anritsu 安立知的遠端頻譜監測器與 Field Master Pro 支援擷取頻譜分析儀可測頻率範圍內任意訊號的 IQ 資料。使用者可將這些 IQ 資料檔案傳輸至個人電腦,透過 IQ Signal Master MX280005A 軟體進行後處理分析,該軟體支援具高頻率與時間解析度的 IQ 播放功能,並可進行調變品質量測。為利於連續播放所擷取的訊號,使用者亦可將資料轉換為 Anritsu 安立知的向量訊號產生器的專用檔案格式。