警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)（PDT）系統(tǒng)網(wǎng)絡覆蓋設計

鄧俊瓊

（中國聯(lián)通海南省分公司 系統(tǒng)集成公司，?？?570228）

1 項目背景

為滿足公安機關無線通信的數(shù)字化需求，推動公安機關無線通信模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)的平滑過渡，解決警用無線通信加密問題和重點地區(qū)頻率緊張等問題。在模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)平滑過渡期間，確保模擬同播系統(tǒng)與PDT數(shù)字集群系統(tǒng)的資源共享，減少網(wǎng)絡的重復建設投入，互為備份，雙網(wǎng)并行，建設警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)對于公安機關在日常的通信指揮、調(diào)度工作中具有十分重要的意義。

2 警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)“十三五”建設要求

公安部在“十三五”建設要求中指出：結(jié)合目前的公安工作形勢，當前和今后一個時期的公安無線通信工作要堅持以科學發(fā)展觀為統(tǒng)領，以提升公安機關的“四個能力’和“兩個水平”為出發(fā)點，緊緊圍繞公安中心工作，適應動態(tài)化信息化條件下公安工作總要求，堅持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、分級管理”的原則，以向數(shù)字化過渡為專網(wǎng)建設重點，立足當前、著眼長遠、突出重點、協(xié)調(diào)發(fā)展、服務實戰(zhàn)，進一步建設和完善省、市、縣、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）四級指揮通信系統(tǒng)和現(xiàn)場通信保障手段，建立健全安全可靠、反應靈敏、協(xié)調(diào)有序、高效暢通的公安指揮通信機制，為各級公安機關提供全方位、全天候、全過程的信息通信安全保障服務，滿足公安機關在處置各類應急突發(fā)事件和維護穩(wěn)定、打擊犯罪、反恐處突等方面指揮調(diào)度通信的需要。因地制宜、開拓創(chuàng)新，推動公安無線通信的長遠發(fā)展，努力開創(chuàng)無線通信建設、應用、管理的新局面。

3 警用350兆無線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

原有350兆無線通信系統(tǒng)基礎設施主要依托于350兆模擬同播通信網(wǎng)，主要應用于警衛(wèi)、交警、消防、日常一線指揮，也作為警務的指揮網(wǎng)使用，為各項警務活動提供了無線通信保障服務。該系統(tǒng)不僅在治安巡防、交通管理等日常工作中發(fā)揮重要作用，更是在大型警衛(wèi)保衛(wèi)活動中為公安機關圓滿完成安保任務提供了可靠的通信保障。公安無線通信已成為各級公安機關指揮調(diào)度、通信保障中不可或缺的工具，在公安機關處理日常警務、重大警（保）衛(wèi)活動、應急處突中發(fā)揮了不可替代的作用。

4 警用350兆模擬同播通信網(wǎng)存在的問題

目前的350兆警用無線同頻同播通信系統(tǒng)；該模擬通信系統(tǒng)在公安的各項重大活動安全保衛(wèi)、應急突發(fā)事件處置、重要人物的安全警衛(wèi)、交通管理、搶險救災以及日常警務工作中發(fā)揮了重要的作用，隨著公安維穩(wěn)處突工作任務日益加重，現(xiàn)有模擬系統(tǒng)逐漸暴露出以下問題：

（1）原有網(wǎng)絡老化。

（2）信息化發(fā)展要求。

（3）頻率資源緊缺。

（4）無線覆蓋不足。

（5）話務容量不足。

（6）抗干擾能力差。

（7）擴展應用功能差。

（8）安全保密性差。

（9）應急響應能力差。

針對以上存在的問題，新一代的警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)可以解決存在的問題，為此，如何設計警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)的信號覆蓋就顯得尤為重要。

5 警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)信號覆蓋的設計

以一個300萬人口規(guī)模的城市，面積150平方公里，中小型規(guī)模的城市，結(jié)合原有城區(qū)的地形地貌特點；根據(jù)警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)的建設目標，利用無線網(wǎng)絡仿真軟件ATOLL，對新建一套警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)網(wǎng)絡進行計算機仿真作業(yè)，制作仿真覆蓋效果，確定原有基站數(shù)量以及基站位置，然后選擇典型基站進行實地現(xiàn)場測試，驗證仿真效果與實地測試的差異，合理設計基站數(shù)量及基站位置，達到室外和關鍵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋率95%的警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)網(wǎng)絡。

5.1 仿真軟件及地圖的選取

采用無線網(wǎng)絡仿真軟件ATOLL用于350兆無線電模擬仿真和無線電系統(tǒng)性能評估，繪制基站覆蓋范圍。

借助當?shù)乜捎玫慕?jīng)緯度、地形海拔數(shù)據(jù)，仿真軟件可生成灰白色系的X光照、彩色系的虛擬區(qū)域地圖，供仿真使用。仿真背景圖可與其它掃描的地圖、衛(wèi)星拍攝的圖片等疊加合成，以便更直觀的觀察仿真繪圖區(qū)域。

基站小區(qū)覆蓋半徑與發(fā)射功率和無線傳播損耗密切相關。除傳播外，建筑物所引起的陰影損耗，高建筑物的反射，天線、基站和移動臺的高度以及道路、樹木都將影響路徑損耗的中值和偏差，因而小區(qū)覆蓋半徑由計算所得損耗和實際地形共同決定。上行小區(qū)半徑設計應保證接收來自小區(qū)邊緣移動臺有用信號滿足基站要求。

警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)是時分多址通信系統(tǒng)，其下行覆蓋半徑由基站發(fā)射功率以及移動臺接收靈敏度來決定，其上行覆蓋半徑由移動臺發(fā)射功率和基站接收靈敏度來決定。

基站小區(qū)覆蓋半徑設計原則為上、下行鏈路平衡，即保證設計的上、下行小區(qū)邊界能夠閉合，兩數(shù)值相同。若設計的下行鏈路小區(qū)覆蓋半徑較大，則在小區(qū)邊緣下行信號較強，有可能造成對鄰近小區(qū)的干擾過大，還有可能使得上行信號過低影響通信。因此應確定各種技術指標，根據(jù)上下行鏈路平衡的原則計算鏈路的路徑損耗，進一步確定小區(qū)覆蓋范圍。

在確定相關參數(shù)后，測算出從基站到手機的最大允許的路徑損耗，再參照合適的模型計算出基站的覆蓋范圍。

本設計采用在國內(nèi)應用廣泛的無線網(wǎng)絡仿真軟件ATOLL的標準傳播模型“OkumuraHata模型”。Hata-Okumuram模型也是根據(jù)實測數(shù)據(jù)建立的模型，該模型提供的數(shù)據(jù)較齊全，應用較廣泛，適用于VHF和UHF頻段。該模型的特點是：以準平坦地形大城市地區(qū)的場強中值路徑損耗作為基準，對不同的傳播環(huán)境和地形條件等因素用校正因子加以修正。適用于150MHz-1920MHz，距離1～100km，天線高度30～1000m的范圍，以下是關于該標準傳播模型的描述：

當移動臺的高度為典型值為hr=1.5m時，按Hata-Okumura模型計算路徑損耗的公式為：

Lb=69.55+26.16lgf-13.82lghb-α（hm）+（44.9-6.55lghb）lgd[1]

式中，Lb為市區(qū)準平滑地形電波傳播損耗中值（dB）；f為工作頻率（MHz）；hb為基站天線有效高度（m）；hm為移動臺天線有效高度（m）；d為移動臺與基站之間的距離（km）；α（hm）為移動臺天線高度因子。

5.2 軟件中無線通信參數(shù)的設置

根據(jù)公安部《警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)總體技術規(guī)范》中“信道設備基本性能指標”要求信道機每載頻最大輸出功率50W，本次PDT測試基站輸出功率定為50W，PDT數(shù)字手持機功率3W，測試頻率為362.525/352.525MHz。

根據(jù)公安無線專網(wǎng)的普遍情況，設定仿真參數(shù)如下表：

5.3 運用Atoll網(wǎng)絡規(guī)劃軟件對本次設計規(guī)劃站點做覆蓋仿真效果圖

5.4 機場、車站、碼頭等重要場所的基站的室內(nèi)分布

機場、車站、碼頭等重要場所，場所大部分都屬地下車站，分地下兩層，地下一層為站廳層（候車區(qū)），與換乘通道連通；地下二層為站臺層，主要是機車行車區(qū)和上下旅客區(qū)。站廳層到站臺層由步梯和電梯相聯(lián)通。與站廳層相連接的換乘通道，部分通道的另一端是機場航站樓。站內(nèi)設置如同地鐵站設置。旅客應等列車停穩(wěn)，安全門自動打開后，按照車票上標明的站臺、車廂對號上車。車站共有4條股道（含2條正線），位于最底下的站臺層，中間兩條股道為主車道，南北兩端的兩條股道為到車道，4部火車可同時匯集在此地，中間?？坎怀^2分鐘。

同時機場站也是警保衛(wèi)的重點區(qū)域，不管是“五一”、“十一”黃金周都是人流密集以及安保的重要交通場所，故本次采用一套室內(nèi)固定基站對機場站的站廳層（候車區(qū)）和站臺層進行室內(nèi)無線通信信號覆蓋。

覆蓋區(qū)域現(xiàn)狀：站廳層（候車區(qū)）區(qū)域成方形，長、寬不大于50米；

島式車站站臺層區(qū)域成長方形，站臺寬度小于30米、長度不大于300米；機場與站廳層相連接的換乘通道全長320米，寬度不大于30米。故本次考慮采用板狀天線覆蓋。

3.4.1 場強覆蓋指標要求

信噪比：在場強覆蓋區(qū)內(nèi)，無線接收機音頻輸出端的信號噪聲比不小于20dB。

可靠性：在滿足信噪比的要求下，場強覆蓋的地點、時間可靠概率在覆蓋區(qū)段不小于95%。

邊緣場強覆蓋指標：大于-90dBm。

3.4.2 覆蓋設計的系統(tǒng)及設備取值參考

（1）系統(tǒng)工作頻點

（2）設備發(fā)射功率、接收靈敏度

（3）功分器及耦合器技術參數(shù)

（4）室內(nèi)及室外天線技術參數(shù)

（5）射纜及漏泄電纜技術參數(shù)

（6）路徑損耗及設備取值

要充分考慮無線電波傳播涉及到極化、穿透、反射效應及其路徑損耗取值，路徑損耗及設備取值分析如下：

移動終端邊緣場強最小接收電平=-103+5+2+6=-90dB

因此：在滿足噪聲比和可靠性（覆蓋區(qū)時間地點覆蓋概率為95%）的要求下，最小接收電平取以下參數(shù)：

從覆蓋設計的可靠性考慮，有效的場強覆蓋面積，應使基站至移動終端下行與移動終端至基站上行的邊緣場強覆蓋電平余量達致平衡。

由于上、下行通道電纜路徑損耗參數(shù)基本相同，所以上、下行通道鏈路預算主要體現(xiàn)在電波傳播路徑損耗方面。

針對本工程基站參數(shù)的設定和調(diào)整如下：

在滿足邊緣場強覆蓋所需余量的同時應兼顧滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生要求：室內(nèi)天線端口功率要求≤10dBm。

結(jié)束語：通過使用無線網(wǎng)絡仿真軟件ATOLL的標準模型“OkumuraHata模型”和實際項目中的設計結(jié)果，警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)的信號覆蓋設計達到建設目標的要求，滿足公安機關對警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)的需求。