鐵路公安數字無線通信系統的研究

張 斌

（朔黃鐵路發展有限責任公司 科技信息部，肅寧 062350）

鐵路公安數字無線通信系統的研究

張 斌

（朔黃鐵路發展有限責任公司 科技信息部，肅寧 062350）

介紹一種基于DMR數字集群通信技術的鐵路公安數字無線通信系統，重點介紹系統構成、系統功能、頻率配置、越區切換機制以及車載臺配置等關鍵技術。系統所采用的DMR技術可以有效提高頻譜利用率，節約頻率資源，同時其很強的抗信號衰落能力能夠實現高質量的遠距離通信。本系統可以滿足鐵路公安高質量語音通信需求外，還支持數據傳輸，具有強大的數據通信功能，有助于推動鐵路公安信息化建設。

DMR技術；集群語音通信；鐵路公安；無線通信系統

鐵路公安作為維護鐵路治安穩定的重要部門，在確保鐵路運輸安全方面發揮著重大作用，建設一套功能完備、技術先進的鐵路公安調度通信系統有助于提高鐵路公安調度指揮通信能力，更好地發揮快速處置各種突發事件、高效配置警力的作用。

本文采用DMR（Digital Mobile Radio）數字集群通信技術設計鐵路公安數字無線通信系統。DMR數字集群通信標準是歐洲通信標準協會（ETSI）為了滿足中低端專業及商業用戶對移動通信的需要而設計、制訂的開放性標準。DMR標準采用雙時隙（TDMA）多址方式，在現有的全球已授權地面移動頻率波段所使用的12.5 kHz信道間隔運行，并滿足未來對6.25 kHz通道均衡的監管要求、4FSK調制方式、數據傳輸速率為9.6 kb/s。DMR具有高效利用頻譜資源，大區制組網方式，兼容模擬常規的優點。其業務功能豐富，可擴展，向后兼容，同時系統和終端成本較低，網絡建設速度較快，總體運維成本較低。

主要目的是指定復雜程度低、可負擔得起的數字系統，提供語音、數據和其他輔助服務。此標準共分3個階段：免費頻段的數字標準,數字常規，集群階段。

DMR技術采用雙時隙時分多址（TDMA）方式，可使單個12.5 kHz信道支持2個同步或獨立的通話，有效提高頻譜利用率，節約頻率資源，同時其很強的抗信號衰落能力實現高質量的遠距離通信。系統能滿足鐵路公安高質量語音通信需求，還支持數據傳輸，具有強大的數據通信功能，實現鐵路公安通信手段的多樣化，進一步推動鐵路公安信息化建設。

1 現狀及需求分析

1.1 現狀分析

現階段，鐵路公安無線通信系統采用模擬常規轉信臺方式或模擬對講機直通的方式實現，目前我國的鐵路公安無線通信系統基本上采用400 MHz模擬無線系統，運用常規轉信臺方式或模擬對講機直通的方式實現。該系統存在著通信技術落后、頻率干擾嚴重、信道少、發起呼叫困難、覆蓋盲區多且語音不清晰等問題。且各個區間和路段進行孤立通信，功能單一，缺乏統一的設計和規劃，只能僅僅滿足區域通話需求，而無法實現派出所到派出所，派出所到上級機關，乘警與地面機關的互聯互通，同時在應對重大事件也無法實現對全路的調度指揮，難以發揮高效的協調作戰指揮能力。

根據《關于加強450～470 MHz頻段無線電發射設備管理的通知》和《工業和信息化部關于無線電臺站規范化管理若干問題的通知》，國家調整無線電頻率資源運用規劃，鐵路無線列調系統使用的450～470 MHz頻率將被收回。

目前新建鐵路一般均新設GSM-R無線通信系統，但由于GSM-R系統頻率資源及帶寬有限，只能保障鐵路行車調度作業的通信需求，鐵路公安的通信往往無法納入GSM-R系統。

1.2 鐵路公安作業對無線系統的需求

1.2.1各類作業人員通信需求

通過調研，根據鐵路公安的作業模式及通信需求，鐵路公安系統作業人員主要可以分為3類：派出所執勤民警、派出所巡警和乘警。

派出所執勤民警的通信需求：派出所執勤民警之間的語音通信以及他們和派出所值班臺之間的語音通信。

派出所巡警的通信需求：派出所巡警之間的語音通信、派出所巡警和執勤民警以及他們和派出所值班臺之間的語音通信。

乘警的通信需求：乘警之間的語音通信、乘警和派出所巡警以及他們和派出所值班臺之間的語音通信。

1.2.2指揮調度需求

各派出所值班室設置無線調度臺，實現派出所值班調度臺對轄區內作業手持臺的呼叫管理，同時提供全網的通話錄音及監聽。

1.2.3治安信息發送需求

各派出所值班室設置無線調度臺可以將人員作業分配、到發列車信息及相關安保等信息通過無線實時發送給相關分組作業人員的手持臺。

1.2.4應急通信需求

考慮到諸如地震、火災及大規模群體性事件等突發性事件時有發生，在緊急情況下，可啟動全路范圍內的應急組通信，并能通過設置在公安派出所值班室內的無線調度臺實現統一指揮，統一調度，參與應急作業。

1.2.5無線覆蓋需求

實現沿線鐵路公安工作區域以及各個車站范圍內的無線通信全覆蓋。

因此，根據鐵路公安系統作業現狀及以上的需求，建設一套專用于重載鐵路管理的數字無線通信系統勢在必行。

1.3 系統功能

語音功能包括組呼、個呼、緊急呼叫、遲后進入、通話錄音等。數據功能包括任務管理、位置管理、數據查詢等。網絡管理功能包括網絡監控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

2 鐵路公安數字無線通信系統

本系統結合數字無線通信技術和IP網絡技術設計鐵路公安數字無線通信系統，空口傳輸采用DMR數字無線通信技術，其TDMA傳輸方式有效地提高了頻譜利用率，同時其糾錯編碼等數字信號處理技術，具有很強的抗信號衰落的能力，實現了高質量的遠距離傳輸；有線通信網絡采用IP網絡技術，其通用性使得系統具有良好的互聯互通、擴展升級能力，實現了多信道共用和多區域聯網。

2.1 系統結構

系統以派出所為基本單位，采用集中式控制方式的單區多基站系統。整個系統由控制中心服務器、無線調度臺、數字基站、車載臺（通話和中繼）和便攜臺等構成。派出所安裝控制中心服務器和無線調度臺，派出所轄區內的鐵路沿線安裝基站，警車安裝車載臺，巡警和乘警配置便攜臺。控制中心服務器和基站之間采用基于IP網絡的星型拓撲結構組網，通過以太網傳輸數字化語音和數字信令。有線操作臺、基站、車載臺和便攜臺之間采用無線方式傳送數字化語音和信令。

系統構成圖如圖1所示。

圖1 鐵路公安數字無線通信系統構成圖

（1）控制中心服務器是系統的核心單元，主要負責通信系統的交換、控制與管理，實現用戶終端的鑒權、注冊、呼叫（語音呼叫、數據呼叫）的建立和接續控制提供呼叫路由器、語音交換和安全性能管理、錄音等基本功能；提供有線接口，能連接至鐵路公安調度通信系統，實現無線通信和有線通信系統的互聯；提供豐富的數據功能，其任務管理系統和位置管理系統實現對派出所成員的任務管理和位置管理；提供數據傳輸通道，可通過本地鐵路公安局信息中心訪問至公安網相關系統（包括常住人口系統、暫住人口系統、流動人口信息系統、網上抓逃系統、出入境信息系統、交通管理系統、印章管理系統等）實現數據查詢功能；提供網絡管理終端，實現對系統的網絡監控、配置管理、故障管理和安全管理。

（2）無線調度臺用于派出所執勤值班民警通過全呼與組呼負責派出所管轄范圍內所有移動終端的作業調度。

（3）數字通信基站由信道機和天饋單元組成。每個信道機使用單個 12.5 kHz 信道，支持2個同步或獨立的通話。數字信道機數量根據鐵路公安作業覆蓋需求進行配置，主要用于在控制中心和便攜臺之間、控制中心和車載臺之間、便攜臺和便攜臺之間轉發語音和數字信令。

（4）車載臺既能用于在基站和便攜臺之間轉發語音和數字信令，又能作為便攜臺用于通話。

（5）移動手持臺可按照需求進行分組，每個手持臺有唯一的ID號碼且可以有多組ID號，通過不同的分組，手持臺可以實現不同分組內的呼叫和數據接收功能。

2.2 系統功能

2.2.1作業分組

根據鐵路公安作業人員的作業模式，將所有鐵路公安按作業分工的不同分成若干個小組，每個小組分配一個組ID號碼。同時每個手持終端均有唯一的ID號碼，手持終端可以分配多個組ID號碼，以便實現加入不同的分組，參與分組作業。

2.2.2語音通信

系統采用集群方式，支持全呼、組呼和私密呼叫等語音通信功能。在進行組呼時，只有同一個小組的人員才可以接聽，不在同一個小組的成員即使在同一個頻道也無法接聽，從而解決了以往客運站無線通信系統用戶不能分組帶來的一呼百應問題，通過按專業將使用對講機的用戶分成更細的小組，可充分滿足鐵路公安作業今后業務發展的需要。

2.2.3數據通信

系統控制中心服務器提供有線接口，能連接至鐵路公安調度通信系統，提供數據傳輸通道，可通過本地鐵路公安局信息中心訪問至公安網相關系統，實現數據查詢功能。通過系統控制中心服務器將常住人口系統、暫住人口系統、流動人口信息系統、網上抓逃系統、出入境信息系統、交通管理系統、印章管理系統等信息發送到各個作業分組人員手持臺，發送方式為組發或選發。

2.2.4網絡管理功能

提供網絡管理終端，實現對系統的網絡監控、配置管理、故障管理和安全管理。

2.3 組網方式

系統的有線網絡采用IP網絡技術，所有網元使用同類型的網絡接口，并以同樣的方式分配地址，每增加一個網元都可看作分配一個有效IP地址的客戶端，易于網絡擴展維護；從互操作角度來看，采用IP網路協議能夠便捷地連接不同的網絡系統，例如：派出所到派出所、派出所到公安處、派出所到公安局等，有效地實現系統間的數據共享。

系統采用星型網絡拓撲接口，以控制中心作為中央節點，各個基站作為子節點，子節點通過點到點的鏈路連接至中央節點，中央節點執行集中式通信控制策略，管理維護整個通信網絡。星型拓撲結構具有網絡接口簡單、組網與擴展靈活、便于集中管理和控制、網絡延時較短、故障診斷方便、子節點故障不會影響整個網絡工作、使用簡單的訪問協議等優點。

3 關鍵技術設計

3.1 頻率配置

同一派出所轄區內基站的接收頻率均為f4，發射頻率按f1、f2、f3交替配置,實現網絡覆蓋，同一派出所轄區內基站都統一使用相同的色碼，相鄰派出所轄區內基站使用不同的色碼進行分組，有效防止巡警在轄區邊界執行任務時所持便攜臺發生越區切換，影響正常通話。巡警所持的便攜臺采用相同的發射頻率f4，對接收頻率采用f1/f2/f3自動掃描的方式實現頻率配置，發生信道切換時需判斷色碼，保證只在本派出所轄區內切換信道；乘警所持的便攜臺采用相同的發射頻率f4，對接收頻率采用f1/f2/ f3自動掃描的方式實現頻率配置，發生信道切換時不需要判斷色碼。頻率配置方案如圖2所示。

圖2 頻率配置方案

3.2 越區切換機制

由于同一派出所轄區內基站的接收頻率采用f4,發射頻率采用f1、f2、f3交替配置，移動終端在工作過程中采用以下越區切換策略：移動終端預設閾值，當移動終端判斷當前鎖定基站的RSSI信號值低于閾值，自動進入信道掃描狀態，當掃描到高于門限值的基站信號時，停止掃描并鎖定該信道完成越區切換。

3.3 車載臺配置

當巡警執行任務時，實際需要通話的地點有可能超出了基站信號的覆蓋范圍，導致便攜臺無法接收到基站信號，例如鐵路沿線的村莊、樹林等。為使巡警在這些地點也能與派出所執勤民警正常通話，需要為巡邏警車配備具有通話和中繼功能的車載臺，在便攜臺和基站之間轉發信號。

本系統中車載臺由兩部電臺組成，如圖3所示。電臺A與基站通信，發送頻率為f4，接收頻率采用f1/f2/f3自動掃描切換的方式實現頻率配置。電臺B以直通模式與便攜臺通信，發射和接收頻率均為f4'。

圖3 車載臺配置方案

巡警使用便攜臺在網絡模式下無法建立通話時，應手動切換到直通模式。在直通模式下，便攜臺的發射和接收頻率均為f4'，通過具有中繼功能的車載臺與基站保持通信，實現通話功能。

4 結束語

本文介紹一種基于DMR數字集群通信技術的鐵路公安數字無線通信系統，重點介紹了系統構成、系統功能、頻率配置、越區切換機制以及車載臺配置等關鍵技術，系統能夠滿足鐵路公安集群語音通信需求，具有組呼、個呼、緊急呼叫、遲后進入、通話錄音等功能，還具有數據功能和網絡管理功能，包括任務管理、位置管理、數據查詢、網絡監控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

[1] 徐小濤．數字集群移動通信系統原理與應用[M]．北京：人民郵電出版社，2008．

[2] 海能達通信股份有限公司．DMR技術白皮書[Z]．深圳：海能達通信股份有限公司，2010．

[3] 李樹廣．數字通信與網絡技術[M]．北京：電子工業出版社，2009．

[4] 鄭祖輝．數字集群移動通信系統[M]．北京：電子工業出版社，2008．

[5] 謝永軍．基于DMR數字集群通信技術的研究[D] ．北京：北京郵電大學，2009．

責任編輯 陳 蓉

Digital Wireless Communication System for railway public security

ZHANG Bin
( Department of Science and Technology Management, Shuohuang Railway Development Co. Ltd., Suning 062350, China )

This article introduced the Digital Wireless Communication System for railway public security based on DMR digital cluster communication technology, focused on the key technologies such as system structure, system function, frequency allocation, handoff mechanism, and vehicle conf i guration. The DMR technology used in the system could effectively improve the spectrum utilization rate, saved the precious frequency resources, and implemented the high quality long distance communication. This System could meet the needs of high quality voice communication, support data transmission, be powerful for data communication function.

DMR technology; cluster voice communication; railway public security; Wireless Communication System

U285.2∶TP39

A

1005-8451（2015）12-0054-05

2015-04-27

張 斌，工程師。