PDT 數字集群技術及在地鐵公安通信中的應用

0 引言

PDT（Police Digital Trunking）是為滿足公安無線通信數字化需求，解決公安無線通信加密問題，實現現有模擬無線通信系統向數字通信系統的平滑過渡，從2008年開始，由中國公安部牽頭制定的一個新的數字集群標準。PDT警用數字集群通信系統是多用戶、多部門共用一組無線信道，并動態管理和使用這些信道的專用移動通信系統，采用TDMA（時分多址）和IP軟交換技術，可提供語音調度、短消息、狀態消息和分組數據業務等功能，支持集群、直通、故障弱化等工作方式。PDT數字集群系統具有語音清晰、頻譜利用率高、調度指揮功能強、業務豐富等特點，在公安部門的應用已是必然趨勢。目前公安無線通信系統正處于從MPT模擬集群到PDT數字集群的過渡階段。

1 現狀分析和需求

地鐵公安無線通信系統作為地面公安無線系統在地鐵內部的延伸，需要將市公安局的350 MHz無線信號引入至地下地鐵空間，覆蓋站廳、站臺、通道、出入口和隧道區間，實現地下空間、地下與師。地面間的無線通信。

隨著公安部門對無線通信業務需求的不斷提高，目前使用的MPT模擬集群系統已顯現出了頻譜利用率低、話音質量不穩定、通信保密性差、數據應用能力欠缺、系統容量不足等問題。為了發揮PDT技術的優勢，滿足公安部門對無線通信的更高需求，地鐵內新建的公安無線通信系統應采用PDT數字集群通信技術。

目前，地面公安無線系統仍以MPT1327模擬集群設備為主，地面模擬集群通信系統發展至今，在實際應用中仍然具有一定的存在空間，各地公安部門對模擬通信的依賴程度還很高。另外，部分模擬通信系統建成和使用時間較短，為避免對前期投資造成大量浪費，地鐵內新建的PDT數字集群通信系統必須與地面既有公安無線系統實現互聯互通，形成統一的公安無線調度網，確保在各地下車站范圍內出現重大案情、火災事件時，市公安局和消防支隊、地鐵派出所等各級公安指揮部門能夠對現場警務人員進行統一指揮調度。

2 PDT系統構成及技術優勢

2.1 系統的構成

PDT數字集群系統由核心網交換中心、基站、調度臺、終端設備（固定臺、手持臺、車載臺）、網管服務器和網管工作站、無線信號覆蓋子系統等構成。

（1）核心網交換中心。核心網交換中心由核心網交換設備、調度服務器、系統鑒權加密中心、模數互聯服務器、錄音服務器、網關設備、三層交換機、中心路由器等組成。主要完成呼叫控制、資源管理、移動性管理、數據庫訪問、接入控制、分組數據處理、鑒權加密、全網錄音等功能，并實現與模擬集群系統及其他數字集群系統之間的互聯。

（2）基站。基站主要由基站控制器、信道機、信道控制器、合/分路器、雙工器、網絡交換機、路由器、機柜組成。基站采用TDMA和IP軟交換技術，其關鍵設備及模塊冗余備份，可遠端控制、維護和升級。各集群基站通過有線鏈路（E1或IP通道）連接至核心網交換中心，用于實現本車站內、各地下車站間、地下與地上的無線指揮調度。

（3）調度臺。調度臺為綜合指揮調度多媒體業務終端，是調度員調度指揮的操作平臺，可以分別對移動用戶和通話組進行呼叫、監聽、管理。

（4）網管服務器和網管工作站。網管服務器和網管工作站用于管理和維護PDT系統，完成系統監視、用戶管理、參數配置、話務統計、日志查詢、系統維護等。

（5）終端設備。終端設備包括手持臺、車載臺、固定臺等。

（6）無線信號覆蓋子系統。在地下車站和隧道區間設無線信號覆蓋子系統，主要覆蓋站廳、站臺、出入口、區間隧道、地鐵開發的商業區等。

2.2 PDT系統的技術優勢

（1）先進的虛擬專網功能。PDT無線通信系統提供先進的虛擬專網功能，可為網內不同用戶部門設置相對獨立的無線通信服務功能，多個用戶部門可共享一個數字集群網絡，網絡中所有的系統功能均可合理地分配給每一個用戶部門，以滿足每個用戶部門的需求。

（2）頻譜利用率高。PDT警用數字集群通信系統工作頻段為350 MHz，采用頻率和時間分割的方法劃分信道，按12.5 kHz信道間隔和10 MHz收發間隔劃分載波信道，采用TDMA（時分多址）技術劃分時隙信道，每載波時隙為2個，即物理信道為2個。因此，1個12.5 kHz帶寬的載波信道內支持2個物理信道（2路語音或數據通信），頻譜利用率是MPT1327標準模擬系統的4倍。

（3）系統可靠性好。PDT系統具有多級故障弱化功能，設備可靠性高；交換中心的核心交換服務器冗余備份，若交換中心設備發生故障，或鏈路發生故障，基站設備仍能正常工作在集群方式；系統具有控制信道備份機制，一旦原控制信道出現故障，基站中的任何一個話音信道都可以自動替換成控制信道，保證基站正常工作在集群方式。系統中所有信道既可作為控制信道工作，又可作為業務信道工作，大大提高了系統運行的可靠性。

（4）良好的系統互連。PDT數字集群系統采用軟交換技術，聯網協議采用SIP協議，呼叫控制和承載分離，具有標準接口，通過網關可與PABX、PSTN、MPT1327等其他網絡互聯互通，滿足全國聯網的要求。

（5）安全保密性好。PDT系統具有完全自主知識產權，并采用公安部的自主加密技術，安全性高；PDT警用數字集群系統可實現鑒權、空口加密（語音、數據、信令）、鏈路加密和端到端加密，安全保密性高；可根據需要達到的安全等級來實現其中的部分或全部功能。PDT系統可實現的鑒權加密功能如圖1所示。

圖1 鑒權加密功能示意圖

3 PDT數字集群系統主要功能

PDT數字集群通信系統可以提供語音業務、數據業務（短消息、狀態信息、分組數據業務、衛星定位信息等）和豐富的調度業務。下文介紹其中幾種主要功能。

3.1 呼叫功能

系統可實現單呼、組呼、緊急呼叫、優先呼叫、廣播呼叫、預占優先呼叫、互聯呼叫等，可根據不同種類用戶設置不同的通話等級和通話時限。

廣播呼叫是一種特殊的語音組呼，呼叫建立后在業務信道上只有主叫具備講話權限，被叫用戶只有接聽權限，可以有效防止被叫用戶干擾主叫的講話過程；緊急呼叫是緊急情況下發起的特殊呼叫，具有最高優先級，當無信道資源時，系統會釋放其他低級別呼叫的信道資源供緊急呼叫使用。

3.2 動態重組

根據業務的需要（如事故搶險等），經授權的調度員或系統管理員可通過空中無線信道將新的通話組編入移動臺，即動態重組。

系統管理員可以動態地對通話組進行重組，并通過系統調度臺一次執行多個動態重組命令。帶確認功能的動態重組可以通過移動臺的確認信息實時了解移動臺執行動態重組的實際結果。

3.3 遲后加入

允許通話組成員遲后加入正在進行的組呼。在組呼過程中，遲后加入的信令會不斷地在主控制信道上傳送，沒有在呼叫發起時加入呼叫的無線用戶機一旦回到控制信道，并檢測到這些信令，將立即進入所需業務信道進行通信。

3.4 數據功能

PDT數字集群系統支持短數據消息、狀態消息、分組數據、報警、衛星定位信息上拉等數據業務。公安用戶可通過PDT無線網絡隨時隨地接入公安數據庫，進行人口信息、在逃人員信息、車輛信息等數據查詢，為現場處警提供更多更及時的信息支持。指揮中心通過GPS定位信息，可實現GIS地圖可視化調度，完成快速有效的接處警調度。

3.5 信道自動回落和控制信道轉換

通話雙方占用信道后不通話超過設定的時間，系統將自動收回信道，保證了對系統無線資源的有效利用，即信道自動回落。操作人員可對控制信道進行設置，使控制信道在通話高峰期間轉為話音信道，即控制信道轉換。

3.6 全網錄音功能

系統通過錄音服務器可以對PDT網絡內所有通話進行全網實時錄音和監聽，授權用戶根據需要進行檢索和回放，可以提供遠端檢索、多操作員同時檢索、同時回放的功能。

3.7 環境偵聽

環境偵聽是調度臺向手持臺發起的一種特殊呼叫，用于監聽手持臺周邊的環境聲音。例如，當警員有危險時，調度臺強制打開被監聽警員的PDT手持臺，監聽手持臺周邊聲音。被叫手持臺在系統指定的業務信道上自動打開發射機和MIC，將環境聲音發送給調度臺。在整個環境偵聽過程中，手持臺的顯示、揚聲器、提示音、指示燈等人機界面狀態與空閑待機時完全相同。環境偵聽過程中，如果手持臺用戶進行呼出操作（包括發短消息等），環境偵聽自動結束，并返回控制信道。

4 地鐵PDT集群系統建設中的注意事項

（1）地鐵PDT數字集群系統與地面公安無線通信系統的互聯互通。在目前模數過渡階段，市公安局地面仍然采用MPT1327模擬無線集群系統，新建的地鐵PDT警用數字無線系統應采用PDT-MPT網關與市公安局二級節點中心互聯，達到互聯互通、統一指揮調度的目的。

當市公安局地面無線網絡過渡到PDT數字集群網絡后，地鐵公安分局核心網交換中心直接連接到市公安局交換中心，形成一張整體的PDT數字無線集群網絡。

（2）在車站出入口預留應急射頻接口。為保證發生突發性事件時通信的暢通，在地下車站出入口預留與應急通訊車的射頻接口。平時應急射頻接口采用終端負載隔離，當站內無線基站嚴重故障而不能發揮其作用時，可從應急射頻接口將外部基站（如應急通訊車）信號引入該基站無線覆蓋范圍，實現應急通訊車對地下移動臺的直接指揮（圖2）。

（3）在目前模數過渡階段，PDT手持臺應采用PDT/MPT雙模手持臺，以滿足公安和消防人員在地上和地下空間使用的需要。

（4）利用PDT無線集群通信系統虛擬專網功能劃分VPN，滿足消防無線通信系統的需求。

（5）集群基站在地鐵內的具體頻點配置應由市公安部門確定。

（6）聯網鏈路的備份。在地鐵公安分局核心網交換中心可以配備無線網關作為與市公安局二級節點互連的聯網備份設備，當有線聯網鏈路發生故障時自動啟用無線網關，聯網鏈路采用350 MHz無線通道，從而實現地鐵集群通信系統與市公安局中心基站的無線聯網。無線鏈路作為備份增加了聯網鏈路的可靠性。

圖2 應急射頻接口

5 PDT數字集群無線通信在地鐵的應用

以石家莊市地鐵1號線一期工程為例，其PDT數字集群無線通信系統組網方案如下：

（1）在地鐵公安分局設核心網交換中心，通過PDT-MPT網關連接到市公安局二級節點中心，實現互聯互通。

（2）每個地鐵車站內設集群基站，采用有線聯網方式接入核心網交換中心，組成相對獨立的單區多基站集群通信系統，用于實現本車站內、各地下車站之間、地上與地下空間的無線指揮調度。

（3）在地鐵公安分局設調度臺，用于日常指揮調度。

（4）在地鐵公安分局設網管設備1套，用于網絡日常管理和監控。

（5）在地鐵公安分局下轄派出所及各車站設固定臺，公安執勤工作人員配屬手持臺。

（6）地鐵地下空間設無線信號覆蓋子系統，主要覆蓋站廳、站臺、出入口、區間隧道、地鐵開發的商業區等。在區間隧道內及站臺采用漏泄同軸電纜輻射方式實現無線信號覆蓋；在站廳層、人行通道及出入口、地鐵開發的商業區采用小天線覆蓋方式進行無線信號覆蓋；地鐵公安分局、地鐵派出所、車輛段、停車場由地面公安集群主基站進行無線信號覆蓋。組網示意圖見圖3。

圖3 石家莊市地鐵1號線一期工程PDT數字集群無線通信系統組網示意圖

6 結語

PDT數字集群系統具有先進、開放、融合、安全等優點，較好滿足了公安和消防部門等專業用戶群體的無線通信指揮調度需求。地鐵內采用PDT標準建設公安無線通信系統，并實現與地面模擬集群的互聯互通，搭建具有統一指揮調度能力、協調能力和快速反應能力的調度指揮體系，滿足了公安部門日常警務及應急處理突發事件的需要，為公安部門在地鐵內的調度指揮提供了保障，符合現代警務機制的發展需求。

參考文獻：

[1]中國國家標準化管理委員會.GA/T 1056-2013警用數字集群（PDT）通信系統總體技術規范[S].北京：中國質檢出版社，2013.