鄭健智，魏茂林，郭子健

（吉林省公安廳，長春 130000）

1 警用無線寬帶專網(wǎng)

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，公共安全無線通信網(wǎng)絡(luò)正在加速從窄帶技術(shù)向?qū)拵Ъ夹g(shù)、單一語音業(yè)務(wù)向多媒體業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變。公安機關(guān)日常的警務(wù)工作可以借助公網(wǎng)實現(xiàn)通信，但是對于日趨常態(tài)化的重大活動安保以及隨機性很強的應(yīng)急救援、反恐處突等任務(wù)，則更需要無線通信專網(wǎng)的支撐。目前，在公安機關(guān)警務(wù)工作中，按照工作任務(wù)性質(zhì)及使用需求，可劃將公安無線通信劃分為4類：日常語音通信；應(yīng)急語音通信；日常數(shù)據(jù)、視頻通信；應(yīng)急數(shù)據(jù)、視頻通信。上述四類業(yè)務(wù)各有特點，日常語音、數(shù)據(jù)、視頻通信可以更多依托公網(wǎng)來承載。公網(wǎng)的覆蓋好、用戶容量大，終端產(chǎn)品成熟，依托公網(wǎng)承載日常警務(wù)工作是一種性價比較高的方案，但是在重大活動安保及突發(fā)應(yīng)急情況下，公網(wǎng)容易產(chǎn)生擁塞，而且安全性不高。警用數(shù)字集群（PDT）無線窄帶專網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)在重大活動安保及應(yīng)急事件處置中的語音通信保障，但能夠為指揮決策提供重要依據(jù)的數(shù)據(jù)、視頻通信還不能得到充分保障。因此，公安機關(guān)在無線窄帶專網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)一張低成本、廣覆蓋、安全可靠的警用無線寬帶專網(wǎng)非常必要。

2 警用無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的目的及意義

為滿足公安工作中實際需求，在充分利用現(xiàn)有警用頻率資源的前提下，警用無線寬帶專網(wǎng)要在功能和性能上要有三大提升：一是提升空口吞吐率，增加數(shù)據(jù)的傳輸帶寬；二是提升數(shù)據(jù)傳輸處理能力，降低網(wǎng)絡(luò)時延；三是提升組網(wǎng)的靈活性，降低信號補盲的難度。同時還要綜合考慮建設(shè)資金、建設(shè)周期等方面，還有以下一些要求：

（1）低成本：公安專網(wǎng)不以運營為目的，因此，對于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護的成本要求盡可能的低。采用廣覆蓋、大區(qū)制能夠減少站點，降低建網(wǎng)和維護成本；采用小站設(shè)備、中繼技術(shù)，降低深度覆蓋的成本。

（2）廣覆蓋：公安專網(wǎng)要求采用地域覆蓋策略，除了對密集城區(qū)要重點覆蓋以外，對偏遠地區(qū)也要進行有效覆蓋，相應(yīng)的覆蓋面積就要比公網(wǎng)大不少。因此，警用無線寬帶專網(wǎng)需要具備大區(qū)制覆蓋的能力。

（3）安全可靠：公安工作的特殊性決定了對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性、實時性、保密性要求非常高，因此，警用無線寬帶專網(wǎng)需要充分保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性、實時性和保密性。

3 警用無線寬帶專網(wǎng)的構(gòu)建

3.1 技術(shù)路線

警用無線寬帶專網(wǎng)的演進可以參考公網(wǎng)的演進步驟。目前，公網(wǎng)4G 技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且在向5G 過渡。警用數(shù)字集群（PDT）無線窄帶專網(wǎng)可以對標公網(wǎng)的2G 網(wǎng)絡(luò)。針對公安無線寬帶專網(wǎng)的建設(shè)，可以跳過3G，直接利用4G、5G 現(xiàn)有的先進技術(shù)，結(jié)合公安領(lǐng)域的需求特點，定制發(fā)展和搭建符合公安業(yè)務(wù)需求的警用無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)。

目前，不管是運營商的公網(wǎng)還是公安機關(guān)使用的警用數(shù)字集群（PDT）窄帶無線專網(wǎng)，均采用的是蜂窩組網(wǎng)方式，所以參照公網(wǎng)4G、5G 的組網(wǎng)模式，警用無線寬帶專網(wǎng)仍然需要以蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為主，這樣有利于大范圍覆蓋、移動切換和提升系統(tǒng)容量。但是，蜂窩組網(wǎng)方式要求基站架設(shè)在有基礎(chǔ)設(shè)施資源的地方，這樣會導致基站的位置及覆蓋范圍相對固定。然而，有些公安的應(yīng)急任務(wù)，發(fā)生的時間和地點都具有很強的隨機性，并且很可能發(fā)生在信號盲區(qū)，因此，警用無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式需要同時考慮能夠快速將蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信號覆蓋進行延伸的靈活組網(wǎng)能力，可考慮通過多制式的終端實現(xiàn)，即終端同時具備脫網(wǎng)直通、自組成網(wǎng)的能力，當部分終端無法接收到蜂窩基站信號的時候，通過終端的自組成網(wǎng)，將能接收到蜂窩基站信號的終端的信號延伸到信號覆蓋盲區(qū)，快速實現(xiàn)補盲，保證指揮調(diào)度的通暢。

3.2 頻段選擇

目前，公安機關(guān)依據(jù)政策可用的頻段有兩段，分別為1.4 GHz 中的警航頻段（1430 MHz-1438 MHz）中的8 MHz 和340 MHz（336 MHz-344 MHz）的8 MHz 圖傳頻段。另外，部分城市采用公安機關(guān)牽頭建設(shè)通信系統(tǒng)，與其他政府部門共用的方式使用了1.4 GHz 中（1447 MHz-1467 MHz）的20 MHz 頻段。該頻段是歸屬政務(wù)網(wǎng)頻段，實際上并沒有指定分配給公安機關(guān)使用。1.4 GHz 政務(wù)網(wǎng)頻段基站覆蓋距離有限，建設(shè)成本非常高，目前主要用于熱點覆蓋，無法大面積應(yīng)用，對公安實際需求的支撐有限。340 MHz 頻段屬于公共安全部門共同使用，覆蓋性能非常好，但是原有的技術(shù)落后，系統(tǒng)容量受限，網(wǎng)絡(luò)的開放性和技術(shù)的演進性不好，現(xiàn)階段很難再具備實戰(zhàn)能力。該頻段在大部分地區(qū)都沒有被充分利用，長期閑置可能導致部分340 MHz 頻譜資源被其他部門占用，這對于公安部門是很大的損失。因此，依托340 MHz 頻段開展警用無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)更為科學合理。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

警用無線寬帶專網(wǎng)可采用四層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，相比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)三層架構(gòu)，新的網(wǎng)絡(luò)在接入層下面又增加了一層，即臨近接入層（Proximity Service，ProSe）。ProSe 功 能 是 3GPP 在 R12 版 本 中特別針對公共安全部門工作特點新增的鄰近服務(wù)（ProSe）功能，該功能利用D2D 和自組網(wǎng)技術(shù)，能夠支持寬帶終端之間的脫網(wǎng)直通、多跳橋接以及終端自組網(wǎng)等功能，配合蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用，能夠靈活、便捷地延伸蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，即使在沒有基站覆蓋的情況下，也能夠支持終端自組成網(wǎng)，非常適合臨時應(yīng)急場景。

3.3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)介紹

（1）應(yīng)用層：多媒體融合通信應(yīng)用平臺，將無線通信專網(wǎng)、公安信息網(wǎng)資源、視頻專網(wǎng)資源、公網(wǎng)資源等資源融合互通，集成語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，實現(xiàn)跨制式、跨平臺的融合互通，提供跨區(qū)域、跨層級、跨警種通信指揮調(diào)度能力，構(gòu)建上下聯(lián)動、橫向呼應(yīng)、高效運行的一體化指揮體系，為實戰(zhàn)指揮調(diào)度提供技術(shù)支撐。

（2）非接入層：包括核心網(wǎng)和網(wǎng)管。與標準4G LTE 網(wǎng)絡(luò)一樣，核心網(wǎng)主要負責接入控制、數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)、移動性和安全性管理以及無線資源管理等功能，網(wǎng)管主要負責系統(tǒng)配置管理、告警管理和性能管理，也可以增加一些智能網(wǎng)絡(luò)管理功能，如自優(yōu)化、自愈功能等。

（3）蜂窩接入層：包括基站和各種終端。在蜂窩模式下，終端只與基站建立無線連接，進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，終端之間并不能直接通信，支持跨小區(qū)的切換，保證通信的連續(xù)性。

（4）臨近接入層：只包括各種終端。在臨近模式下，終端并不與基站建立無線連接，而只與其他終端建立無線連接，自組網(wǎng)成網(wǎng)，進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。終端自組網(wǎng)能力在應(yīng)急環(huán)境下具有非常重要的作用，不依賴基礎(chǔ)設(shè)施，組網(wǎng)快速，拓撲靈活，適應(yīng)應(yīng)急處突的多種場景。另一方面，當一個處于臨近模式下的終端和一個處于蜂窩模式下的終端背靠背連接起來的時候，就可以形成了一個橋接點，便于蜂窩小區(qū)的覆蓋延伸或者蜂窩小區(qū)的臨時補盲，相比利用固定站進行延伸和補盲，臨近接入層的性價比更高、實戰(zhàn)性更強。

4 主要技術(shù)

警用無線寬帶專網(wǎng)的技術(shù)體制可以參照4G LTE 技術(shù)體制，除了繼承B-TrunC 集群業(yè)務(wù)功能以外，還針對公安上行數(shù)據(jù)流量大、支持脫網(wǎng)直通、多跳橋接以及實時性強等特點，還可以積極引入5G 新技術(shù)進行關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化，從而更好地滿足公安機關(guān)實戰(zhàn)需求，降低建網(wǎng)成本。針對建議引入的5G 技術(shù)，可以考慮如下：

（1）新空口技術(shù)：4G 空口幀結(jié)構(gòu)是固定的，對于吞吐率、時延以及覆蓋距離等需求各不相同業(yè)務(wù)很難同時兼顧，因此5G采用新的波形代替OFDM 波形，構(gòu)建更為靈活的幀結(jié)構(gòu)，從而在空口實現(xiàn)寬、窄帶業(yè)務(wù)波形的統(tǒng)一部署。警用無線寬帶專網(wǎng)采用相應(yīng)的新技術(shù)，為各種業(yè)務(wù)定制靈活的幀結(jié)構(gòu)，提供最優(yōu)的業(yè)務(wù)體驗，兼顧不同用戶對吞吐率和覆蓋距離的需求。

（2）多天線技術(shù)：針對上行提供單用戶MIMO （SU-MIMO），和多用戶虛擬MIMO （MU-MIMO）技術(shù)，提升上行頻譜效率，吞吐率翻倍增長，以適應(yīng)視頻上拉等公安專網(wǎng)常用業(yè)務(wù)需求。

（3）Device-2-Device （D2D）技術(shù)：3GPP R13是針對公共安全應(yīng)用提出了對等業(yè)務(wù)（ProSe），D2D 是ProSe 業(yè)務(wù)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。D2D 技術(shù)能夠為公安機關(guān)提供更加靈活的組網(wǎng)能力，拓展基站的覆蓋范圍，在無基站或者基站不能正常工作的情況下，為終端設(shè)備提供脫網(wǎng)直通、脫網(wǎng)自組網(wǎng)工作的能力。警用無線寬帶專網(wǎng)可以繼承PDT 脫網(wǎng)直通能力，在D2D 技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供寬帶D2D、自組網(wǎng)的功能，增強了組網(wǎng)的靈活性，降低了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的成本。

（4）大功率終端（High Power User Equipment，HPUE）技術(shù)：突破3GPP 對終端功率的限制，通過提升終端功率以及系統(tǒng)功率控制機制，提升上行覆蓋距離和吞吐率。

（5）動態(tài)幀結(jié)構(gòu)技術(shù)：根據(jù)實際需求，靈活配置上、下行幀配比，動態(tài)配置新的幀結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)容量，網(wǎng)絡(luò)更加智能化。

公網(wǎng)4G 技術(shù)體制更多地還是在適應(yīng)公網(wǎng)應(yīng)用需求，除了基礎(chǔ)的OFDM-MIMO 技術(shù)以外，很多功能并不太適用于警用無線寬帶專網(wǎng)的應(yīng)用需求，或者說并不是最優(yōu)的方案。另一方面，由于要兼容2G、3G 等系統(tǒng)，公網(wǎng)4G 標準和體制也非常復(fù)雜和臃腫，導致終端芯片門檻較高，不利于公安專網(wǎng)終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

警用無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)充分繼承4G 現(xiàn)有的技術(shù)，但是根據(jù)公安工作的特點，對現(xiàn)有4G 技術(shù)體制進行簡化，同時引入5G 新技術(shù)和其他創(chuàng)新技術(shù)，為公安機關(guān)打造“量身定做”的無線寬帶專網(wǎng)。

5 結(jié)束語

面對日益復(fù)雜的公共安全形勢，公安機關(guān)需要建設(shè)自己的無線專網(wǎng)，保證在各種環(huán)境下提供保底的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的支撐。近年來，在公安部的統(tǒng)一組織與部署下，警用數(shù)字集群（PDT）無線窄帶專網(wǎng)已經(jīng)建設(shè)成為全國乃至全世界最大的無線通信專網(wǎng)，實現(xiàn)了絕大部分省、市的全國聯(lián)網(wǎng)，并且這張窄帶專網(wǎng)還將在較長時間內(nèi)持續(xù)服務(wù)于公安工作。同時，公安工作中對無線寬帶專網(wǎng)的需求日益迫切，面臨1.4 GHz 高頻段基站建網(wǎng)成本過高，簡單的套用公網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)方式無法完全滿足公安業(yè)務(wù)需求等問題，警用寬帶通信專網(wǎng)建設(shè)需要立足于公安業(yè)務(wù)特點，充分利用4G、5G 的先進技術(shù)，加快重耕公安340 MHz 頻譜資源，結(jié)合現(xiàn)有的警用數(shù)字集群（PDT）無線窄帶專網(wǎng)實現(xiàn)寬、窄帶融合。同時，警用寬帶通信專網(wǎng)建設(shè)還應(yīng)利用公網(wǎng)的覆蓋優(yōu)勢，實現(xiàn)公網(wǎng)與專網(wǎng)融合，共同支撐公安的日常工作、大型活動安保和應(yīng)急處突的通信保障。