鄧俊瓊

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

1 項(xiàng)目背景

為滿足公安機(jī)關(guān)無線通信的數(shù)字化需求，推動(dòng)公安機(jī)關(guān)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(diǎn)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(luò)的重復(fù)建設(shè)投入，互為備份，雙網(wǎng)并行，建設(shè)警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)對(duì)于公安機(jī)關(guān)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(shè)要求

公安部在“十三五”建設(shè)要求中指出：結(jié)合目前的公安工作形勢，當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期的公安無線通信工作要堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，以提升公安機(jī)關(guān)的“四個(gè)能力’和“兩個(gè)水平”為出發(fā)點(diǎn)，緊緊圍繞公安中心工作，適應(yīng)動(dòng)態(tài)化信息化條件下公安工作總要求，堅(jiān)持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分級(jí)管理”的原則，以向數(shù)字化過渡為專網(wǎng)建設(shè)重點(diǎn)，立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn)、突出重點(diǎn)、協(xié)調(diào)發(fā)展、服務(wù)實(shí)戰(zhàn)，進(jìn)一步建設(shè)和完善省、市、縣、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）四級(jí)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(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)有序、高效暢通的公安指揮通信機(jī)制，為各級(jí)公安機(jī)關(guān)提供全方位、全天候、全過程的信息通信安全保障服務(wù)，滿足公安機(jī)關(guān)在處置各類應(yīng)急突發(fā)事件和維護(hù)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(dòng)公安無線通信的長遠(yuǎn)發(fā)展，努力開創(chuàng)無線通信建設(shè)、應(yīng)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(chǔ)設(shè)施主要依托于350兆模擬同播通信網(wǎng)，主要應(yīng)用于警衛(wèi)、交警、消防、日常一線指揮，也作為警務(wù)的指揮網(wǎng)使用，為各項(xiàng)警務(wù)活動(dòng)提供了無線通信保障服務(wù)。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(dòng)中為公安機(jī)關(guān)圓滿完成安保任務(wù)提供了可靠的通信保障。公安無線通信已成為各級(jí)公安機(jī)關(guān)指揮調(diào)度、通信保障中不可或缺的工具，在公安機(jī)關(guān)處理日常警務(wù)、重大警（保）衛(wèi)活動(dòng)、應(yīng)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(xiàng)重大活動(dòng)安全保衛(wèi)、應(yīng)急突發(fā)事件處置、重要人物的安全警衛(wèi)、交通管理、搶險(xiǎn)救災(zāi)以及日常警務(wù)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(wù)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(luò)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(wù)容量不足。

（6）抗干擾能力差。

（7）擴(kuò)展應(yīng)用功能差。

（8）安全保密性差。

（9）應(yīng)急響應(yīng)能力差。

針對(duì)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(shè)計(jì)警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)的信號(hào)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(hào)覆蓋的設(shè)計(jì)

以一個(gè)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(diǎn)；根據(jù)警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，利用無線網(wǎng)絡(luò)仿真軟件ATOLL，對(duì)新建一套警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(jìn)行實(shí)地現(xiàn)場測試，驗(yàn)證仿真效果與實(shí)地測試的差異，合理設(shè)計(jì)基站數(shù)量及基站位置，達(dá)到室外和關(guān)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(luò)。

5.1 仿真軟件及地圖的選取

采用無線網(wǎng)絡(luò)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(píng)估，繪制基站覆蓋范圍。

借助當(dāng)?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(guān)。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(dòng)臺(tái)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(jì)算所得損耗和實(shí)際地形共同決定。上行小區(qū)半徑設(shè)計(jì)應(yīng)保證接收來自小區(qū)邊緣移動(dòng)臺(tái)有用信號(hào)滿足基站要求。

警用數(shù)字集群（簡稱PDT）通信系統(tǒng)是時(shí)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(dòng)臺(tái)接收靈敏度來決定，其上行覆蓋半徑由移動(dòng)臺(tái)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(shè)計(jì)原則為上、下行鏈路平衡，即保證設(shè)計(jì)的上、下行小區(qū)邊界能夠閉合，兩數(shù)值相同。若設(shè)計(jì)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(hào)較強(qiáng)，有可能造成對(duì)鄰近小區(qū)的干擾過大，還有可能使得上行信號(hào)過低影響通信。因此應(yīng)確定各種技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)上下行鏈路平衡的原則計(jì)算鏈路的路徑損耗，進(jìn)一步確定小區(qū)覆蓋范圍。

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

本設(shè)計(jì)采用在國內(nèi)應(yīng)用廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)仿真軟件ATOLL的標(biāo)準(zhǔn)傳播模型“OkumuraHata模型”。Hata-Okumuram模型也是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)建立的模型，該模型提供的數(shù)據(jù)較齊全，應(yīng)用較廣泛，適用于VHF和UHF頻段。該模型的特點(diǎn)是：以準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的場強(qiáng)中值路徑損耗作為基準(zhǔn)，對(duì)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(guān)于該標(biāo)準(zhǔn)傳播模型的描述：

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)的高度為典型值為hr=1.5m時(shí)，按Hata-Okumura模型計(jì)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(zhǔn)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(dòng)臺(tái)天線有效高度（m）；d為移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離（km）；α（hm）為移動(dòng)臺(tái)天線高度因子。

5.2 軟件中無線通信參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)公安部《警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》中“信道設(shè)備基本性能指標(biāo)”要求信道機(jī)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(jī)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(shè)定仿真參數(shù)如下表：

5.3 運(yùn)用Atoll網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件對(duì)本次設(shè)計(jì)規(guī)劃站點(diǎn)做覆蓋仿真效果圖

5.4 機(jī)場、車站、碼頭等重要場所的基站的室內(nèi)分布

機(jī)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(tái)層，主要是機(jī)車行車區(qū)和上下旅客區(qū)。站廳層到站臺(tái)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(jī)場航站樓。站內(nèi)設(shè)置如同地鐵站設(shè)置。旅客應(yīng)等列車停穩(wěn)，安全門自動(dòng)打開后，按照車票上標(biāo)明的站臺(tái)、車廂對(duì)號(hào)上車。車站共有4條股道（含2條正線），位于最底下的站臺(tái)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(shí)匯集在此地，中間?？坎怀^2分鐘。

同時(shí)機(jī)場站也是警保衛(wèi)的重點(diǎn)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(duì)機(jī)場站的站廳層（候車區(qū)）和站臺(tái)層進(jìn)行室內(nèi)無線通信信號(hào)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(tái)層區(qū)域成長方形，站臺(tái)寬度小于30米、長度不大于300米；機(jī)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(qiáng)覆蓋指標(biāo)要求

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

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

邊緣場強(qiáng)覆蓋指標(biāo)：大于-90dBm。

3.4.2 覆蓋設(shè)計(jì)的系統(tǒng)及設(shè)備取值參考

（1）系統(tǒng)工作頻點(diǎn)

（2）設(shè)備發(fā)射功率、接收靈敏度

（3）功分器及耦合器技術(shù)參數(shù)

（4）室內(nèi)及室外天線技術(shù)參數(shù)

（5）射纜及漏泄電纜技術(shù)參數(shù)

（6）路徑損耗及設(shè)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(yīng)及其路徑損耗取值，路徑損耗及設(shè)備取值分析如下：

移動(dòng)終端邊緣場強(qiáng)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(shí)間地點(diǎn)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(shè)計(jì)的可靠性考慮，有效的場強(qiáng)覆蓋面積，應(yīng)使基站至移動(dòng)終端下行與移動(dòng)終端至基站上行的邊緣場強(qiáng)覆蓋電平余量達(dá)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(yù)算主要體現(xiàn)在電波傳播路徑損耗方面。

針對(duì)本工程基站參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整如下：

在滿足邊緣場強(qiáng)覆蓋所需余量的同時(shí)應(yīng)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(luò)仿真軟件ATOLL的標(biāo)準(zhǔn)模型“OkumuraHata模型”和實(shí)際項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)結(jié)果，警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋設(shè)計(jì)達(dá)到建設(shè)目標(biāo)的要求，滿足公安機(jī)關(guān)對(duì)警用數(shù)字集群通信系統(tǒng)的需求。