警用数字集群(PDT)在地铁公安无线通信系统中的应用研究

郑 涛

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，710043，西安∥工程师)

2013年年初，公安部下达了《〈全国公安装备建设“十二五”规划〉重点项目建设任务书》，要求各级公安机关以警用数字集群(Police Digital Trunking，简为PDT)标准为技术体制建设350M数字集群通信系统，“十二五”末初步建成全国联网的公安无线数字应急指挥网。

地铁公安无线通信系统作为地面公安无线通信系统在地铁范围内的延伸，需要考虑PDT建设与既有模拟集群(MPT－1327标准)和数字集群(TETRA标准)的兼容性和互联互通问题，为公安部门在地铁内的调度指挥提供保证。

1 PDT通信系统标准简介

1.1 概述

PDT通信系统标准是根据国情自主创新的数字集群体制。其吸收了国际上专业数字无线通信标准TETRA、P25和DMR(数字移动无线通信)的优点，并结合了国内公安行业大量使用的350 MHz警用模拟集群通信系统的使用习惯，是完全拥有自主知识产权的数字集群通信体制。

PDT标准设备具有覆盖范围大、国产加密算法、厂家系统互联互通、向下兼容模拟系统、造价低等优势。其主要性能为:采用TDMA(时分多址)方式，每载频为2时隙，工作频段为350 MHz，信道间隔为12.5 kHz，双频间隔为10 MHz，调制方式为4 FSK(四电平频移键控)，调制速率为9 600 bit/s;业务能力包括语音调度、短消息、状态消息和分组数据，支持集群、直通、中转、故障弱化等工作方式。

1.2 PDT标准主要性能特点

PDT通信标准除具备模拟无线集群通信系统大区制组网、接续速度快、调度指挥功能丰富的优点外，还具备以下性能特点:

(1)更好的语音品质。PDT标准采用低速全数字语音编码，语音品质好。

(2)更高的频率利用率。PDT数字集群标准信道间隔为12.5 kHz，每载频分为2个时隙，和目前MPT1327模拟集群相比，频率利用率提高了4倍，与TETRA数字集群频率利用率相当。

(3)更强的网络扩展性。PDT标准的联网协议采用基于文本的SIP协议，确保呼叫控制和承载分离，实现真正意义上的软交换，使PDT核心网能够与其他类型的通信系统互联，也很方便实现各种增值业务的扩充。

(4)更安全的话音加密。为保证通话的安全性，PDT标准专门设计了基于硬件的可选的语音加密方案，包括鉴权、空中接口加密、端到端加密、密钥管理机制和链路加密，可根据需要达到的安全等级来实现其中的部分或全部功能。

1.3 PDT与MPT－1327、TETRA标准的比较

PDT标准比模拟集群MPT－1327具有更好的频率利用率、系统容量和加密能力;与数字集群TETRA的功能相当，但是PDT具有自主知识产权，自主加密算法，系统开放性、安全性比TETRA更胜一筹。3种标准的性能比较如表1所示。

表1 MPT－1327、TETRA、PDT性能比较表

地铁公安无线通信系统主要用于平时和应急状况下的调度通信，对安全、可靠、保密的需求较高。针对此需求，PDT在频率利用率、系统容量和加密能力方面做了改进，尤其在加密方面，采用自主加密算法，以满足地铁公安无线通信的需求。

2 地铁公安无线通信系统中的集群应用

目前，模拟集群MPT－1327是地铁公安无线通信系统使用的主流标准。TETRA数字集群也开始在地铁中使用，如已经开通的沈阳地铁2号线公安无线通信系统使用的就是TETRA数字集群标准。PDT数字集群标准在已开通的地铁中还未见使用，但是，在部分省市如温州、金华的地面公安无线系统中，已经建设了PDT试验网，还有一些省市如内蒙古自治区也已进行了模拟集群转为PDT的改造，均取得了良好的使用效果。地铁公安无线通信系统作为地面公安无线通信系统在地铁内的延伸，PDT数字集群如何在地铁公安无线通信系统中使用，成为地铁建设方和设计者需考虑的问题。

2.1 模拟集群的使用

公安部门的无线通信在20世纪80年代末及90年代初基本以常规通信方式为主，随着MPT1327信令体制的集群系统的成熟，20世纪90年代中期各地开始了大规模的集群系统建设。

目前，各地所使用的集群系统均为MPT1327信令体制的集群系统，并且绝大多数系统是遵循公安部制定的行业标准《公安移动通信网警用自动级规范》GA 176—1998建设的。标准出台前建设的一些集群系统也在逐步地向该标准改进或升级。

在各城市早期建设开通的地铁线路中，公安无线集群通信使用的均为模拟集群。这些模拟集群为地铁的安全保卫工作提供了可靠的通信保证。但随着公安无线通信需求的不断增长，模拟集群已显现出了频率资源紧张、系统容量不足、不能加密的问题。而在地铁通信系统中，专用无线通信系统已经大规模使用了数字集群，使上述问题得到了很好的解决。从这点上看，公安无线通信系统由模拟集群向数字集群过渡已是必然趋势。

2.2 数字集群TETRA的使用

2003年公安部颁布了《公安数字集群移动通信系统总体技术规范》，为公安数字集群移动通信系统的建设提供了依据。此标准对应的国际标准是欧洲电信标准协会(ETSI)提出的地面集群移动(TETRA)通信系列标准，是国际电信联盟推荐的数字集群移动通信系统标准之一。

TETRA数字集群以其高频谱利用率、强大的功能、成熟的技术受到了广泛的瞩目，北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、深圳大运会的召开，推动了公安部门TETRA数字集群通信网络的建设。在地铁公安无线领域，沈阳地铁2号线TETRA数字集群已建成投入使用。

目前，广东、山东、辽宁等省公安部门已经进行了TETRA数字集群的招标和建设工作，其所辖城市地铁公安无线通信系统建设将面临3个需要考虑的问题:

(1)新建线路公安无线技术标准的选择;

(2)新建线路公安无线系统间的互联互通;

(3)既有地铁线路公安模拟集群无线通信系统与新建线路公安无线系统的互联互通。

针对第一个问题，公安部下达了《〈全国公安装备建设“十二五”规划〉重点项目建设任务书》，要求各级公安机关以PDT标准为技术体制建设350兆数字集群通信系统，“十二五”末初步建成全国联网的公安无线数字应急指挥网，全国公安机关不再新建350兆TETRA数字集群项目，已建设的TETRA系统可继续使用到报废。地铁公安无线系统作为地面公安无线系统在地铁内的延伸，应要与地面公安无线系统标准保持一致，在各项目具体实施阶段，需要与当地公安部门协商，选择合适的建设方式。

针对第二个问题，TETRA数字集群目前主要的供货商为国外的摩托罗拉公司(MOTOROLA)、欧洲宇航防务集团(EADS)和国内的东方通信公司，东方通信TETRA数字集群推出较晚，市场份额大部分由国外的MOTOROLA和EADS占有，欧洲电信标准协会(ETSI)规定了TETRA系统公开、统一的空中接口，但内部接口并不做统一规定，国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒，使得内部接口基本不公开，技术开放性很差，相同厂家设备间全功能漫游和互联互通基本没有问题，但不同厂家设备间只能实现简单功能的语音通信，不能满足用户的全面调度需求。

针对第三个问题，模拟集群和TETRA数字集群之间的互通，目前可以通过在两个系统之间增加互通网关实现，但也只是简单的语音通信，还未做到深层次的全功能互通。

2.3 数字集群PDT的使用

公安部在2003年颁布了以TETRA为依据的数字集群标准，但在TETRA数字集群的建设过程中遇到了很多问题，如造价、互联互通、加密接口、专利壁垒等。为了解决这些问题，2008年开始，公安部科技信息化局牵头召集国内部分有能力系统提供商对制定数字集群新标准进行了研究论证。2013年，公安部颁布了《警用数字集群(PDT)通信系统总体技术规范》，并且发出了《〈全国公安装备建设“十二五”规划〉重点项目建设任务书》，全力推动公安部门PDT的建设。

地铁的建设周期较长，一般从方案确定到设备采购需要2年左右的时间。2013年之前审定的地铁无线通信设计方案，基本是模拟集群，或者是TETRA数字集群，但是2013年，特别是公安部发布了PDT相关规定以后，地铁公安无线通信系统方案的确定基本会以PDT为主。

对于公安部门没有进行TETRA数字集群招标的省区，基本会采用PDT标准来进行地铁公安无线通信系统的建设。针对不同厂商PDT设备之间、PDT设备与现有模拟集群(MPT－1327)和TETRA数字集群的互联互通问题，在PDT标准制定之初就进行了考虑，PDT标准的制定引进了“标准工作组”、“产业联盟”、“专利共享”等工作机制，PDT产业联盟包括了大部分集群设备生产厂家，联盟厂商基本可以无缝兼容模拟集群(MPT－1327)的功能，联盟内部不同厂家PDT设备之间均可实现系统级的互联互通。由于TETRA数字集群设备主要由国外厂家提供，其相关接口不开放，因此，PDT与TETRA两种标准数字集群的互连互通只能通过开放的空中接口做到简单的语音通信功能，全功能的互通在不开放内部接口的情况是无法实现的。

对于公安部门已经进行TETRA数字集群招标的省区，如何确定地铁公安无线通信系统的标准，需要与当地公安部门协商确定，并与当地公安部门无线集群通信系统的建设规划保持一致。

3 结语

随着PDT系列规范的颁布实施，以及公安部对PDT建设的大力推进，PDT技术在公安部门的使用已是大势所趋。公安部门的最终目标是建成全国联网、统一网管，满足公安跨区调度、协同作战需求的公安数字指挥调度网。地铁公安无线通信系统的建设应结合当地实际，与公安部门沟通协调，选择适合当地实际情况的集群通信方案。

［1］GA 176—1998公安移动通信网警用自动级规范［S］.

［2］GA 444—2003公安数字集群移动通信系统总体技术规范［S］.

［3］GA/T 1056—2013警用数字集群(PDT)通信系统总体技术规范［S］.

［4］杨秀.城市轨道交通TETRA系统互联互通［J］.中国铁路，2012(3):86.