寬窄帶融合無線專網(wǎng)建設(shè)方案探討

呂其恒 中興高達(dá)技術(shù)有限公司

寬窄帶融合無線專網(wǎng)建設(shè)方案探討

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寬窄帶融合組網(wǎng)是我國公安無線專網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實需要和必然選擇。在分析我國公安無線專網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和需求的基礎(chǔ)上，闡述了“2+4”寬窄帶融合解決方案技術(shù)架構(gòu)及建設(shè)思路，描述了“2+4” 寬窄帶融合解決方案在公安實戰(zhàn)中的應(yīng)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(tǒng)

一、前言

公安無線通信是為公安業(yè)務(wù)服務(wù)的無線通信系統(tǒng)，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(guān)最基本、最重要的通信指揮手段，在處置突發(fā)事件、安全保衛(wèi)中發(fā)揮著重要的作用[2]。

現(xiàn)代警務(wù)要求公安在執(zhí)行任務(wù)中，不僅能夠“打得通、拉得動”，還要能夠“看得清、查得準(zhǔn)”，最終才能“打得贏”。通過引入無線寬帶技術(shù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境的視頻監(jiān)控、警務(wù)數(shù)據(jù)的高速查詢以及警員間的高效溝通，已經(jīng)成為各國公共安全無線通信專網(wǎng)建設(shè)的一個重要目標(biāo)。同時，由于窄帶語音集群具備結(jié)構(gòu)簡單、大區(qū)制覆蓋、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方便等優(yōu)勢，能夠滿足公共安全機構(gòu)對于無線通信專網(wǎng)快建網(wǎng)、廣覆蓋、易維護、高抗毀的需要，仍然發(fā)揮著不可替代的作用。這種情況下，世界主要經(jīng)濟體基本都選擇了窄帶（2G）+寬帶（4G）融合組網(wǎng)的方式。美國選擇的技術(shù)方向是P25+LTE，歐盟是TETRA+LTE，中國則是PDT+LTE。

中國自主研發(fā)的PDT標(biāo)準(zhǔn)具有技術(shù)相對簡單、覆蓋區(qū)域大、互通性好、造價低和能與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)兼容等優(yōu)點[3]。但是由于PDT采用的是窄帶通信技術(shù)，除了語音通信外無法實現(xiàn)包括圖像在內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸[4]。即使是簡單地上傳GPS定位數(shù)據(jù)，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(jié)構(gòu)簡單、時延小、成熟可靠等特點?；贚TE的寬帶多媒體集群，單系統(tǒng)組呼建立時間小于300毫秒、話權(quán)搶占時間小于200毫秒[6]；在語音、短數(shù)據(jù)等基本業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，增加了現(xiàn)場視頻、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽绕涫且曨l業(yè)務(wù)的加入，使得可以采用數(shù)據(jù)傳輸加強語音、視頻通信的多媒體應(yīng)用方式，增強對事態(tài)的感知和信息共享能力，實現(xiàn)更高效的指揮調(diào)度[7]。

“通過具有中國自有知識產(chǎn)權(quán)的PDT+LTE寬窄帶融合網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和部署，將根本解決包括公安機關(guān)在內(nèi)的我國各行業(yè)對移動寬帶業(yè)務(wù)的需求，屆時將有利于形成公共安全行業(yè)的專網(wǎng)，走在世界專網(wǎng)移動通信技術(shù)的前列[8]?！?/p>

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(xiàn)公安寬窄帶融合組網(wǎng)而設(shè)計的綜合解決方案。該方案創(chuàng)新地將2G窄帶語音集群和4G寬帶數(shù)據(jù)及多媒體集群技術(shù)融合在一起，以“融合業(yè)務(wù)、融合交換、融合組網(wǎng)、融合終端”為目標(biāo)，將 2G技術(shù)與4G技術(shù)完美融合，共同服務(wù)于公安業(yè)務(wù)。其架構(gòu)如圖1所示。

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

業(yè)務(wù)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(diào)度、視頻調(diào)度、視頻監(jiān)控、應(yīng)用擴展、統(tǒng)一錄音、統(tǒng)一存儲等業(yè)務(wù)。

交換層則實現(xiàn)了PDT RAN、LTE RAN的統(tǒng)一接入，PDT基站、LTE基站及PDT/LTE雙?；径伎梢灾苯咏尤搿?+4”交換中心。交換層提供異廠家交換中心對接網(wǎng)關(guān)，支持標(biāo)準(zhǔn)的PSIP(PDT Session Initiation Protocol)協(xié)議，實現(xiàn)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(xiàn)了PDT、LTE終端的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)既不是機械疊加也不是簡單互通，而是深度融合?！?+4”交換中心可以實現(xiàn)PDT、LTE統(tǒng)一的無線資源及用戶管理；PDT和LTE集群用戶統(tǒng)一管理、混合編組、混合呼叫；PDT電臺和LTE電臺可以實現(xiàn)語音集群對講、數(shù)據(jù)互通、短消息互通。

“2+4”融合組網(wǎng)方案是一個開放的、演進的寬窄帶融合平臺和系統(tǒng)，支持異廠家系統(tǒng)接入，支持多級系統(tǒng)互聯(lián)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、基于“2+4”方案的公安無線專網(wǎng)建設(shè)策略探討

公安無線專網(wǎng)建設(shè)要綜合考慮現(xiàn)網(wǎng)狀況和技術(shù)發(fā)展趨勢。由于PDT具備數(shù)模兼容、大區(qū)制覆蓋、抗毀性強等優(yōu)勢，仍然是目前公安無線專網(wǎng)的建設(shè)重點；同時，在PDT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，也要充分考慮PDT、LTE融合組網(wǎng)的發(fā)展趨勢，既要順利完成模擬集群的數(shù)字化升級，也要為未來的寬窄帶融合無線專網(wǎng)演進夯實基礎(chǔ)，防止未來系統(tǒng)架構(gòu)推倒重來，避免投資浪費。

具體建設(shè)策略,各地因地制宜。一般情況下，可以考慮采取分階段建設(shè)的模式：首先實現(xiàn)PDT轄區(qū)廣覆蓋，完成MPT到PDT網(wǎng)絡(luò)的平滑升級；同時在關(guān)鍵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)LTE熱點覆蓋：選擇三區(qū)（案件多發(fā)區(qū)、商業(yè)/金融集中區(qū)、人口密集區(qū)）、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(shè)LTE基站；同時配置LTE便攜式基站和LTE應(yīng)急通信車，與衛(wèi)星通訊、微波、340M圖傳等系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)高速無線專網(wǎng)機動式覆蓋。重點滿足重大安保和應(yīng)急處突的高速無線專網(wǎng)需求。然后漸次補充LTE基站，逐步完成主城區(qū)以至全轄區(qū)的LTE專網(wǎng)覆蓋。最終建成PDT+LTE融合的公安無線專網(wǎng)。

四、“2+4”解決方案實戰(zhàn)應(yīng)用

通過建設(shè)PDT和LTE融合組網(wǎng)的公安無線專網(wǎng)，將從根本上解決公安寬帶接入最后一公里問題。使處置現(xiàn)場干警之間，處置現(xiàn)場、前指及后指之間都能保持雙向數(shù)據(jù)互通，全轄區(qū)范圍內(nèi)的語音調(diào)度指揮覆蓋；打通平安城市、警綜系統(tǒng)、指揮中心與一線作戰(zhàn)單元之間的數(shù)據(jù)通道；實現(xiàn)信息化應(yīng)用從桌面到街面；數(shù)據(jù)采集從固定到移動；語音、數(shù)據(jù)、圖像系統(tǒng)從孤立到互聯(lián)；革新公安干警戰(zhàn)斗模式，提高公安干警的戰(zhàn)斗力，踐行“科技強警”的公安信息化發(fā)展戰(zhàn)略。

據(jù)了解，公安工作中使用無線通信主要有三種情況：日常警務(wù)、重大保衛(wèi)活動和處置突發(fā)事件（含搶險救災(zāi)）。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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；340M圖傳則只能提供有限路數(shù)的單向視頻傳送，圖像質(zhì)量及傳輸路數(shù)都不能滿足業(yè)務(wù)需要。以重大安保為例，對監(jiān)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(jiān)控圖像中與人、車、物等相關(guān)的細(xì)節(jié)外，還需要具備人臉識別、人數(shù)統(tǒng)計、觸發(fā)報警等一系列的功能。8Mbps信道速率結(jié)合H.264視頻編碼技術(shù)，可以傳輸1920×1080的高清分辨率，在此分辨率下恢復(fù)播放的圖像質(zhì)量可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等應(yīng)用要求[9]。要兼顧視頻傳輸質(zhì)量和多路視頻采集的要求，是目前的340M系統(tǒng)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(jù)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(jiān)控點、現(xiàn)場多個視頻監(jiān)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(xié)同作戰(zhàn)能力?，F(xiàn)有的技術(shù)條件下，很難滿足上述需求，從而制約了公安干警的戰(zhàn)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(shù)據(jù)及視頻支持，極大提高警員協(xié)同作戰(zhàn)能力和現(xiàn)場信息掌控能力，使每一種業(yè)務(wù)場景都能夠從該解決方案中受益。

（一）“2+4”方案在日常警務(wù)中的應(yīng)用

在巡邏盤查、社區(qū)警務(wù)、交警執(zhí)法、抓捕行動等日常警務(wù)工作中，全城公安干警都可以通過PDT、LTE終端實現(xiàn)PTT對講。LTE覆蓋區(qū)干警可以共享位置、多媒體對講，實現(xiàn)更緊密的協(xié)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(diào)用平安城市視頻監(jiān)控攝像頭圖像，隨時掌控轄區(qū)卡口等關(guān)鍵區(qū)域的動態(tài)；通過LTE網(wǎng)絡(luò)可以遠(yuǎn)程接入指揮中心，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)查詢，如追逃數(shù)據(jù)庫、人口數(shù)據(jù)庫、機動車和駕駛?cè)藬?shù)據(jù)庫等；運用云計算技術(shù)，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(zhí)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(wù)，將傳統(tǒng)無線通信條件下一線干警、警車只是接受調(diào)度指揮的終端作戰(zhàn)單元演進為具備強大數(shù)據(jù)能力支撐的戰(zhàn)斗堡壘。

（二）“2+4”方案在刑偵、應(yīng)急處突中的應(yīng)用

在刑偵和應(yīng)急處突中，通過LTE可以構(gòu)建一個沖突、作戰(zhàn)熱點區(qū)域的高強度無線數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)。前方指揮中心、警車通過室外型CPE可以遠(yuǎn)程接入LTE網(wǎng)絡(luò)；一線指揮員可以通過LTE PAD隨時掌控現(xiàn)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(xiàn)場LTE網(wǎng)和公安信息網(wǎng)對接，指揮員還可以調(diào)看全城主要卡口的實時視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。外圍的協(xié)同警力也可以通過PDT電臺實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度指揮。

（三）“2+4”方案在機動環(huán)境下的應(yīng)用

“2+4”方案的PDT廣覆蓋、LTE熱點覆蓋的建網(wǎng)策略和應(yīng)急處突、安全保衛(wèi)的地域不確定性決定了不是任何情況下都可以事先建設(shè)LTE固定基站。此時可以使用LTE機動部署的方式建設(shè)LTE戰(zhàn)地網(wǎng)來滿足現(xiàn)場高速無線數(shù)據(jù)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(yīng)急通信車，如圖6、圖7所示。

通過LTE機動式覆蓋，可以實現(xiàn)LTE的任務(wù)現(xiàn)場應(yīng)需覆蓋，采用衛(wèi)星、公網(wǎng)、340M、微波、有線等多種方式實現(xiàn)盡力而為的數(shù)據(jù)回傳，從而提供更多的靈活性。

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

·臨時布控，在應(yīng)急處突區(qū)域臨時布控監(jiān)控點。

·臨時指揮中心對下屬移動車輛的調(diào)度，處突現(xiàn)場架設(shè)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(lián)系。

·高速公路上車隊內(nèi)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(wèi)過程中，引導(dǎo)車的視頻回傳，以及車隊中各車輛的指揮調(diào)度。

·武裝押運（貴重物品、危險物品、罪犯轉(zhuǎn)獄等），轉(zhuǎn)移過程中全程實時視頻監(jiān)控。

·救災(zāi)前線臨時指揮中心，指揮前突并設(shè)立一個更靠前的臨時中心。

·封鎖城市交通出入口，實現(xiàn)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(jiān)控，車載、手機攝像頭全部轉(zhuǎn)化為視頻監(jiān)控頭端，形成一張無所不在的移動監(jiān)控網(wǎng)。

·臨時布防，針對城市三區(qū)四口區(qū)域的重點監(jiān)控，以及臨時突發(fā)事件下的協(xié)調(diào)調(diào)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(tǒng)，通過與PDT聯(lián)盟成員的廣泛協(xié)作以及公安部相關(guān)業(yè)務(wù)單位和標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)化和提高。

首先在核心網(wǎng)側(cè)實現(xiàn)異廠家系統(tǒng)核心網(wǎng)互通，在業(yè)務(wù)側(cè)實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度指揮。PDT和LTE集群用戶能夠語音互通、數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)混合編組、混合呼叫。

逐步實現(xiàn)RAN、業(yè)務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)化,實現(xiàn)系統(tǒng)分層解耦。異廠家PDT、LTE基站接入統(tǒng)一的核心網(wǎng)，實現(xiàn)統(tǒng)一的移動性管理和無線資源調(diào)度；標(biāo)準(zhǔn)化語音調(diào)度、視頻調(diào)度、定位、短消息等業(yè)務(wù)組件；基于SDR（Software Defined Radio，軟件定義的無線電)技術(shù)實現(xiàn)PDT和LTE基站融合。

在終端方面，除標(biāo)準(zhǔn)的PDT、LTE終端外，還要研發(fā)PDT/LTE多模終端，同時支持350M PDT、專網(wǎng)LTE、公網(wǎng)LTE。用一個設(shè)備實現(xiàn)語音調(diào)度、警務(wù)通、執(zhí)法記錄儀、多媒體業(yè)務(wù)等功能，減輕一線民警的裝備負(fù)重。

“2+4”寬窄帶融合解決方案符合我國公共安全無線專網(wǎng)發(fā)展方向，能最大程度地發(fā)揮我國無線通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，為我國公安無線專網(wǎng)跨越式發(fā)展，實現(xiàn)對發(fā)達(dá)國家的彎道超越提供了平臺保障。同時必須清醒地認(rèn)識到，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)好僅僅是一個開始，將網(wǎng)絡(luò)利用好才是關(guān)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(wǎng)的業(yè)務(wù)，形成基于新技術(shù)的應(yīng)用范式和作戰(zhàn)模式，才能充分發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢，切實提高公安的戰(zhàn)斗力，真正實現(xiàn)“科技強警”的目標(biāo)。這需要發(fā)揮我國“產(chǎn)學(xué)研用”體系的傳統(tǒng)優(yōu)勢，通過產(chǎn)業(yè)界、基層公安及領(lǐng)導(dǎo)部門和學(xué)術(shù)界的緊密協(xié)作，共同開創(chuàng)公安無線專網(wǎng)建設(shè)及產(chǎn)業(yè)的新局面。

[1] 馬曉東.新標(biāo)準(zhǔn)助力公安無線通信事業(yè)大發(fā)展 .警察技術(shù),2012(03).

[2] 馬曉東.加強公安無線通信專網(wǎng)建設(shè)積極應(yīng)對突發(fā)事件.2009年全國無線電應(yīng)用與管理學(xué)術(shù)會議論文集,2009.

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

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

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

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

[7] 吳利平,盧煜,周文.寬帶多媒體集群系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)的特點和關(guān)鍵技術(shù) .警察技術(shù),2012(03).

[8] 馬曉東.2012中國無線網(wǎng)絡(luò)融合大會, 2012(06).

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