PDT 數(shù)字集群技術(shù)及在地鐵公安通信中的應(yīng)用

0 引言

PDT（Police Digital Trunking）是為滿足公安無線通信數(shù)字化需求，解決公安無線通信加密問題，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有模擬無線通信系統(tǒng)向數(shù)字通信系統(tǒng)的平滑過渡，從2008年開始，由中國公安部牽頭制定的一個(gè)新的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。PDT警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)是多用戶、多部門共用一組無線信道，并動(dòng)態(tài)管理和使用這些信道的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用TDMA（時(shí)分多址）和IP軟交換技術(shù)，可提供語音調(diào)度、短消息、狀態(tài)消息和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，支持集群、直通、故障弱化等工作方式。PDT數(shù)字集群系統(tǒng)具有語音清晰、頻譜利用率高、調(diào)度指揮功能強(qiáng)、業(yè)務(wù)豐富等特點(diǎn)，在公安部門的應(yīng)用已是必然趨勢。目前公安無線通信系統(tǒng)正處于從MPT模擬集群到PDT數(shù)字集群的過渡階段。

1 現(xiàn)狀分析和需求

地鐵公安無線通信系統(tǒng)作為地面公安無線系統(tǒng)在地鐵內(nèi)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(qū)間，實(shí)現(xiàn)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(yè)務(wù)需求的不斷提高，目前使用的MPT模擬集群系統(tǒng)已顯現(xiàn)出了頻譜利用率低、話音質(zhì)量不穩(wěn)定、通信保密性差、數(shù)據(jù)應(yīng)用能力欠缺、系統(tǒng)容量不足等問題。為了發(fā)揮PDT技術(shù)的優(yōu)勢，滿足公安部門對無線通信的更高需求，地鐵內(nèi)新建的公安無線通信系統(tǒng)應(yīng)采用PDT數(shù)字集群通信技術(shù)。

目前，地面公安無線系統(tǒng)仍以MPT1327模擬集群設(shè)備為主，地面模擬集群通信系統(tǒng)發(fā)展至今，在實(shí)際應(yīng)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(tǒng)建成和使用時(shí)間較短，為避免對前期投資造成大量浪費(fèi)，地鐵內(nèi)新建的PDT數(shù)字集群通信系統(tǒng)必須與地面既有公安無線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成統(tǒng)一的公安無線調(diào)度網(wǎng)，確保在各地下車站范圍內(nèi)出現(xiàn)重大案情、火災(zāi)事件時(shí)，市公安局和消防支隊(duì)、地鐵派出所等各級公安指揮部門能夠?qū)ΜF(xiàn)場警務(wù)人員進(jìn)行統(tǒng)一指揮調(diào)度。

2 PDT系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)優(yōu)勢

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

PDT數(shù)字集群系統(tǒng)由核心網(wǎng)交換中心、基站、調(diào)度臺、終端設(shè)備（固定臺、手持臺、車載臺）、網(wǎng)管服務(wù)器和網(wǎng)管工作站、無線信號覆蓋子系統(tǒng)等構(gòu)成。

（1）核心網(wǎng)交換中心。核心網(wǎng)交換中心由核心網(wǎng)交換設(shè)備、調(diào)度服務(wù)器、系統(tǒng)鑒權(quán)加密中心、模數(shù)互聯(lián)服務(wù)器、錄音服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、三層交換機(jī)、中心路由器等組成。主要完成呼叫控制、資源管理、移動(dòng)性管理、數(shù)據(jù)庫訪問、接入控制、分組數(shù)據(jù)處理、鑒權(quán)加密、全網(wǎng)錄音等功能，并實(shí)現(xiàn)與模擬集群系統(tǒng)及其他數(shù)字集群系統(tǒng)之間的互聯(lián)。

（2）基站。基站主要由基站控制器、信道機(jī)、信道控制器、合/分路器、雙工器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、機(jī)柜組成?；静捎肨DMA和IP軟交換技術(shù)，其關(guān)鍵設(shè)備及模塊冗余備份，可遠(yuǎn)端控制、維護(hù)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(wǎng)交換中心，用于實(shí)現(xiàn)本車站內(nèi)、各地下車站間、地下與地上的無線指揮調(diào)度。

（3）調(diào)度臺。調(diào)度臺為綜合指揮調(diào)度多媒體業(yè)務(wù)終端，是調(diào)度員調(diào)度指揮的操作平臺，可以分別對移動(dòng)用戶和通話組進(jìn)行呼叫、監(jiān)聽、管理。

（4）網(wǎng)管服務(wù)器和網(wǎng)管工作站。網(wǎng)管服務(wù)器和網(wǎng)管工作站用于管理和維護(hù)PDT系統(tǒng)，完成系統(tǒng)監(jiān)視、用戶管理、參數(shù)配置、話務(wù)統(tǒng)計(jì)、日志查詢、系統(tǒng)維護(hù)等。

（5）終端設(shè)備。終端設(shè)備包括手持臺、車載臺、固定臺等。

（6）無線信號覆蓋子系統(tǒng)。在地下車站和隧道區(qū)間設(shè)無線信號覆蓋子系統(tǒng)，主要覆蓋站廳、站臺、出入口、區(qū)間隧道、地鐵開發(fā)的商業(yè)區(qū)等。

2.2 PDT系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

（1）先進(jìn)的虛擬專網(wǎng)功能。PDT無線通信系統(tǒng)提供先進(jìn)的虛擬專網(wǎng)功能，可為網(wǎng)內(nèi)不同用戶部門設(shè)置相對獨(dú)立的無線通信服務(wù)功能，多個(gè)用戶部門可共享一個(gè)數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中所有的系統(tǒng)功能均可合理地分配給每一個(gè)用戶部門，以滿足每個(gè)用戶部門的需求。

（2）頻譜利用率高。PDT警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)工作頻段為350 MHz，采用頻率和時(shí)間分割的方法劃分信道，按12.5 kHz信道間隔和10 MHz收發(fā)間隔劃分載波信道，采用TDMA（時(shí)分多址）技術(shù)劃分時(shí)隙信道，每載波時(shí)隙為2個(gè)，即物理信道為2個(gè)。因此，1個(gè)12.5 kHz帶寬的載波信道內(nèi)支持2個(gè)物理信道（2路語音或數(shù)據(jù)通信），頻譜利用率是MPT1327標(biāo)準(zhǔn)模擬系統(tǒng)的4倍。

（3）系統(tǒng)可靠性好。PDT系統(tǒng)具有多級故障弱化功能，設(shè)備可靠性高；交換中心的核心交換服務(wù)器冗余備份，若交換中心設(shè)備發(fā)生故障，或鏈路發(fā)生故障，基站設(shè)備仍能正常工作在集群方式；系統(tǒng)具有控制信道備份機(jī)制，一旦原控制信道出現(xiàn)故障，基站中的任何一個(gè)話音信道都可以自動(dòng)替換成控制信道，保證基站正常工作在集群方式。系統(tǒng)中所有信道既可作為控制信道工作，又可作為業(yè)務(wù)信道工作，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（4）良好的系統(tǒng)互連。PDT數(shù)字集群系統(tǒng)采用軟交換技術(shù)，聯(lián)網(wǎng)協(xié)議采用SIP協(xié)議，呼叫控制和承載分離，具有標(biāo)準(zhǔn)接口，通過網(wǎng)關(guān)可與PABX、PSTN、MPT1327等其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，滿足全國聯(lián)網(wǎng)的要求。

（5）安全保密性好。PDT系統(tǒng)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，并采用公安部的自主加密技術(shù)，安全性高；PDT警用數(shù)字集群系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空口加密（語音、數(shù)據(jù)、信令）、鏈路加密和端到端加密，安全保密性高；可根據(jù)需要達(dá)到的安全等級來實(shí)現(xiàn)其中的部分或全部功能。PDT系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的鑒權(quán)加密功能如圖1所示。

圖1 鑒權(quán)加密功能示意圖

3 PDT數(shù)字集群系統(tǒng)主要功能

PDT數(shù)字集群通信系統(tǒng)可以提供語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（短消息、狀態(tài)信息、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、衛(wèi)星定位信息等）和豐富的調(diào)度業(yè)務(wù)。下文介紹其中幾種主要功能。

3.1 呼叫功能

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單呼、組呼、緊急呼叫、優(yōu)先呼叫、廣播呼叫、預(yù)占優(yōu)先呼叫、互聯(lián)呼叫等，可根據(jù)不同種類用戶設(shè)置不同的通話等級和通話時(shí)限。

廣播呼叫是一種特殊的語音組呼，呼叫建立后在業(yè)務(wù)信道上只有主叫具備講話權(quán)限，被叫用戶只有接聽權(quán)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(fā)起的特殊呼叫，具有最高優(yōu)先級，當(dāng)無信道資源時(shí)，系統(tǒng)會(huì)釋放其他低級別呼叫的信道資源供緊急呼叫使用。

3.2 動(dòng)態(tài)重組

根據(jù)業(yè)務(wù)的需要（如事故搶險(xiǎn)等），經(jīng)授權(quán)的調(diào)度員或系統(tǒng)管理員可通過空中無線信道將新的通話組編入移動(dòng)臺，即動(dòng)態(tài)重組。

系統(tǒng)管理員可以動(dòng)態(tài)地對通話組進(jìn)行重組，并通過系統(tǒng)調(diào)度臺一次執(zhí)行多個(gè)動(dòng)態(tài)重組命令。帶確認(rèn)功能的動(dòng)態(tài)重組可以通過移動(dòng)臺的確認(rèn)信息實(shí)時(shí)了解移動(dòng)臺執(zhí)行動(dòng)態(tài)重組的實(shí)際結(jié)果。

3.3 遲后加入

允許通話組成員遲后加入正在進(jìn)行的組呼。在組呼過程中，遲后加入的信令會(huì)不斷地在主控制信道上傳送，沒有在呼叫發(fā)起時(shí)加入呼叫的無線用戶機(jī)一旦回到控制信道，并檢測到這些信令，將立即進(jìn)入所需業(yè)務(wù)信道進(jìn)行通信。

3.4 數(shù)據(jù)功能

PDT數(shù)字集群系統(tǒng)支持短數(shù)據(jù)消息、狀態(tài)消息、分組數(shù)據(jù)、報(bào)警、衛(wèi)星定位信息上拉等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。公安用戶可通過PDT無線網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地接入公安數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行人口信息、在逃人員信息、車輛信息等數(shù)據(jù)查詢，為現(xiàn)場處警提供更多更及時(shí)的信息支持。指揮中心通過GPS定位信息，可實(shí)現(xiàn)GIS地圖可視化調(diào)度，完成快速有效的接處警調(diào)度。

3.5 信道自動(dòng)回落和控制信道轉(zhuǎn)換

通話雙方占用信道后不通話超過設(shè)定的時(shí)間，系統(tǒng)將自動(dòng)收回信道，保證了對系統(tǒng)無線資源的有效利用，即信道自動(dòng)回落。操作人員可對控制信道進(jìn)行設(shè)置，使控制信道在通話高峰期間轉(zhuǎn)為話音信道，即控制信道轉(zhuǎn)換。

3.6 全網(wǎng)錄音功能

系統(tǒng)通過錄音服務(wù)器可以對PDT網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有通話進(jìn)行全網(wǎng)實(shí)時(shí)錄音和監(jiān)聽，授權(quán)用戶根據(jù)需要進(jìn)行檢索和回放，可以提供遠(yuǎn)端檢索、多操作員同時(shí)檢索、同時(shí)回放的功能。

3.7 環(huán)境偵聽

環(huán)境偵聽是調(diào)度臺向手持臺發(fā)起的一種特殊呼叫，用于監(jiān)聽手持臺周邊的環(huán)境聲音。例如，當(dāng)警員有危險(xiǎn)時(shí)，調(diào)度臺強(qiáng)制打開被監(jiān)聽警員的PDT手持臺，監(jiān)聽手持臺周邊聲音。被叫手持臺在系統(tǒng)指定的業(yè)務(wù)信道上自動(dòng)打開發(fā)射機(jī)和MIC，將環(huán)境聲音發(fā)送給調(diào)度臺。在整個(gè)環(huán)境偵聽過程中，手持臺的顯示、揚(yáng)聲器、提示音、指示燈等人機(jī)界面狀態(tài)與空閑待機(jī)時(shí)完全相同。環(huán)境偵聽過程中，如果手持臺用戶進(jìn)行呼出操作（包括發(fā)短消息等），環(huán)境偵聽自動(dòng)結(jié)束，并返回控制信道。

4 地鐵PDT集群系統(tǒng)建設(shè)中的注意事項(xiàng)

（1）地鐵PDT數(shù)字集群系統(tǒng)與地面公安無線通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。在目前模數(shù)過渡階段，市公安局地面仍然采用MPT1327模擬無線集群系統(tǒng)，新建的地鐵PDT警用數(shù)字無線系統(tǒng)應(yīng)采用PDT-MPT網(wǎng)關(guān)與市公安局二級節(jié)點(diǎn)中心互聯(lián)，達(dá)到互聯(lián)互通、統(tǒng)一指揮調(diào)度的目的。

當(dāng)市公安局地面無線網(wǎng)絡(luò)過渡到PDT數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)后，地鐵公安分局核心網(wǎng)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(shù)字無線集群網(wǎng)絡(luò)。

（2）在車站出入口預(yù)留應(yīng)急射頻接口。為保證發(fā)生突發(fā)性事件時(shí)通信的暢通，在地下車站出入口預(yù)留與應(yīng)急通訊車的射頻接口。平時(shí)應(yīng)急射頻接口采用終端負(fù)載隔離，當(dāng)站內(nèi)無線基站嚴(yán)重故障而不能發(fā)揮其作用時(shí)，可從應(yīng)急射頻接口將外部基站（如應(yīng)急通訊車）信號引入該基站無線覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通訊車對地下移動(dòng)臺的直接指揮（圖2）。

（3）在目前模數(shù)過渡階段，PDT手持臺應(yīng)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(tǒng)虛擬專網(wǎng)功能劃分VPN，滿足消防無線通信系統(tǒng)的需求。

（5）集群基站在地鐵內(nèi)的具體頻點(diǎn)配置應(yīng)由市公安部門確定。

（6）聯(lián)網(wǎng)鏈路的備份。在地鐵公安分局核心網(wǎng)交換中心可以配備無線網(wǎng)關(guān)作為與市公安局二級節(jié)點(diǎn)互連的聯(lián)網(wǎng)備份設(shè)備，當(dāng)有線聯(lián)網(wǎng)鏈路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)啟用無線網(wǎng)關(guān)，聯(lián)網(wǎng)鏈路采用350 MHz無線通道，從而實(shí)現(xiàn)地鐵集群通信系統(tǒng)與市公安局中心基站的無線聯(lián)網(wǎng)。無線鏈路作為備份增加了聯(lián)網(wǎng)鏈路的可靠性。

圖2 應(yīng)急射頻接口

5 PDT數(shù)字集群無線通信在地鐵的應(yīng)用

以石家莊市地鐵1號線一期工程為例，其PDT數(shù)字集群無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案如下：

（1）在地鐵公安分局設(shè)核心網(wǎng)交換中心，通過PDT-MPT網(wǎng)關(guān)連接到市公安局二級節(jié)點(diǎn)中心，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

（2）每個(gè)地鐵車站內(nèi)設(shè)集群基站，采用有線聯(lián)網(wǎng)方式接入核心網(wǎng)交換中心，組成相對獨(dú)立的單區(qū)多基站集群通信系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)本車站內(nèi)、各地下車站之間、地上與地下空間的無線指揮調(diào)度。

（3）在地鐵公安分局設(shè)調(diào)度臺，用于日常指揮調(diào)度。

（4）在地鐵公安分局設(shè)網(wǎng)管設(shè)備1套，用于網(wǎng)絡(luò)日常管理和監(jiān)控。

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

（6）地鐵地下空間設(shè)無線信號覆蓋子系統(tǒng)，主要覆蓋站廳、站臺、出入口、區(qū)間隧道、地鐵開發(fā)的商業(yè)區(qū)等。在區(qū)間隧道內(nèi)及站臺采用漏泄同軸電纜輻射方式實(shí)現(xiàn)無線信號覆蓋；在站廳層、人行通道及出入口、地鐵開發(fā)的商業(yè)區(qū)采用小天線覆蓋方式進(jìn)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(jìn)行無線信號覆蓋。組網(wǎng)示意圖見圖3。

圖3 石家莊市地鐵1號線一期工程PDT數(shù)字集群無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

6 結(jié)語

PDT數(shù)字集群系統(tǒng)具有先進(jìn)、開放、融合、安全等優(yōu)點(diǎn)，較好滿足了公安和消防部門等專業(yè)用戶群體的無線通信指揮調(diào)度需求。地鐵內(nèi)采用PDT標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)公安無線通信系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與地面模擬集群的互聯(lián)互通，搭建具有統(tǒng)一指揮調(diào)度能力、協(xié)調(diào)能力和快速反應(yīng)能力的調(diào)度指揮體系，滿足了公安部門日常警務(wù)及應(yīng)急處理突發(fā)事件的需要，為公安部門在地鐵內(nèi)的調(diào)度指揮提供了保障，符合現(xiàn)代警務(wù)機(jī)制的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GA/T 1056-2013警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2013.