PDT系統(tǒng)群組技術(shù)在昆明高鐵南站室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用

譚曦東，師永明，張 明，楊河山

（1.云南省昆明市公安局科技信息化支隊，昆明 650011；2.海能達通信股份有限公司，深圳 518057）

1 引言

昆明市公安局警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)（以下簡稱“PDT系統(tǒng)”），在日常警務(wù)通信、大型警保衛(wèi)任務(wù)通信保障等工作中發(fā)揮了重要的作用。PDT標(biāo)準(zhǔn)是由中國公安部牽頭制定的，具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的集群通信標(biāo)準(zhǔn)。PDT數(shù)字集群系統(tǒng)采用大區(qū)制技術(shù)，通常情況下用較少的基站可以覆蓋較大范圍。公安部全國聯(lián)網(wǎng)《警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作方案》要求地級市重點任務(wù)區(qū)域PDT基站信號覆蓋達到100%，但是隨著城市的發(fā)展，部分區(qū)域集群系統(tǒng)信號覆蓋不夠理想，形成部分信號弱區(qū)甚至是信號盲區(qū)，影響了警務(wù)通信的暢通。這些重點區(qū)域不能通過傳統(tǒng)的新增基站的方式來解決信號盲點的問題[1]-[3]。

2 昆明高鐵南站通信需求分析

昆明高鐵南站是國家重點建設(shè)項目，是呈貢新區(qū)主要的標(biāo)志建筑，規(guī)劃建設(shè)30站臺面30線的大型客運站，是8條鐵路入滇、4條鐵路出境的重要樞紐，主要服務(wù)于云南高鐵，同時將地鐵1號線、4號線引入，日均客流量2萬人，形成集鐵路、地鐵、公交、出租、商圈等市政交通設(shè)施為一體的特大型綜合交通樞紐。

昆明市呈貢區(qū)已建設(shè)張官山基站、云南白藥廠基站、松茂基站，信號能覆蓋昆明高鐵南站周邊外圍片區(qū)，但由于南站建筑面積大，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用材新穎，集群信號經(jīng)過空間傳播損耗、軌道上空電磁場干擾、穿透損耗等衰減后，到達室內(nèi)的信號比較弱，形成信號覆蓋弱區(qū)、盲區(qū)；同時在前期測試中發(fā)現(xiàn)，高鐵南站與軌道交通換乘區(qū)、室內(nèi)停車場部分區(qū)域、售票區(qū)出現(xiàn)已建基站下行信號很好的情況下卻無法發(fā)起呼叫，顯示系統(tǒng)繁忙，經(jīng)檢測為強電磁干擾。為解決上述問題，昆明市局建設(shè)一套數(shù)字集群群組基站，對昆明高鐵南站室外、室內(nèi)進行信號全覆蓋，終端進出車站不再需要越區(qū)切換，來解決昆明高鐵南站的站區(qū)、換乘區(qū)、地下室商城、地下停車區(qū)、樓梯間等信號弱區(qū)、盲區(qū)及強電磁干擾無法上呼的問題，滿足公安日常勤務(wù)指揮調(diào)度、反恐維穩(wěn)及重大活動安保的需求。

3 群組技術(shù)概述

3.1 群組技術(shù)原理

群組技術(shù)使用一對或少數(shù)幾個頻點，將多個參數(shù)相同的PDT基站組成一個基站群組，共同完成某一區(qū)域無線信號的增強覆蓋，這些相同的參數(shù)包括：載波數(shù)量、載波頻率、基站位置識別碼、控制信道參數(shù)等。對于終端來說，這些參數(shù)相同的群組基站邏輯上相當(dāng)于一個基站，所實現(xiàn)的功能與在一個標(biāo)準(zhǔn)基站相同，這些基站組成的區(qū)域稱為群組基站區(qū)域，即同頻集群區(qū)[4]。

群組基站區(qū)別于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)PDT基站主要有以下兩項差異：一是頻點相同，群組基站區(qū)域內(nèi)的基站所用頻點完全相同；二是GNSS指標(biāo)要求高于標(biāo)準(zhǔn)基站。群組基站區(qū)域中的所有基站在GNSS失鎖后，晶振24小時守時，標(biāo)準(zhǔn)基站不做要求。

3.2 群組基站優(yōu)勢

（1）跨基站無縫漫游。群組基站采用相同的發(fā)射頻率和接收頻率，移動用戶在跨基站漫游時不需要進行越區(qū)切換，不用進行位置登記。系統(tǒng)根據(jù)信號質(zhì)量的優(yōu)劣動態(tài)選擇信號源，保證在跨基站漫游業(yè)務(wù)中不會出現(xiàn)掉話、丟字等現(xiàn)象，從而實現(xiàn)基站無縫漫游，徹底解決PDT數(shù)字集群的越區(qū)切換問題。

（2）故障弱化。群組系統(tǒng)的各個基站在鏈路中斷的情況下自動轉(zhuǎn)入單基站中轉(zhuǎn)工作模式，工作頻點、時隙不變，射頻功率按預(yù)先設(shè)置值調(diào)整，不影響相鄰的同頻基站。同時故障區(qū)域具備基本的區(qū)域內(nèi)通信能力。

3.3 技術(shù)難點

群組系統(tǒng)全系統(tǒng)使用一對或少數(shù)幾個頻點，這種頻率使用方式效率高且終端不需要越區(qū)切換，但需解決重疊覆蓋區(qū)內(nèi)的干擾問題。重疊覆蓋區(qū)內(nèi)的問題有兩個方面：

圖1 群組基站信號重疊區(qū)域

一是同頻干擾，終端在重疊覆蓋區(qū)內(nèi)收到來自多個基站的下行信號，它們頻率相同，若相位、幅值不符合要求，將會互相干擾，從而影響終端信干噪比，導(dǎo)致終端不能有效解析收到的信號。群組基站利用GPS/北斗時鐘給上傳的語音包標(biāo)識一個發(fā)射時間，發(fā)射基站的GPS/北斗時間運行到標(biāo)識時間時則發(fā)射語音包，因此可以保證不同基站同步發(fā)射，解決群組基站重疊覆蓋區(qū)域同頻干擾問題[5]。

二是多路上行信號判選，重疊覆蓋區(qū)內(nèi)終端的上行信號將被多個基站捕獲，系統(tǒng)需在這些包含相同信息的上行信號中做出判選。

群組基站通過物理選址隔離及GPS/北斗嚴(yán)格時鐘同步的方式，動態(tài)判選多群組基站之間的接收到的信號，完成上行信號判選。

具體來講，多路數(shù)字信號時延超過0.25個符號長度將無法解析。PDT的碼元速率為9.6kb/s，其采用4FSK調(diào)制方式，符號速率為4.8kb/s，0.25個符號長度即為52μs的時延。當(dāng)兩個信號相對時延超過要求，信號將出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾噪音，而數(shù)字信號將無法解碼。根據(jù)國際無線電咨詢委員會（CCIR）建議，當(dāng)有用信號與干擾信號同為調(diào)頻方式時，射頻通道的保護比應(yīng)為8±3dB。一般，兩信號幅度差小于8dB時，相互干擾就不可忽略。

4 群組技術(shù)解決昆明高鐵南站PDT信號覆蓋問題

4.1 群組基站建設(shè)情況

昆明高鐵南站通過建設(shè)一套室外基站和三套室內(nèi)基站組成群組基站，實現(xiàn)昆明高鐵南站室內(nèi)室外無盲區(qū)全覆蓋，基站拓撲圖如圖2所示：

圖2 昆明高鐵南站基站拓撲圖

昆明高鐵南站西北面建設(shè)一套4載頻室外基站，主要用于覆蓋東、西廣場室外空間和周邊道路、西廣場聯(lián)勤指揮中心、鐵路公安南站派出所辦公區(qū)、昆明市公安局呈貢高鐵南站營區(qū)、呈貢分局白龍?zhí)杜沙鏊戎攸c辦公區(qū)域。外場實際測試以上覆蓋區(qū)域?qū)嶋H信號強度：-75dB，語音信號清晰流利。室內(nèi)基站1：在昆明高鐵南站主樓機房建設(shè)一套4載頻基站，信號覆蓋主樓、候車廳、軌形區(qū)、貴賓候車廳、隧道等區(qū)域。

室內(nèi)基站2：在昆明高鐵南站西廣場建設(shè)一套4載頻基站，信號覆蓋昆明高鐵南站西廣場南部地下商場負一、負二層和地面高層建筑一二層室內(nèi)區(qū)域。室內(nèi)基站3：將原軌道交通1號線昆明南火車站4載頻傳統(tǒng)基站改造成為群組基站，與主樓基站、地下商場基站組成群組，信號覆蓋換乘區(qū)通道、落客區(qū)和停車場。

4.2 實際應(yīng)用效果

經(jīng)改造后的昆明高鐵南站室內(nèi)室外信號強度如下，昆明高鐵南站室內(nèi)室外信號強度不低于-70dB，室內(nèi)室外跨基站呼叫效果良好，樓層間切換流暢無語音延遲。具體覆蓋對比情況如表1～表3所示。昆明高鐵南站室內(nèi)室外群組基站通過傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚至昆明市公安局，從而形成一張同頻覆蓋區(qū)域，群組基站符合公安部PDT系統(tǒng)全國互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)及后續(xù)全國調(diào)度聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。云南省甚至全國其他各地市的終端在昆明高鐵南站也能夠順暢的通信，做到自動漫游、無縫切換，既能及時向上級匯報情況也能及時接受任務(wù)安排，做到更加高效地開展處警任務(wù)。

表1 主樓基站覆蓋前后對比表

表2 原火車站基站覆蓋前后對比表

表3 西廣場基站覆蓋前后對比表

5 結(jié)束語

隨著城市的發(fā)展，高層建筑及大型單體建筑物的增多，原大區(qū)制的PDT系統(tǒng)在城市覆蓋中會出現(xiàn)越來越多的信號覆蓋盲區(qū)及弱區(qū)，嚴(yán)重影響警務(wù)指揮調(diào)度語音通信需求，群組基站技術(shù)憑借其占用頻點資源少，無縫漫游，群組故障弱化等優(yōu)勢在以后應(yīng)用越來越廣泛，昆明高鐵南站項目給全國其他地區(qū)大型綜合體建筑物PDT信號覆蓋提供思路。