袁躍文，劉 昱，吳 雙，魯志兵，劉 棣

（1.成都市公安局錦江區(qū)分局，四川 成都 610011；2.海能達(dá)通信股份有限公司，廣東 深圳 518057）

在公共安全的安保、巡防、執(zhí)勤中，復(fù)雜環(huán)境一般指具有交通流動(dòng)性大、突發(fā)事件多，電磁環(huán)境復(fù)雜、無線網(wǎng)絡(luò)干擾大，人流量密集、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大等特點(diǎn)的場景。PDT作為公安最重要的無線通信網(wǎng)絡(luò)，如今已經(jīng)在全國大范圍應(yīng)用，而在PDT的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用也一直是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，尤其是在車站、商圈等重點(diǎn)防治區(qū)域，其現(xiàn)場環(huán)境極為復(fù)雜、而且具有持續(xù)性，因此對于配套的無線通信網(wǎng)絡(luò)要求最高。為了確保這類場景的網(wǎng)絡(luò)效果，PDT一般在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、頻率設(shè)置、信號(hào)優(yōu)化上需要額外做出努力[1]。

對于寬帶無線通信而言，復(fù)雜環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)會(huì)更大：寬帶無線通信因同時(shí)占用的載波資源較多，一般采用同頻組網(wǎng)方式，小區(qū)間組網(wǎng)更為復(fù)雜，也更容易受到外部電磁干擾影響。尤其是340 MHz頻段，其低頻段特質(zhì)能夠給公安帶來大覆蓋、低成本的優(yōu)勢，但是同時(shí)也帶來了越區(qū)覆蓋、同頻干擾、非標(biāo)帶寬等新的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)只通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化等基礎(chǔ)手段無法解決，必須從無線通信的關(guān)鍵、核心技術(shù)層面進(jìn)行創(chuàng)新，以構(gòu)建新型的340 MHz無線寬帶專網(wǎng)，才能真正解決復(fù)雜環(huán)境下公安寬帶無線通信對網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、穩(wěn)定性等多方面的需求。

1 公安340 MHz無線寬帶通信系統(tǒng)需求

1.1 復(fù)雜場景面臨的挑戰(zhàn)

成都市公安局錦江區(qū)分局所轄春熙路太古里商圈，是典型的公安復(fù)雜環(huán)境代表。針對該商圈的日常治安和應(yīng)急處置工作，其面臨的主要挑戰(zhàn)是存在常態(tài)監(jiān)控不足、圖像應(yīng)用少，且應(yīng)急狀態(tài)下圖像傳輸受外界因素影響較大等問題。一是天網(wǎng)監(jiān)控不足，但卻無法任意破土增加監(jiān)控點(diǎn)位的問題；二是固定點(diǎn)位監(jiān)控傳輸以及公網(wǎng)視頻傳輸存在數(shù)據(jù)量大、流量費(fèi)高等問題；三是采用公網(wǎng)4G/5G視頻監(jiān)控手段也面臨商圈人流量過多，公共網(wǎng)絡(luò)擁塞問題；四是公網(wǎng)等方式無法完全隔離網(wǎng)絡(luò)入侵，在發(fā)生一些重大社會(huì)事件時(shí)，可能會(huì)給犯罪分子可乘之機(jī)。

針對這類熱點(diǎn)區(qū)域，建設(shè)公安寬帶無線通信專網(wǎng)顯得更為迫切和可行：一方面，專網(wǎng)無線寬帶能夠帶來更穩(wěn)定易用、更安全可靠的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)收益明確；另一方面，熱點(diǎn)區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域相對較小，如果再采用340 MHz低頻段建網(wǎng)，投資成本將會(huì)更低，性價(jià)比較高，更容易落地實(shí)施。

1.2 340 MHz頻率應(yīng)用現(xiàn)狀

340 MHz（336～344 MHz）頻段是公安可以優(yōu)先使用的應(yīng)急圖傳頻段（見GA 962-2011公安專用無線視音頻傳輸系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范），部分地市基于該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過應(yīng)急圖傳網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。該技術(shù)規(guī)范基于C-OFDM技術(shù)體制，由于技術(shù)體制較早，頻譜效率較低，早期圖傳系統(tǒng)的視頻回傳容量非常有限，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前公安、應(yīng)急等領(lǐng)域日益豐富的實(shí)戰(zhàn)需求。加之到現(xiàn)在，建設(shè)時(shí)間普遍較長，維護(hù)難度較大，早期的340 MHz圖傳系統(tǒng)使用頻次越來越低，公安部于2017年底廢止了GA962-2011標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的336～344 MHz無線圖傳頻譜資源基本處于閑置狀態(tài)。在廢除原有標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，工業(yè)和信息化部同時(shí)也更新了這一段頻譜的使用規(guī)定，在336～344 MHz圖傳頻段上允許基站大功率發(fā)射，為采用新技術(shù)重耕這段頻段奠定了政策基礎(chǔ)。

340 MHz頻段的覆蓋性能非常好，比較適合公安以低成本投入來快速建設(shè)大覆蓋網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合太古里商圈這類復(fù)雜環(huán)境的公安實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)需求，自主創(chuàng)新，重耕340 MHz頻譜資源，建設(shè)一張新型的340 MHz無線寬帶專網(wǎng)，以視頻傳輸為主，輔以部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不僅能夠解決類似復(fù)雜環(huán)境的實(shí)戰(zhàn)需求，同時(shí)也為公安部門未來全國性寬帶化、智能化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1.3 新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)的需求分析

如上所述，新型的340 MHz公安無線寬帶專網(wǎng)需要解決復(fù)雜環(huán)境下公安業(yè)務(wù)面臨的各種需求和挑戰(zhàn)，同時(shí)也要作為當(dāng)前以及未來公安部門日常和應(yīng)急業(yè)務(wù)的發(fā)展基礎(chǔ)，必須結(jié)合公安實(shí)戰(zhàn)的要求和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，統(tǒng)籌考慮以下一些具體的要求。

（1）技術(shù)體制。技術(shù)體制的選擇是重耕340 MHz頻譜的關(guān)鍵，至少要涵蓋三個(gè)方面的考慮：技術(shù)本身要具備一定的先進(jìn)性和可持續(xù)演進(jìn)的能力；配套該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈要相對成熟；作為給公安行業(yè)提供應(yīng)用支撐的技術(shù)，必須考慮自主可控和安全可靠。

（2）功能需求。無線網(wǎng)絡(luò)的核心指標(biāo)是連接和傳輸，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)作為承載公共安全視頻業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，這兩個(gè)指標(biāo)上和公網(wǎng)有較大的不同。一方面，公網(wǎng)業(yè)務(wù)以下載為主，而對公安業(yè)務(wù)來說，更多地需要將關(guān)鍵區(qū)域、現(xiàn)場的視頻信息回傳，因此在傳輸能力上要以上傳為主；另一方面，公網(wǎng)希望在網(wǎng)用戶越多越好，而公安專網(wǎng)的在網(wǎng)用戶是相對固定的，但是必須確保這些用戶有足夠的網(wǎng)絡(luò)資源可用，尤其是關(guān)鍵用戶在關(guān)鍵時(shí)刻的無線資源保障。所以，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)要重點(diǎn)考慮增強(qiáng)上行回傳能力，以及無線資源調(diào)度的策略貼合實(shí)戰(zhàn)。

（3）組網(wǎng)模式。340 MHz本身頻率較低，無線組網(wǎng)越區(qū)覆蓋可能會(huì)比較嚴(yán)重。另外，低頻段本身也更容易被外部信號(hào)干擾，而公安業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求非常高，因此新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)需要從空口組網(wǎng)技術(shù)方面進(jìn)行更多考慮。

（4）安全挑戰(zhàn)。作為關(guān)鍵視頻的承載網(wǎng)絡(luò)，公安對于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸有較高的安全保密要求，因此要考慮在入網(wǎng)的鑒權(quán)、業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐暾院图用?、信源加密等方面都要進(jìn)行考慮。

2 新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)方案

2.1 總體考慮

基于新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用場景和演進(jìn)需求分析，以下將從技術(shù)體制、組網(wǎng)模式、主要功能等幾個(gè)方面進(jìn)行總體考慮。

2.1.1 技術(shù)體制建議

原有的340 MHz無線圖傳系統(tǒng)采用COFDM技術(shù)，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈相對較為薄弱，系統(tǒng)也相對封閉。這導(dǎo)致原有340 MHz無線圖傳系統(tǒng)的技術(shù)演進(jìn)相對遲緩，很難滿足公安實(shí)戰(zhàn)的需求。新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)要綜合上述考慮，4G TD-LTE和5G NR都具備參考條件。

考慮到標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE技術(shù)規(guī)范主要還是針對公網(wǎng)應(yīng)用場景設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，在頻譜資源、業(yè)務(wù)需求、應(yīng)用場景以及安全、可靠等方面與公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用需求存在一定的差距，如果直接套用TD-LTE技術(shù)規(guī)范，很難獲得較好的實(shí)戰(zhàn)效果。因此，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)是在TD-LTE規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對公安實(shí)戰(zhàn)需求，融合5G等新技術(shù)進(jìn)行自主創(chuàng)新，從而兼顧產(chǎn)業(yè)資源、實(shí)戰(zhàn)性能以及投資等多方面的考慮。

2.1.2 組網(wǎng)模式建議

340 MHz頻段總計(jì)只有8 MHz頻譜，因此只能采用基于TD-LTE制式的蜂窩組網(wǎng)模式。原先的340 MHz無線圖傳系統(tǒng)由于受到頻譜使用方式的限制，只能采用點(diǎn)對點(diǎn)的組網(wǎng)方式，基站只能收，無法大功率發(fā)送，因此系統(tǒng)傳輸容量會(huì)受到較為明顯的限制。新的頻譜使用方式允許基站大功率發(fā)送，因此新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)采用蜂窩模式進(jìn)行組網(wǎng)，通過切換、漫游技術(shù)能夠保證多小區(qū)的廣覆蓋能力，通過小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)來降低小區(qū)間的干擾影響，同時(shí)每個(gè)小區(qū)的容量相對獨(dú)立，從而也可以保證整個(gè)系統(tǒng)的容量不會(huì)受到明顯的限制。

2.1.3 主要功能和性能

TD-LTE本身已經(jīng)被大規(guī)模成熟應(yīng)用，一些已經(jīng)被實(shí)踐過的先進(jìn)技術(shù)可在340 MHz網(wǎng)絡(luò)中是可以繼續(xù)沿用的，比如，OFDM的波形、多天線技術(shù)、AMC、HARQ等。

但是TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)主要考慮的也是針對公網(wǎng)的應(yīng)用模式，其上行傳輸能力明顯低于下行，在340 MHz無線寬帶專網(wǎng)中需要進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，比如，引入5G NR中的上行增強(qiáng)特性，重新定義終端功率等級，調(diào)整TD-LTE的上下行配比方式為更多上行等，以提升340 MHz無線寬帶專網(wǎng)的上行傳輸能力，讓其遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)下行傳輸能力。

同時(shí)，在組網(wǎng)方面，340 MHz的TDD網(wǎng)絡(luò)會(huì)比已經(jīng)商用的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜，常規(guī)的SFR較難完全優(yōu)化好組網(wǎng)性能，必須綜合考慮頻率、業(yè)務(wù)甚至小區(qū)間聯(lián)合的增強(qiáng)ICIC方式，才能打造好一張高性能340 MHz網(wǎng)絡(luò)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

為滿足復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用需求，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)在空口技術(shù)方面需要做出一些貼合實(shí)戰(zhàn)的技術(shù)創(chuàng)新，比如，在無線鏈路的上行增強(qiáng)，低頻段的同頻組網(wǎng)抗干擾，基于角色保障的高質(zhì)量業(yè)務(wù)調(diào)度，基于感知的網(wǎng)絡(luò)自休眠，等等。通過技術(shù)創(chuàng)新更好發(fā)揮340 MHz頻率在公安實(shí)戰(zhàn)中的作用，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)才能夠持續(xù)發(fā)展演進(jìn)。

2.2.1 調(diào)制技術(shù)

4G LT E下行采用OF DM A，上行則采用S CFDMA調(diào)制。上行采用單載波調(diào)制模式的主要目的是為了降低終端的功耗，延長終端待機(jī)時(shí)間，但同時(shí)也犧牲了無線鏈路的性能。相比SC-FDMA單載波調(diào)制模式，OFDMA是多載波調(diào)制模式，抗多徑衰落的能力更強(qiáng)。在一般的衰落信道下，OFDM A有3 dB的增益，在移動(dòng)環(huán)境下，OFDMA有近5 dB的增益，在M I MO模式下，增益進(jìn)一步擴(kuò)大到6.5 dB，性能仿真如圖1所示。

圖1 OFDMA和SC-FDMA的性能對比

考慮到公安視頻業(yè)務(wù)主要以上行回傳為主，對上行鏈路增強(qiáng)的需求較為強(qiáng)烈，而且需要舉報(bào)抵抗窄帶干擾的能力，因此新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)空口上行鏈路可以采用OFDMA或者SC-FDMA兩種調(diào)制模式，根據(jù)具體情況可以靈活選擇不同的調(diào)制模式。一般模式下，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)的上行應(yīng)該優(yōu)先選擇OFDMA調(diào)制模式，能夠顯著提升上行的平均吞吐率。

2.2.2 靈活幀結(jié)構(gòu)技術(shù)

靈活的上、下行幀結(jié)構(gòu)配比是TDD系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)勢，能夠根據(jù)應(yīng)用場景的實(shí)際需求，靈活地對上、下行吞吐率進(jìn)行配置，標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE上行子幀最大的占比為60%。為了進(jìn)一步增加上行子幀的占比，從而提升回傳容量，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)參考5G NR增加了大上行配比方式，如圖2所示，上行子幀占用80%資源。除了靈活的幀結(jié)構(gòu)，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)在資源調(diào)度上還進(jìn)行了針對性優(yōu)化，確保在保障優(yōu)先級的同時(shí)達(dá)到頻譜利用率最大化[2]。

圖2 配比0子幀結(jié)構(gòu)

2.2.3 高功率終端技術(shù)

在LTE技術(shù)的蜂窩制式網(wǎng)絡(luò)中，下行基站的發(fā)射功率可達(dá)40 W，但上行發(fā)射功率受限于終端體積和功耗，往往不會(huì)太大，標(biāo)準(zhǔn)的終端最大上行發(fā)射功率僅23（dBm）。在滿足工業(yè)和信息化部發(fā)射功率規(guī)定的情況下，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)可以借助增加終端的功率，特別是車載臺(tái)（可達(dá)10 W發(fā)射功率）、背負(fù)臺(tái)的功率，來提升回傳的容量以及小區(qū)的覆蓋范圍，對干擾也有一定的抵抗作用，與4G及5G公網(wǎng)技術(shù)相比，上行覆蓋具有明顯優(yōu)勢，從而可以大幅度降低建網(wǎng)成本[3]。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)靜默技術(shù)

336～344 MHz頻段緊鄰航空信標(biāo)（328.6～335.4 MHz）和衛(wèi)星空地通信（344～351 MHz）頻段，為避免340 MHz頻段對鄰近頻段的干擾，在頻率使用上規(guī)定只允許低功率終端發(fā)射，大功率系統(tǒng)只收不發(fā)。雖然在實(shí)際使用中沒有強(qiáng)制執(zhí)行該要求，但是從網(wǎng)絡(luò)安全的角度還是應(yīng)該作為一個(gè)非常關(guān)鍵的要求進(jìn)行考慮。一方面在系統(tǒng)設(shè)備研制時(shí)要有嚴(yán)格的帶外指標(biāo)，另一方面在組網(wǎng)時(shí)要進(jìn)行合理規(guī)劃、確保站點(diǎn)與航空信標(biāo)、衛(wèi)星地面站的空間距離，同時(shí)最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該支持靜默，即在日常沒有業(yè)務(wù)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該處于不發(fā)射狀態(tài)，只有在應(yīng)急救援時(shí)刻有回傳業(yè)務(wù)請求時(shí)才啟動(dòng)正常收發(fā)。

系統(tǒng)靜默狀態(tài)可以由網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)強(qiáng)制配置開啟或關(guān)閉，也可以由系統(tǒng)自身基于業(yè)務(wù)情況監(jiān)測來自動(dòng)觸發(fā)，流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)轉(zhuǎn)靜默流程

2.3 技術(shù)方案優(yōu)勢總結(jié)

新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)延用了大部分TD-LTE的關(guān)鍵技術(shù)，繼承了TD-LTE系統(tǒng)成熟、先進(jìn)的功能和優(yōu)異的性能，在此基礎(chǔ)上，針對公安實(shí)戰(zhàn)的要求，利用5G的先進(jìn)技術(shù)，自主創(chuàng)新，相比原有的340 MHz圖傳技術(shù)、公網(wǎng)4G圖傳技術(shù)，在如下方面具有明顯的優(yōu)勢：

⊙上行回傳鏈路的性能和容量得到了顯著增強(qiáng)，能夠支持更大容量、更高質(zhì)量的無線寬帶專網(wǎng)需求；

⊙單站覆蓋范圍顯著提升，極大限度地減少了廣覆蓋組網(wǎng)的成本；

⊙充分考慮了340 MHz頻率的特殊性，可以更安全、更有效地使用該頻率。

3 新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)應(yīng)用效果及演進(jìn)考慮

為驗(yàn)證新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用效果，錦江分局初步建設(shè)了1套新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)基站，實(shí)現(xiàn)部分街區(qū)覆蓋。在該網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)日常巡防需要，部署了2路無線固定高清監(jiān)控和2個(gè)機(jī)動(dòng)高清監(jiān)控火力點(diǎn)，從實(shí)戰(zhàn)效果看，固定無線監(jiān)控點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)與有線固定監(jiān)控幾乎同等高清實(shí)時(shí)視頻回傳，機(jī)動(dòng)火力點(diǎn)可按需移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)位，并同步提供高清實(shí)時(shí)視頻回傳，極大地提升了執(zhí)勤效率，較好地保障了該區(qū)域日常治安、巡邏需求。

從初步驗(yàn)證看，新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)能夠在復(fù)雜環(huán)境中提供較穩(wěn)定、可靠的大容量上行回傳業(yè)務(wù)，接下來需要進(jìn)一步驗(yàn)證規(guī)模性組網(wǎng)性能。同時(shí)，基于新型340 MHz無線寬帶專網(wǎng)管道，計(jì)劃進(jìn)一步考慮增強(qiáng)圖像業(yè)務(wù)的應(yīng)用，包括：

（1）結(jié)合錦江分局已建的人臉識(shí)別平臺(tái)，將春熙路太古里商圈現(xiàn)場視頻通過340 MHz無線寬帶專網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳到圖綜和人臉識(shí)別系統(tǒng)；人臉識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析春熙路商圈部署的移動(dòng)視頻，通過分析視頻流、抓拍人臉數(shù)據(jù)，幫助錦江區(qū)公安分局更好地維持春熙路商圈的治安工作。

（2）研究340 MHz業(yè)務(wù)融合技術(shù)，重點(diǎn)研究340 MHz網(wǎng)絡(luò)本身與指揮調(diào)度系統(tǒng)的融合，通過指揮調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)?40 MHz圖像統(tǒng)一、無差異地呈現(xiàn)在指揮調(diào)度大屏上，通過指揮調(diào)度系統(tǒng)能夠使340 MHz系統(tǒng)與公安現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)業(yè)務(wù)的互通，從而實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理和調(diào)度，提升公安應(yīng)急指揮的實(shí)戰(zhàn)能力[4]。

在太古里商圈實(shí)現(xiàn)完整的340 MHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，上述圖像業(yè)務(wù)應(yīng)用的落地，能夠?qū)崿F(xiàn)固移、公專有效融合，必將極大地提升警務(wù)人員治安巡防效率及應(yīng)急處突能力。未來，該模式也可以為全國其他城市大型商圈或其他復(fù)雜環(huán)境下的寬帶專網(wǎng)建設(shè)提供參考，進(jìn)行更多試點(diǎn)推廣?！?/p>