浅谈公共保护和救灾中TD—LTE专网的业务应用及要求

方伟杰

【摘要】 随着信息技术的发展，公共安全领域的指挥调度已不满足于简单的语音通信，以大带宽、高速率、全IP为突出特点的具有中国自有知识产权的TD-LTE宽带集群技术为我们提供了丰富的语音、视频和数据多种业务的应用平台。如果能进一步完善系统性能，基于TD-LTE多媒体集群技术应用将成为公共保护和救灾（PPDR）中无线通信发展的必然趋势。

【关键词】 TD-LTE 多媒体指挥调度

一、引言

2012年8月，全国公共保护和救灾（PPDR）通信技术研究会在海南省海口市召开，作为公共保护和救灾中的主要力量，公安部相关职能部门也参加了此次研究会。在会上工信部无管局、公安部科信局等单位主要领导、业内专家对建设PPDR无线宽带集群专网达成了共识，也明确了PPDR在无线宽带集群在技术上、应用上的发展是提高公共保护和救灾能力的必然趋势和要求。本文将简单介绍一下笔者对公共保护和救灾中TD-LTE专网的业务应用及要求方面的认识。

上海公安目前广泛使用的是350兆TETRA数字集群系统，该系统具有语音调度、短信息、分组数据和定位等综合功能，满足了目前指挥系统中语音类和数据类的业务需求。为民警完成执勤、处突、反恐任务提供了高效、快捷、安全的通信保障。

然而在公共安全工作中，从提高指挥效率的需求来说，在语音描述的同时，指挥员更希望能第一时间看到现场图像，了解现场状况。所以，视频语音联动指挥成为了精确指挥调度的迫切需求。

随着无线接入技术的发展，特别是无线宽带技术的发展，使得移动宽带应用成为可能。因此为城市公共安全服务，以自主知识产权的TD-LTE做标准的无线宽带专网应运而生，也将成为在公共保护和救灾工作中，提高防护救灾能力的有效技术手段。

二、建设公安移动宽带专网的必要性

2.1 建设宽带专网的必要性

在公共安全工作中，一旦有突发事件，指挥员亟需第一时间看到现场图像，以便及时了解现场状况，做出最合理、最有效的指挥调度。

公共安全宽带应用场景主要包括：日常型，日常警务的通信保障，如巡逻盘查、社区警务、智慧交通、抓捕行动等。任务型，可提前准备的通信保障，如大型活动安保、演练演习、预知的事件等。突发型，不可预知的应急通信保障，如自然灾害、群体性事件等。

如果采用公网网络，只能基本满足公共安全日常型任务，而针对重大安保任务和突发应急保障，公共网络是无法满足通信需求的。事实证明，在严重自然灾害或突发重大公共群体事件时，随之而来的必然是公众信息传播的爆发时段，往往容易造成公众通信网络的阻塞，甚至瘫痪。

如果采用公网网络还面临着棘手的信息安全问题。

因此在公共通信网络上建立公共安全业务通道是不可行的，必须建立一个专用的、可控的通信网络，才能保证在关键时刻为公共安全指挥员提供畅通、可靠、安全的通信通道。

2.2 宽带无线视频的需求

目前，视频监控和视频智能分析等技术为公共安全部门在社会治安、犯罪取证等领域提供了一系列的专业的视频服务功能，但是，在实际应用过程中指挥中心通过案发现场安装的固定监控探头获得的视频信号，常常会发生周边摄像头数量不够、摄像头角度不好、摄像头图像不清晰等情况，无法满足精确指挥的需求。而目前配装的车载视频监控系统虽然增加了机动灵活性，但在使用过程中受制于信号的传输手段而无法保证实时、清晰、流畅的上下传送现场视频信息，存在着诸如：传输信号不稳定、抗干扰能力差、速率低、网络安全性差等缺点。

随着通信技术的不断发展，中国自有知识产权的TD-LTE宽带无线通信技术为无线宽带视频图像的实时传输提供了更新的发展和机遇。基于TD-LTE宽带无线通信技术的无线宽带专网可以实现高清视频图像的实时上下传送，做到了从“看得到”到“看得清”的效果，增加了突发事件的应急处置能力和现场证据获取能力。

三、基于TD-LTE专网的公共安全业务需求

3.1 TD-LTE专网的技术先进性

TD-LTE代表着当今世界移动通信产业的最先进水平，采用OFDM、MIMO和扁平化网络架构等技术，以采用20MHz频谱资源为例，系统峰值速率下行100M、上行可达50M，TD-LTE上下行的配比，可以灵活调节承载多样化的业务；系统具有很好的扩展性。

近年，国家发改委下发了有关基于TD-LTE自主技术的政务专网规划，先期已有部分城市拿到了1.4G的频段用于城域级TD-LTE专网部署，如北京市TD-LTE政务物联数据专网、天津政务专网、南京TD-LTE宽带多媒体数字集群政务专网和银川市TD-LTE宽带集群网等在1.4GHz频段上开展了宽带无线专网的技术实验。其中，南京TD-LTE专网展现了语音视频联合调度、一体化整网和双向高效联动等应用，为亚青会提供了通信保障。

3.2 TD-LTE专网的应用场景

宽带化的TD-LTE专网将作为公共安全有线视频专网的有效补充，传统的固定点位的布控，往往仅局限于局部的物理位置，而城市人、车、物是不断运动的，公共安全的需求也更加复杂，仅有固定点位的布控往往无法做到全方位的覆盖，因此就需要通过移动点位更加灵活的布控方式来满足城市多样化的公共安全的需求。

移动车载执法系统与单兵执法系统，是对固定点位有效的补充，另外通过这类便携式移动设备，还能够更加直观的了解到城市的警力部署情况，为接出警策略、突发事件处理策略等上层应用提供更好的数据支撑。

在公共安全行业的主要场景可以有：（1）巡逻车视频采集；（2）移动警务；（3）重点目标视频采集。

无线宽带专网的建设将使得公共安全部门的指挥中心可随时调阅移动巡逻车的周边图像；处置现场同样可以随时调阅指挥中心的视频资源和相关处警信息；巡逻车可作为移动警务站处理相关业务；还可临时架设重点目标监控点，使其应急处置能力迈上一个新台阶。

综上所述，TD-LTE专网系统需与现有的窄带无线通信系统有效配合，能够提供传输处理数据、语音、文字和动态图像的综合能力，开展现场实时图像传输、监控图像信息传输、交互式指挥调度会议，实现现代化、多功能、数字高清晰的可视调度系统，从而达到在公共安全专网内实现网站、信息、邮件的互通，推进内部办公协同化、公文交换电子化、管理决策网络化、公共服务信息化，并达到技术上先进、功能上多样、标准上兼容、设备上扩容、使用上可靠、价格上经济的总体要求。通过TD-LTE专网系统的建设与应用，为公共安全实战提供可靠无线通信服务。

四、打造切合公共安全与救灾需要的TD-LTE专网

如何实现上述公共安全与救灾业务的实战应用，许多难题和前沿技术问题将会在实现过程中逐步凸显，并非只要网络通、覆盖全，通过应用开发集成、系统“互通”或数据共享，就能解决的所有问题。随着应用范围逐步扩大，系统和数据的安全性将逐步降低，“棱镜门”事件警示我们必须高度重视公共安全专网的安全性！

为打造切合公共安全与救灾实战需要的TD-LTE专网，根据笔者在公安无线通信工作经验，建议在TD-LTE示范应用中，应重点关注如下几个方面。

1、系统安全性问题。对于诸如公安等用户来说，通话和网络的安全性非常重要，宽带集群必须满足安全性的需要。宽带集群系统可以提供双向鉴权，空中接口加密，端到端加密不同层次的安全业务保障。其中基础设施安全系统部分采用专门的服务器，并且提供开发接口给有加密资质的单位，由加密单位提供加密算法和密钥。终端中预留有SIM卡接口、串口，或者预留专用的接口、端到端加密芯片等，提供开发接口给有加密资质的单位，由加密单位提供加密算法和密钥。

2、TD-LTE手持式终端低功耗设计。集群终端进入宽带化后，其视频、数据传输等功能要比窄带集群消耗更大的电量，因此研制低功耗的终端非常重要。宽带集群终端需要采用优化的芯片方案、功率控制技术以及休眠等技术，来优化终端的使用功耗，以满足一线救灾人员免换电池（免充电）即可支撑在当班期间的正常使用。

3、与原有窄带无线通信系统互连互通。由于在上海公安无线通信系统上已部署着数字集群TETRA和模拟系统等，因此建设宽带无线专网的过程中，需要考虑与原有系统的互连互通。系统之间互连互通主要通过两种方式来解决，系统侧互联与或终端侧互联，如图1所示。

（1） 系统侧互联是宽带集群系统和窄带集群系统互相开放接口给对方，当发起呼叫时，宽带集群侧的呼叫信令通过系统间的接口发送到窄带集群系统，使在同组里但是属于不同体制的终端可以进入同组通话。反之亦然。（2）终端侧互联是采用一个控制单元，同时连接宽带集群终端和窄带集群终端（一般可采用车载终端实现），当宽带集群侧的呼叫发起时，通过这个互联网关进行呼叫转接。反之亦然。

但在现有情况下，笔者认为在语音通信方面还是以现有窄带无线通信系统为主，宽带无线通信系统主要应用于诸如视频、大数据等宽带数据业务。

4、多模基站。随着人们环保意识的增强和租赁成本的提升，基站的选址成为建网中一个瓶颈，新建站点变得越来越困难。建议TD-LTE基站设备应设计成集成度高、易于安装、对环境要求低，可以很方便地与现有站点共存。同时，还需考虑能支持将不同制式的模块混插（TETRA、PDT和LTE等多种制式射频模块混插），构成多种形态的基站，支持平滑演进加快新频段和新技术的引入，有效地解决移动网络多制式融合的发展需求，提供高集成度室内站点解决方案，有利于节省安装空间和平滑演进。多模基站可解决获取站址的困难，方便网络规划和优化，加快网络建设速度，降低对人力、电力、空间等资源的占用，减少传输资源、机房、及机房监控等配套设施建设，降低成本，从而快速经济地建设一个高质量的窄带TETRA/宽带LTE网络。

五、结论

随着信息技术的发展，指挥调度已不满足于最简单的语音通信，对于图像、数据等宽带应用的需求日益强烈，多媒体宽带应用必不可少。因受网络带宽的制约，这些需求在很大程度上是传统无线窄带专网系统无法满足的，而以大带宽、高速率、全IP为突出特点的具有中国自有知识产权的TD-LTE宽带无线技术则非常符合公共安全和救灾行业的需求，正引领专业通信进入崭新的时代。

TD-LTE宽带集群满足语音、视频和数据多种业务，为应用层面的多媒体平台提供一个良好的无线通道，能确保视频、音频、数据同步实时传输，可广泛应用于日常指挥调度、应急通信、移动办公、移动执法、移动视频监控等方面，日趋完善的TD-LTE多媒体集群技术是公共安全和救灾领域指挥调度系统发展的必然趋势。

参 考 文 献

[1] 《TD-LTE网络规划原理与应用》作者：真才基 主编，何剑等编著. 人民邮电出版社

[2] 《TD-LTE技术原理与系统设计》 作者：王映民 孙韶辉 等编著. 人民邮电出版社