寬窄帶融合無線專網建設方案探討

呂其恒 中興高達技術有限公司

寬窄帶融合無線專網建設方案探討

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寬窄帶融合組網是我國公安無線專網發展的現實需要和必然選擇。在分析我國公安無線專網發展現狀和需求的基礎上，闡述了“2+4”寬窄帶融合解決方案技術架構及建設思路，描述了“2+4” 寬窄帶融合解決方案在公安實戰中的應用場景，展望了“2+4” 寬窄帶融合解決方案的未來演進方向。

寬窄帶融合 PDT LTE 集群系統

一、前言

公安無線通信是為公安業務服務的無線通信系統，它是一種最具警察特色的通信手段，具有快速、便捷、可靠、靈活等特點[1]。無線通信作為公安機關最基本、最重要的通信指揮手段，在處置突發事件、安全保衛中發揮著重要的作用[2]。

現代警務要求公安在執行任務中，不僅能夠“打得通、拉得動”，還要能夠“看得清、查得準”，最終才能“打得贏”。通過引入無線寬帶技術，實現對現場環境的視頻監控、警務數據的高速查詢以及警員間的高效溝通，已經成為各國公共安全無線通信專網建設的一個重要目標。同時，由于窄帶語音集群具備結構簡單、大區制覆蓋、網絡規劃方便等優勢，能夠滿足公共安全機構對于無線通信專網快建網、廣覆蓋、易維護、高抗毀的需要，仍然發揮著不可替代的作用。這種情況下，世界主要經濟體基本都選擇了窄帶（2G）+寬帶（4G）融合組網的方式。美國選擇的技術方向是P25+LTE，歐盟是TETRA+LTE，中國則是PDT+LTE。

中國自主研發的PDT標準具有技術相對簡單、覆蓋區域大、互通性好、造價低和能與現有模擬系統兼容等優點[3]。但是由于PDT采用的是窄帶通信技術，除了語音通信外無法實現包括圖像在內的高速數據傳輸[4]。即使是簡單地上傳GPS定位數據，每人次也需要60毫秒～120毫秒[5]。

TD-LTE（ Time Division Long Term Evolution，時分長期演進）具備無線頻譜利用率高、傳輸速率快、結構簡單、時延小、成熟可靠等特點。基于LTE的寬帶多媒體集群，單系統組呼建立時間小于300毫秒、話權搶占時間小于200毫秒[6]；在語音、短數據等基本業務的基礎上，增加了現場視頻、高速數據傳輸等功能，尤其是視頻業務的加入，使得可以采用數據傳輸加強語音、視頻通信的多媒體應用方式，增強對事態的感知和信息共享能力，實現更高效的指揮調度[7]。

“通過具有中國自有知識產權的PDT+LTE寬窄帶融合網絡的建設和部署，將根本解決包括公安機關在內的我國各行業對移動寬帶業務的需求，屆時將有利于形成公共安全行業的專網，走在世界專網移動通信技術的前列[8]。”

二、“2+4”解決方案介紹

“2+4”寬窄帶融合解決方案是專為實現公安寬窄帶融合組網而設計的綜合解決方案。該方案創新地將2G窄帶語音集群和4G寬帶數據及多媒體集群技術融合在一起，以“融合業務、融合交換、融合組網、融合終端”為目標，將 2G技術與4G技術完美融合，共同服務于公安業務。其架構如圖1所示。

“2+4”寬窄帶融合解決方案總體分為業務層、交換層、無線層（RAN ，Radio Access Network）以及接入層。

業務層通過公安安全邊界接入交換中心，提供視頻會議、可視化調度、視頻調度、視頻監控、應用擴展、統一錄音、統一存儲等業務。

交換層則實現了PDT RAN、LTE RAN的統一接入，PDT基站、LTE基站及PDT/LTE雙模基站都可以直接接入“2+4”交換中心。交換層提供異廠家交換中心對接網關，支持標準的PSIP(PDT Session Initiation Protocol)協議，實現與異廠家PDT MSC（PDT Mobile Switching Center，PDT移動交換中心）對接；同時通過SIP接口支持多個“2+4”交換中心對接。

接入層則實現了PDT、LTE終端的數據互通，語音PTT互通以及LTE終端、PDT/LTE多模終端的多媒體PTT互通。

通過“2+4”方案，PDT和LTE兩張網絡既不是機械疊加也不是簡單互通，而是深度融合。“2+4”交換中心可以實現PDT、LTE統一的無線資源及用戶管理；PDT和LTE集群用戶統一管理、混合編組、混合呼叫；PDT電臺和LTE電臺可以實現語音集群對講、數據互通、短消息互通。

“2+4”融合組網方案是一個開放的、演進的寬窄帶融合平臺和系統，支持異廠家系統接入，支持多級系統互聯，其結構如圖2所示。

三、基于“2+4”方案的公安無線專網建設策略探討

公安無線專網建設要綜合考慮現網狀況和技術發展趨勢。由于PDT具備數模兼容、大區制覆蓋、抗毀性強等優勢，仍然是目前公安無線專網的建設重點；同時，在PDT網絡建設過程中，也要充分考慮PDT、LTE融合組網的發展趨勢，既要順利完成模擬集群的數字化升級，也要為未來的寬窄帶融合無線專網演進夯實基礎，防止未來系統架構推倒重來，避免投資浪費。

具體建設策略,各地因地制宜。一般情況下，可以考慮采取分階段建設的模式：首先實現PDT轄區廣覆蓋，完成MPT到PDT網絡的平滑升級；同時在關鍵區域實現LTE熱點覆蓋：選擇三區（案件多發區、商業/金融集中區、人口密集區）、四口（治安卡口、城市的出入口、重點交通道路口、政府門口）建設LTE基站；同時配置LTE便攜式基站和LTE應急通信車，與衛星通訊、微波、340M圖傳等系統結合實現高速無線專網機動式覆蓋。重點滿足重大安保和應急處突的高速無線專網需求。然后漸次補充LTE基站，逐步完成主城區以至全轄區的LTE專網覆蓋。最終建成PDT+LTE融合的公安無線專網。

四、“2+4”解決方案實戰應用

通過建設PDT和LTE融合組網的公安無線專網，將從根本上解決公安寬帶接入最后一公里問題。使處置現場干警之間，處置現場、前指及后指之間都能保持雙向數據互通，全轄區范圍內的語音調度指揮覆蓋；打通平安城市、警綜系統、指揮中心與一線作戰單元之間的數據通道；實現信息化應用從桌面到街面；數據采集從固定到移動；語音、數據、圖像系統從孤立到互聯；革新公安干警戰斗模式，提高公安干警的戰斗力，踐行“科技強警”的公安信息化發展戰略。

據了解，公安工作中使用無線通信主要有三種情況：日常警務、重大保衛活動和處置突發事件（含搶險救災）。常用的無線裝備則是窄帶語音集群和340M圖傳。窄帶語音集群不能支持視頻及高速數據業務；340M圖傳則只能提供有限路數的單向視頻傳送，圖像質量及傳輸路數都不能滿足業務需要。以重大安保為例，對監控圖像的要求不僅限于簡單的圖像回傳，除了要求能夠看清監控圖像中與人、車、物等相關的細節外，還需要具備人臉識別、人數統計、觸發報警等一系列的功能。8Mbps信道速率結合H.264視頻編碼技術，可以傳輸1920×1080的高清分辨率，在此分辨率下恢復播放的圖像質量可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等應用要求[9]。要兼顧視頻傳輸質量和多路視頻采集的要求，是目前的340M系統力不能及的。而在處置群體性事件時，則不僅要多點采集視頻信息傳送給前指和后指，一線干警還要能夠進行隱蔽拍攝、證據搜集等工作；一線指揮員還需要能夠查看指揮中心、城市視頻監控點、現場多個視頻監控點的視頻，從而掌控全局信息；干警之間還需要通過視頻對講來增強協同作戰能力。現有的技術條件下，很難滿足上述需求，從而制約了公安干警的戰斗力。

通過“2+4”寬窄帶融合解決方案，則可以同時提供大容量的對講、數據及視頻支持，極大提高警員協同作戰能力和現場信息掌控能力，使每一種業務場景都能夠從該解決方案中受益。

（一）“2+4”方案在日常警務中的應用

在巡邏盤查、社區警務、交警執法、抓捕行動等日常警務工作中，全城公安干警都可以通過PDT、LTE終端實現PTT對講。LTE覆蓋區干警可以共享位置、多媒體對講，實現更緊密的協作；同時通過LTE終端，還可以隨時上傳視頻，將一線的緊急情況隨時上報指揮中心，也可以請求調用平安城市視頻監控攝像頭圖像，隨時掌控轄區卡口等關鍵區域的動態；通過LTE網絡可以遠程接入指揮中心，實現高速數據查詢，如追逃數據庫、人口數據庫、機動車和駕駛人數據庫等；運用云計算技術，每一個LTE智能終端都可以獲得指揮中心強大的計算能力支撐，可以執行疑犯外貌特性比對、疑犯聲線比對、車牌自動識別等需要大量計算能力的任務，將傳統無線通信條件下一線干警、警車只是接受調度指揮的終端作戰單元演進為具備強大數據能力支撐的戰斗堡壘。

（二）“2+4”方案在刑偵、應急處突中的應用

在刑偵和應急處突中，通過LTE可以構建一個沖突、作戰熱點區域的高強度無線數據覆蓋區。前方指揮中心、警車通過室外型CPE可以遠程接入LTE網絡；一線指揮員可以通過LTE PAD隨時掌控現場全局信息；偵查員、民警、特警分別裝備隱蔽攝像頭、可視對講機、穿戴式攝像頭等裝備；通過現場LTE網和公安信息網對接，指揮員還可以調看全城主要卡口的實時視頻監控數據。外圍的協同警力也可以通過PDT電臺實現統一調度指揮。

（三）“2+4”方案在機動環境下的應用

“2+4”方案的PDT廣覆蓋、LTE熱點覆蓋的建網策略和應急處突、安全保衛的地域不確定性決定了不是任何情況下都可以事先建設LTE固定基站。此時可以使用LTE機動部署的方式建設LTE戰地網來滿足現場高速無線數據需求。目前有兩種基本的LTE機動覆蓋模式：LTE便攜式移動站和LTE應急通信車，如圖6、圖7所示。

通過LTE機動式覆蓋，可以實現LTE的任務現場應需覆蓋，采用衛星、公網、340M、微波、有線等多種方式實現盡力而為的數據回傳，從而提供更多的靈活性。

LTE的應急覆蓋加上PDT的廣覆蓋，可以出色地完成應急處突、重大安保等任務，典型應用場景如下：

·臨時布控，在應急處突區域臨時布控監控點。

·臨時指揮中心對下屬移動車輛的調度，處突現場架設TD-LTE熱點，事故外圍車輛和人員通過PDT電臺與處突指揮中心聯系。

·高速公路上車隊內部各車輛間的視頻會議，以及行進中和指揮中心間的視頻會議。

·政要護衛過程中，引導車的視頻回傳，以及車隊中各車輛的指揮調度。

·武裝押運（貴重物品、危險物品、罪犯轉獄等），轉移過程中全程實時視頻監控。

·救災前線臨時指揮中心，指揮前突并設立一個更靠前的臨時中心。

·封鎖城市交通出入口，實現多個治安卡口封鎖。

·大型運動會安保，各個場館的寬帶覆蓋保障。

·移動視頻監控，車載、手機攝像頭全部轉化為視頻監控頭端，形成一張無所不在的移動監控網。

·臨時布防，針對城市三區四口區域的重點監控，以及臨時突發事件下的協調調度。

五、“2+4”解決方案演進展望

“2+4”寬窄帶融合解決方案是一個開放、演進的平臺和系統，通過與PDT聯盟成員的廣泛協作以及公安部相關業務單位和標準化組織的有力推動，“2+4”寬窄帶融合解決方案將不斷得以優化和提高。

首先在核心網側實現異廠家系統核心網互通，在業務側實現統一的調度指揮。PDT和LTE集群用戶能夠語音互通、數據互通，實現混合編組、混合呼叫。

逐步實現RAN、業務接口標準化,實現系統分層解耦。異廠家PDT、LTE基站接入統一的核心網，實現統一的移動性管理和無線資源調度；標準化語音調度、視頻調度、定位、短消息等業務組件；基于SDR（Software Defined Radio，軟件定義的無線電)技術實現PDT和LTE基站融合。

在終端方面，除標準的PDT、LTE終端外，還要研發PDT/LTE多模終端，同時支持350M PDT、專網LTE、公網LTE。用一個設備實現語音調度、警務通、執法記錄儀、多媒體業務等功能，減輕一線民警的裝備負重。

“2+4”寬窄帶融合解決方案符合我國公共安全無線專網發展方向，能最大程度地發揮我國無線通信技術和產業優勢，為我國公安無線專網跨越式發展，實現對發達國家的彎道超越提供了平臺保障。同時必須清醒地認識到，網絡建設好僅僅是一個開始，將網絡利用好才是關鍵，兩者相輔相成，相互促進。不斷研究和拓展基于PDT+LTE融合組網的業務，形成基于新技術的應用范式和作戰模式，才能充分發揮新技術的優勢，切實提高公安的戰斗力，真正實現“科技強警”的目標。這需要發揮我國“產學研用”體系的傳統優勢，通過產業界、基層公安及領導部門和學術界的緊密協作，共同開創公安無線專網建設及產業的新局面。

[1] 馬曉東.新標準助力公安無線通信事業大發展 .警察技術,2012(03).

[2] 馬曉東.加強公安無線通信專網建設積極應對突發事件.2009年全國無線電應用與管理學術會議論文集,2009.

[3] 蔣慶生,陳妍.PDT在公安無線通信“模轉數”中的作用.警察技術, 2010(11).

[4] 蔣慶生,劉文靜.PDT數字集群系統的寬帶演進技術探討.數字通信世界,2010(11) .

[5] 陳煥明,劉慶江.PDT系統中對移動終端衛星定位的方法.警察技術, 2013(02).

[6] CCSA,SR 122-2012 基于TD-LTE 的寬帶數字集群通信系統的研究, 2012.

[7] 吳利平,盧煜,周文.寬帶多媒體集群系統視頻業務的特點和關鍵技術 .警察技術,2012(03).

[8] 馬曉東.2012中國無線網絡融合大會, 2012(06).

[9] 孫秀斌.安保工作中無線圖像傳輸系統的應用和功能擴展.警察技術, 2013(02).