警用數字集群通信系統（PDT）系統網絡覆蓋設計

鄧俊瓊

（中國聯通海南省分公司 系統集成公司，海口 570228）

1 項目背景

為滿足公安機關無線通信的數字化需求，推動公安機關無線通信模擬系統向數字系統的平滑過渡，解決警用無線通信加密問題和重點地區頻率緊張等問題。在模擬系統向數字系統平滑過渡期間，確保模擬同播系統與PDT數字集群系統的資源共享，減少網絡的重復建設投入，互為備份，雙網并行，建設警用數字集群通信系統對于公安機關在日常的通信指揮、調度工作中具有十分重要的意義。

2 警用數字集群通信系統“十三五”建設要求

公安部在“十三五”建設要求中指出：結合目前的公安工作形勢，當前和今后一個時期的公安無線通信工作要堅持以科學發展觀為統領，以提升公安機關的“四個能力’和“兩個水平”為出發點，緊緊圍繞公安中心工作，適應動態化信息化條件下公安工作總要求，堅持“統一規劃、統一標準、分級管理”的原則，以向數字化過渡為專網建設重點，立足當前、著眼長遠、突出重點、協調發展、服務實戰，進一步建設和完善省、市、縣、鄉（鎮）四級指揮通信系統和現場通信保障手段，建立健全安全可靠、反應靈敏、協調有序、高效暢通的公安指揮通信機制，為各級公安機關提供全方位、全天候、全過程的信息通信安全保障服務，滿足公安機關在處置各類應急突發事件和維護穩定、打擊犯罪、反恐處突等方面指揮調度通信的需要。因地制宜、開拓創新，推動公安無線通信的長遠發展，努力開創無線通信建設、應用、管理的新局面。

3 警用350兆無線通信系統現狀

原有350兆無線通信系統基礎設施主要依托于350兆模擬同播通信網，主要應用于警衛、交警、消防、日常一線指揮，也作為警務的指揮網使用，為各項警務活動提供了無線通信保障服務。該系統不僅在治安巡防、交通管理等日常工作中發揮重要作用，更是在大型警衛保衛活動中為公安機關圓滿完成安保任務提供了可靠的通信保障。公安無線通信已成為各級公安機關指揮調度、通信保障中不可或缺的工具，在公安機關處理日常警務、重大警（保）衛活動、應急處突中發揮了不可替代的作用。

4 警用350兆模擬同播通信網存在的問題

目前的350兆警用無線同頻同播通信系統；該模擬通信系統在公安的各項重大活動安全保衛、應急突發事件處置、重要人物的安全警衛、交通管理、搶險救災以及日常警務工作中發揮了重要的作用，隨著公安維穩處突工作任務日益加重，現有模擬系統逐漸暴露出以下問題：

（1）原有網絡老化。

（2）信息化發展要求。

（3）頻率資源緊缺。

（4）無線覆蓋不足。

（5）話務容量不足。

（6）抗干擾能力差。

（7）擴展應用功能差。

（8）安全保密性差。

（9）應急響應能力差。

針對以上存在的問題，新一代的警用數字集群（簡稱PDT）通信系統可以解決存在的問題，為此，如何設計警用數字集群（簡稱PDT）通信系統的信號覆蓋就顯得尤為重要。

5 警用數字集群（簡稱PDT）通信系統信號覆蓋的設計

以一個300萬人口規模的城市，面積150平方公里，中小型規模的城市，結合原有城區的地形地貌特點；根據警用數字集群（簡稱PDT）通信系統的建設目標，利用無線網絡仿真軟件ATOLL，對新建一套警用數字集群（簡稱PDT）通信系統網絡進行計算機仿真作業，制作仿真覆蓋效果，確定原有基站數量以及基站位置，然后選擇典型基站進行實地現場測試，驗證仿真效果與實地測試的差異，合理設計基站數量及基站位置，達到室外和關鍵區域實現覆蓋率95%的警用數字集群（簡稱PDT）通信系統網絡。

5.1 仿真軟件及地圖的選取

采用無線網絡仿真軟件ATOLL用于350兆無線電模擬仿真和無線電系統性能評估，繪制基站覆蓋范圍。

借助當地可用的經緯度、地形海拔數據，仿真軟件可生成灰白色系的X光照、彩色系的虛擬區域地圖，供仿真使用。仿真背景圖可與其它掃描的地圖、衛星拍攝的圖片等疊加合成，以便更直觀的觀察仿真繪圖區域。

基站小區覆蓋半徑與發射功率和無線傳播損耗密切相關。除傳播外，建筑物所引起的陰影損耗，高建筑物的反射，天線、基站和移動臺的高度以及道路、樹木都將影響路徑損耗的中值和偏差，因而小區覆蓋半徑由計算所得損耗和實際地形共同決定。上行小區半徑設計應保證接收來自小區邊緣移動臺有用信號滿足基站要求。

警用數字集群（簡稱PDT）通信系統是時分多址通信系統，其下行覆蓋半徑由基站發射功率以及移動臺接收靈敏度來決定，其上行覆蓋半徑由移動臺發射功率和基站接收靈敏度來決定。

基站小區覆蓋半徑設計原則為上、下行鏈路平衡，即保證設計的上、下行小區邊界能夠閉合，兩數值相同。若設計的下行鏈路小區覆蓋半徑較大，則在小區邊緣下行信號較強，有可能造成對鄰近小區的干擾過大，還有可能使得上行信號過低影響通信。因此應確定各種技術指標，根據上下行鏈路平衡的原則計算鏈路的路徑損耗，進一步確定小區覆蓋范圍。

在確定相關參數后，測算出從基站到手機的最大允許的路徑損耗，再參照合適的模型計算出基站的覆蓋范圍。

本設計采用在國內應用廣泛的無線網絡仿真軟件ATOLL的標準傳播模型“OkumuraHata模型”。Hata-Okumuram模型也是根據實測數據建立的模型，該模型提供的數據較齊全，應用較廣泛，適用于VHF和UHF頻段。該模型的特點是：以準平坦地形大城市地區的場強中值路徑損耗作為基準，對不同的傳播環境和地形條件等因素用校正因子加以修正。適用于150MHz-1920MHz，距離1～100km，天線高度30～1000m的范圍，以下是關于該標準傳播模型的描述：

當移動臺的高度為典型值為hr=1.5m時，按Hata-Okumura模型計算路徑損耗的公式為：

Lb=69.55+26.16lgf-13.82lghb-α（hm）+（44.9-6.55lghb）lgd[1]

式中，Lb為市區準平滑地形電波傳播損耗中值（dB）；f為工作頻率（MHz）；hb為基站天線有效高度（m）；hm為移動臺天線有效高度（m）；d為移動臺與基站之間的距離（km）；α（hm）為移動臺天線高度因子。

5.2 軟件中無線通信參數的設置

根據公安部《警用數字集群（PDT）通信系統總體技術規范》中“信道設備基本性能指標”要求信道機每載頻最大輸出功率50W，本次PDT測試基站輸出功率定為50W，PDT數字手持機功率3W，測試頻率為362.525/352.525MHz。

根據公安無線專網的普遍情況，設定仿真參數如下表：

5.3 運用Atoll網絡規劃軟件對本次設計規劃站點做覆蓋仿真效果圖

5.4 機場、車站、碼頭等重要場所的基站的室內分布

機場、車站、碼頭等重要場所，場所大部分都屬地下車站，分地下兩層，地下一層為站廳層（候車區），與換乘通道連通；地下二層為站臺層，主要是機車行車區和上下旅客區。站廳層到站臺層由步梯和電梯相聯通。與站廳層相連接的換乘通道，部分通道的另一端是機場航站樓。站內設置如同地鐵站設置。旅客應等列車停穩，安全門自動打開后，按照車票上標明的站臺、車廂對號上車。車站共有4條股道（含2條正線），位于最底下的站臺層，中間兩條股道為主車道，南北兩端的兩條股道為到車道，4部火車可同時匯集在此地，中間停靠不超過2分鐘。

同時機場站也是警保衛的重點區域，不管是“五一”、“十一”黃金周都是人流密集以及安保的重要交通場所，故本次采用一套室內固定基站對機場站的站廳層（候車區）和站臺層進行室內無線通信信號覆蓋。

覆蓋區域現狀：站廳層（候車區）區域成方形，長、寬不大于50米；

島式車站站臺層區域成長方形，站臺寬度小于30米、長度不大于300米；機場與站廳層相連接的換乘通道全長320米，寬度不大于30米。故本次考慮采用板狀天線覆蓋。

3.4.1 場強覆蓋指標要求

信噪比：在場強覆蓋區內，無線接收機音頻輸出端的信號噪聲比不小于20dB。

可靠性：在滿足信噪比的要求下，場強覆蓋的地點、時間可靠概率在覆蓋區段不小于95%。

邊緣場強覆蓋指標：大于-90dBm。

3.4.2 覆蓋設計的系統及設備取值參考

（1）系統工作頻點

（2）設備發射功率、接收靈敏度

（3）功分器及耦合器技術參數

（4）室內及室外天線技術參數

（5）射纜及漏泄電纜技術參數

（6）路徑損耗及設備取值

要充分考慮無線電波傳播涉及到極化、穿透、反射效應及其路徑損耗取值，路徑損耗及設備取值分析如下：

移動終端邊緣場強最小接收電平=-103+5+2+6=-90dB

因此：在滿足噪聲比和可靠性（覆蓋區時間地點覆蓋概率為95%）的要求下，最小接收電平取以下參數：

從覆蓋設計的可靠性考慮，有效的場強覆蓋面積，應使基站至移動終端下行與移動終端至基站上行的邊緣場強覆蓋電平余量達致平衡。

由于上、下行通道電纜路徑損耗參數基本相同，所以上、下行通道鏈路預算主要體現在電波傳播路徑損耗方面。

針對本工程基站參數的設定和調整如下：

在滿足邊緣場強覆蓋所需余量的同時應兼顧滿足電磁環境衛生要求：室內天線端口功率要求≤10dBm。

結束語：通過使用無線網絡仿真軟件ATOLL的標準模型“OkumuraHata模型”和實際項目中的設計結果，警用數字集群通信系統的信號覆蓋設計達到建設目標的要求，滿足公安機關對警用數字集群通信系統的需求。