PDT 数字集群技术及在地铁公安通信中的应用

0 引言

PDT（Police Digital Trunking）是为满足公安无线通信数字化需求，解决公安无线通信加密问题，实现现有模拟无线通信系统向数字通信系统的平滑过渡，从2008年开始，由中国公安部牵头制定的一个新的数字集群标准。PDT警用数字集群通信系统是多用户、多部门共用一组无线信道，并动态管理和使用这些信道的专用移动通信系统，采用TDMA（时分多址）和IP软交换技术，可提供语音调度、短消息、状态消息和分组数据业务等功能，支持集群、直通、故障弱化等工作方式。PDT数字集群系统具有语音清晰、频谱利用率高、调度指挥功能强、业务丰富等特点，在公安部门的应用已是必然趋势。目前公安无线通信系统正处于从MPT模拟集群到PDT数字集群的过渡阶段。

1 现状分析和需求

地铁公安无线通信系统作为地面公安无线系统在地铁内部的延伸，需要将市公安局的350 MHz无线信号引入至地下地铁空间，覆盖站厅、站台、通道、出入口和隧道区间，实现地下空间、地下与师。地面间的无线通信。

随着公安部门对无线通信业务需求的不断提高，目前使用的MPT模拟集群系统已显现出了频谱利用率低、话音质量不稳定、通信保密性差、数据应用能力欠缺、系统容量不足等问题。为了发挥PDT技术的优势，满足公安部门对无线通信的更高需求，地铁内新建的公安无线通信系统应采用PDT数字集群通信技术。

目前，地面公安无线系统仍以MPT1327模拟集群设备为主，地面模拟集群通信系统发展至今，在实际应用中仍然具有一定的存在空间，各地公安部门对模拟通信的依赖程度还很高。另外，部分模拟通信系统建成和使用时间较短，为避免对前期投资造成大量浪费，地铁内新建的PDT数字集群通信系统必须与地面既有公安无线系统实现互联互通，形成统一的公安无线调度网，确保在各地下车站范围内出现重大案情、火灾事件时，市公安局和消防支队、地铁派出所等各级公安指挥部门能够对现场警务人员进行统一指挥调度。

2 PDT系统构成及技术优势

2.1 系统的构成

PDT数字集群系统由核心网交换中心、基站、调度台、终端设备（固定台、手持台、车载台）、网管服务器和网管工作站、无线信号覆盖子系统等构成。

（1）核心网交换中心。核心网交换中心由核心网交换设备、调度服务器、系统鉴权加密中心、模数互联服务器、录音服务器、网关设备、三层交换机、中心路由器等组成。主要完成呼叫控制、资源管理、移动性管理、数据库访问、接入控制、分组数据处理、鉴权加密、全网录音等功能，并实现与模拟集群系统及其他数字集群系统之间的互联。

（2）基站。基站主要由基站控制器、信道机、信道控制器、合/分路器、双工器、网络交换机、路由器、机柜组成。基站采用TDMA和IP软交换技术，其关键设备及模块冗余备份，可远端控制、维护和升级。各集群基站通过有线链路（E1或IP通道）连接至核心网交换中心，用于实现本车站内、各地下车站间、地下与地上的无线指挥调度。

（3）调度台。调度台为综合指挥调度多媒体业务终端，是调度员调度指挥的操作平台，可以分别对移动用户和通话组进行呼叫、监听、管理。

（4）网管服务器和网管工作站。网管服务器和网管工作站用于管理和维护PDT系统，完成系统监视、用户管理、参数配置、话务统计、日志查询、系统维护等。

（5）终端设备。终端设备包括手持台、车载台、固定台等。

（6）无线信号覆盖子系统。在地下车站和隧道区间设无线信号覆盖子系统，主要覆盖站厅、站台、出入口、区间隧道、地铁开发的商业区等。

2.2 PDT系统的技术优势

（1）先进的虚拟专网功能。PDT无线通信系统提供先进的虚拟专网功能，可为网内不同用户部门设置相对独立的无线通信服务功能，多个用户部门可共享一个数字集群网络，网络中所有的系统功能均可合理地分配给每一个用户部门，以满足每个用户部门的需求。

（2）频谱利用率高。PDT警用数字集群通信系统工作频段为350 MHz，采用频率和时间分割的方法划分信道，按12.5 kHz信道间隔和10 MHz收发间隔划分载波信道，采用TDMA（时分多址）技术划分时隙信道，每载波时隙为2个，即物理信道为2个。因此，1个12.5 kHz带宽的载波信道内支持2个物理信道（2路语音或数据通信），频谱利用率是MPT1327标准模拟系统的4倍。

（3）系统可靠性好。PDT系统具有多级故障弱化功能，设备可靠性高；交换中心的核心交换服务器冗余备份，若交换中心设备发生故障，或链路发生故障，基站设备仍能正常工作在集群方式；系统具有控制信道备份机制，一旦原控制信道出现故障，基站中的任何一个话音信道都可以自动替换成控制信道，保证基站正常工作在集群方式。系统中所有信道既可作为控制信道工作，又可作为业务信道工作，大大提高了系统运行的可靠性。

（4）良好的系统互连。PDT数字集群系统采用软交换技术，联网协议采用SIP协议，呼叫控制和承载分离，具有标准接口，通过网关可与PABX、PSTN、MPT1327等其他网络互联互通，满足全国联网的要求。

（5）安全保密性好。PDT系统具有完全自主知识产权，并采用公安部的自主加密技术，安全性高；PDT警用数字集群系统可实现鉴权、空口加密（语音、数据、信令）、链路加密和端到端加密，安全保密性高；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。PDT系统可实现的鉴权加密功能如图1所示。

图1 鉴权加密功能示意图

3 PDT数字集群系统主要功能

PDT数字集群通信系统可以提供语音业务、数据业务（短消息、状态信息、分组数据业务、卫星定位信息等）和丰富的调度业务。下文介绍其中几种主要功能。

3.1 呼叫功能

系统可实现单呼、组呼、紧急呼叫、优先呼叫、广播呼叫、预占优先呼叫、互联呼叫等，可根据不同种类用户设置不同的通话等级和通话时限。

广播呼叫是一种特殊的语音组呼，呼叫建立后在业务信道上只有主叫具备讲话权限，被叫用户只有接听权限，可以有效防止被叫用户干扰主叫的讲话过程；紧急呼叫是紧急情况下发起的特殊呼叫，具有最高优先级，当无信道资源时，系统会释放其他低级别呼叫的信道资源供紧急呼叫使用。

3.2 动态重组

根据业务的需要（如事故抢险等），经授权的调度员或系统管理员可通过空中无线信道将新的通话组编入移动台，即动态重组。

系统管理员可以动态地对通话组进行重组，并通过系统调度台一次执行多个动态重组命令。带确认功能的动态重组可以通过移动台的确认信息实时了解移动台执行动态重组的实际结果。

3.3 迟后加入

允许通话组成员迟后加入正在进行的组呼。在组呼过程中，迟后加入的信令会不断地在主控制信道上传送，没有在呼叫发起时加入呼叫的无线用户机一旦回到控制信道，并检测到这些信令，将立即进入所需业务信道进行通信。

3.4 数据功能

PDT数字集群系统支持短数据消息、状态消息、分组数据、报警、卫星定位信息上拉等数据业务。公安用户可通过PDT无线网络随时随地接入公安数据库，进行人口信息、在逃人员信息、车辆信息等数据查询，为现场处警提供更多更及时的信息支持。指挥中心通过GPS定位信息，可实现GIS地图可视化调度，完成快速有效的接处警调度。

3.5 信道自动回落和控制信道转换

通话双方占用信道后不通话超过设定的时间，系统将自动收回信道，保证了对系统无线资源的有效利用，即信道自动回落。操作人员可对控制信道进行设置，使控制信道在通话高峰期间转为话音信道，即控制信道转换。

3.6 全网录音功能

系统通过录音服务器可以对PDT网络内所有通话进行全网实时录音和监听，授权用户根据需要进行检索和回放，可以提供远端检索、多操作员同时检索、同时回放的功能。

3.7 环境侦听

环境侦听是调度台向手持台发起的一种特殊呼叫，用于监听手持台周边的环境声音。例如，当警员有危险时，调度台强制打开被监听警员的PDT手持台，监听手持台周边声音。被叫手持台在系统指定的业务信道上自动打开发射机和MIC，将环境声音发送给调度台。在整个环境侦听过程中，手持台的显示、扬声器、提示音、指示灯等人机界面状态与空闲待机时完全相同。环境侦听过程中，如果手持台用户进行呼出操作（包括发短消息等），环境侦听自动结束，并返回控制信道。

4 地铁PDT集群系统建设中的注意事项

（1）地铁PDT数字集群系统与地面公安无线通信系统的互联互通。在目前模数过渡阶段，市公安局地面仍然采用MPT1327模拟无线集群系统，新建的地铁PDT警用数字无线系统应采用PDT-MPT网关与市公安局二级节点中心互联，达到互联互通、统一指挥调度的目的。

当市公安局地面无线网络过渡到PDT数字集群网络后，地铁公安分局核心网交换中心直接连接到市公安局交换中心，形成一张整体的PDT数字无线集群网络。

（2）在车站出入口预留应急射频接口。为保证发生突发性事件时通信的畅通，在地下车站出入口预留与应急通讯车的射频接口。平时应急射频接口采用终端负载隔离，当站内无线基站严重故障而不能发挥其作用时，可从应急射频接口将外部基站（如应急通讯车）信号引入该基站无线覆盖范围，实现应急通讯车对地下移动台的直接指挥（图2）。

（3）在目前模数过渡阶段，PDT手持台应采用PDT/MPT双模手持台，以满足公安和消防人员在地上和地下空间使用的需要。

（4）利用PDT无线集群通信系统虚拟专网功能划分VPN，满足消防无线通信系统的需求。

（5）集群基站在地铁内的具体频点配置应由市公安部门确定。

（6）联网链路的备份。在地铁公安分局核心网交换中心可以配备无线网关作为与市公安局二级节点互连的联网备份设备，当有线联网链路发生故障时自动启用无线网关，联网链路采用350 MHz无线通道，从而实现地铁集群通信系统与市公安局中心基站的无线联网。无线链路作为备份增加了联网链路的可靠性。

图2 应急射频接口

5 PDT数字集群无线通信在地铁的应用

以石家庄市地铁1号线一期工程为例，其PDT数字集群无线通信系统组网方案如下：

（1）在地铁公安分局设核心网交换中心，通过PDT-MPT网关连接到市公安局二级节点中心，实现互联互通。

（2）每个地铁车站内设集群基站，采用有线联网方式接入核心网交换中心，组成相对独立的单区多基站集群通信系统，用于实现本车站内、各地下车站之间、地上与地下空间的无线指挥调度。

（3）在地铁公安分局设调度台，用于日常指挥调度。

（4）在地铁公安分局设网管设备1套，用于网络日常管理和监控。

（5）在地铁公安分局下辖派出所及各车站设固定台，公安执勤工作人员配属手持台。

（6）地铁地下空间设无线信号覆盖子系统，主要覆盖站厅、站台、出入口、区间隧道、地铁开发的商业区等。在区间隧道内及站台采用漏泄同轴电缆辐射方式实现无线信号覆盖；在站厅层、人行通道及出入口、地铁开发的商业区采用小天线覆盖方式进行无线信号覆盖；地铁公安分局、地铁派出所、车辆段、停车场由地面公安集群主基站进行无线信号覆盖。组网示意图见图3。

图3 石家庄市地铁1号线一期工程PDT数字集群无线通信系统组网示意图

6 结语

PDT数字集群系统具有先进、开放、融合、安全等优点，较好满足了公安和消防部门等专业用户群体的无线通信指挥调度需求。地铁内采用PDT标准建设公安无线通信系统，并实现与地面模拟集群的互联互通，搭建具有统一指挥调度能力、协调能力和快速反应能力的调度指挥体系，满足了公安部门日常警务及应急处理突发事件的需要，为公安部门在地铁内的调度指挥提供了保障，符合现代警务机制的发展需求。

参考文献：

[1]中国国家标准化管理委员会.GA/T 1056-2013警用数字集群（PDT）通信系统总体技术规范[S].北京：中国质检出版社，2013.