張 斌

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 科技信息部，肅寧 062350）

鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)的研究

張 斌

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 科技信息部，肅寧 062350）

介紹一種基于DMR數(shù)字集群通信技術(shù)的鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能、頻率配置、越區(qū)切換機(jī)制以及車(chē)載臺(tái)配置等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)所采用的DMR技術(shù)可以有效提高頻譜利用率，節(jié)約頻率資源，同時(shí)其很強(qiáng)的抗信號(hào)衰落能力能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。本系統(tǒng)可以滿足鐵路公安高質(zhì)量語(yǔ)音通信需求外，還支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信功能，有助于推動(dòng)鐵路公安信息化建設(shè)。

DMR技術(shù)；集群語(yǔ)音通信；鐵路公安；無(wú)線通信系統(tǒng)

鐵路公安作為維護(hù)鐵路治安穩(wěn)定的重要部門(mén)，在確保鐵路運(yùn)輸安全方面發(fā)揮著重大作用，建設(shè)一套功能完備、技術(shù)先進(jìn)的鐵路公安調(diào)度通信系統(tǒng)有助于提高鐵路公安調(diào)度指揮通信能力，更好地發(fā)揮快速處置各種突發(fā)事件、高效配置警力的作用。

本文采用DMR（Digital Mobile Radio）數(shù)字集群通信技術(shù)設(shè)計(jì)鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)。DMR數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)是歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）為了滿足中低端專業(yè)及商業(yè)用戶對(duì)移動(dòng)通信的需要而設(shè)計(jì)、制訂的開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)。DMR標(biāo)準(zhǔn)采用雙時(shí)隙（TDMA）多址方式，在現(xiàn)有的全球已授權(quán)地面移動(dòng)頻率波段所使用的12.5 kHz信道間隔運(yùn)行，并滿足未來(lái)對(duì)6.25 kHz通道均衡的監(jiān)管要求、4FSK調(diào)制方式、數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kb/s。DMR具有高效利用頻譜資源，大區(qū)制組網(wǎng)方式，兼容模擬常規(guī)的優(yōu)點(diǎn)。其業(yè)務(wù)功能豐富，可擴(kuò)展，向后兼容，同時(shí)系統(tǒng)和終端成本較低，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度較快，總體運(yùn)維成本較低。

主要目的是指定復(fù)雜程度低、可負(fù)擔(dān)得起的數(shù)字系統(tǒng)，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和其他輔助服務(wù)。此標(biāo)準(zhǔn)共分3個(gè)階段：免費(fèi)頻段的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn),數(shù)字常規(guī)，集群階段。

DMR技術(shù)采用雙時(shí)隙時(shí)分多址（TDMA）方式，可使單個(gè)12.5 kHz信道支持2個(gè)同步或獨(dú)立的通話，有效提高頻譜利用率，節(jié)約頻率資源，同時(shí)其很強(qiáng)的抗信號(hào)衰落能力實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。系統(tǒng)能滿足鐵路公安高質(zhì)量語(yǔ)音通信需求，還支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信功能，實(shí)現(xiàn)鐵路公安通信手段的多樣化，進(jìn)一步推動(dòng)鐵路公安信息化建設(shè)。

1 現(xiàn)狀及需求分析

1.1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，鐵路公安無(wú)線通信系統(tǒng)采用模擬常規(guī)轉(zhuǎn)信臺(tái)方式或模擬對(duì)講機(jī)直通的方式實(shí)現(xiàn)，目前我國(guó)的鐵路公安無(wú)線通信系統(tǒng)基本上采用400 MHz模擬無(wú)線系統(tǒng)，運(yùn)用常規(guī)轉(zhuǎn)信臺(tái)方式或模擬對(duì)講機(jī)直通的方式實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)存在著通信技術(shù)落后、頻率干擾嚴(yán)重、信道少、發(fā)起呼叫困難、覆蓋盲區(qū)多且語(yǔ)音不清晰等問(wèn)題。且各個(gè)區(qū)間和路段進(jìn)行孤立通信，功能單一，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，只能僅僅滿足區(qū)域通話需求，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)派出所到派出所，派出所到上級(jí)機(jī)關(guān)，乘警與地面機(jī)關(guān)的互聯(lián)互通，同時(shí)在應(yīng)對(duì)重大事件也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)全路的調(diào)度指揮，難以發(fā)揮高效的協(xié)調(diào)作戰(zhàn)指揮能力。

根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)450～470 MHz頻段無(wú)線電發(fā)射設(shè)備管理的通知》和《工業(yè)和信息化部關(guān)于無(wú)線電臺(tái)站規(guī)范化管理若干問(wèn)題的通知》，國(guó)家調(diào)整無(wú)線電頻率資源運(yùn)用規(guī)劃，鐵路無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)使用的450～470 MHz頻率將被收回。

目前新建鐵路一般均新設(shè)GSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)，但由于GSM-R系統(tǒng)頻率資源及帶寬有限，只能保障鐵路行車(chē)調(diào)度作業(yè)的通信需求，鐵路公安的通信往往無(wú)法納入GSM-R系統(tǒng)。

1.2 鐵路公安作業(yè)對(duì)無(wú)線系統(tǒng)的需求

1.2.1各類(lèi)作業(yè)人員通信需求

通過(guò)調(diào)研，根據(jù)鐵路公安的作業(yè)模式及通信需求，鐵路公安系統(tǒng)作業(yè)人員主要可以分為3類(lèi)：派出所執(zhí)勤民警、派出所巡警和乘警。

派出所執(zhí)勤民警的通信需求：派出所執(zhí)勤民警之間的語(yǔ)音通信以及他們和派出所值班臺(tái)之間的語(yǔ)音通信。

派出所巡警的通信需求：派出所巡警之間的語(yǔ)音通信、派出所巡警和執(zhí)勤民警以及他們和派出所值班臺(tái)之間的語(yǔ)音通信。

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

1.2.2指揮調(diào)度需求

各派出所值班室設(shè)置無(wú)線調(diào)度臺(tái)，實(shí)現(xiàn)派出所值班調(diào)度臺(tái)對(duì)轄區(qū)內(nèi)作業(yè)手持臺(tái)的呼叫管理，同時(shí)提供全網(wǎng)的通話錄音及監(jiān)聽(tīng)。

1.2.3治安信息發(fā)送需求

各派出所值班室設(shè)置無(wú)線調(diào)度臺(tái)可以將人員作業(yè)分配、到發(fā)列車(chē)信息及相關(guān)安保等信息通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)發(fā)送給相關(guān)分組作業(yè)人員的手持臺(tái)。

1.2.4應(yīng)急通信需求

考慮到諸如地震、火災(zāi)及大規(guī)模群體性事件等突發(fā)性事件時(shí)有發(fā)生，在緊急情況下，可啟動(dòng)全路范圍內(nèi)的應(yīng)急組通信，并能通過(guò)設(shè)置在公安派出所值班室內(nèi)的無(wú)線調(diào)度臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一調(diào)度，參與應(yīng)急作業(yè)。

1.2.5無(wú)線覆蓋需求

實(shí)現(xiàn)沿線鐵路公安工作區(qū)域以及各個(gè)車(chē)站范圍內(nèi)的無(wú)線通信全覆蓋。

因此，根據(jù)鐵路公安系統(tǒng)作業(yè)現(xiàn)狀及以上的需求，建設(shè)一套專用于重載鐵路管理的數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1.3 系統(tǒng)功能

語(yǔ)音功能包括組呼、個(gè)呼、緊急呼叫、遲后進(jìn)入、通話錄音等。數(shù)據(jù)功能包括任務(wù)管理、位置管理、數(shù)據(jù)查詢等。網(wǎng)絡(luò)管理功能包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

2 鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)

本系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)和IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)，空口傳輸采用DMR數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)，其TDMA傳輸方式有效地提高了頻譜利用率，同時(shí)其糾錯(cuò)編碼等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，具有很強(qiáng)的抗信號(hào)衰落的能力，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離傳輸；有線通信網(wǎng)絡(luò)采用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其通用性使得系統(tǒng)具有良好的互聯(lián)互通、擴(kuò)展升級(jí)能力，實(shí)現(xiàn)了多信道共用和多區(qū)域聯(lián)網(wǎng)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以派出所為基本單位，采用集中式控制方式的單區(qū)多基站系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由控制中心服務(wù)器、無(wú)線調(diào)度臺(tái)、數(shù)字基站、車(chē)載臺(tái)（通話和中繼）和便攜臺(tái)等構(gòu)成。派出所安裝控制中心服務(wù)器和無(wú)線調(diào)度臺(tái)，派出所轄區(qū)內(nèi)的鐵路沿線安裝基站，警車(chē)安裝車(chē)載臺(tái)，巡警和乘警配置便攜臺(tái)?？刂浦行姆?wù)器和基站之間采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸數(shù)字化語(yǔ)音和數(shù)字信令。有線操作臺(tái)、基站、車(chē)載臺(tái)和便攜臺(tái)之間采用無(wú)線方式傳送數(shù)字化語(yǔ)音和信令。

系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

圖1 鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)成圖

（1）控制中心服務(wù)器是系統(tǒng)的核心單元，主要負(fù)責(zé)通信系統(tǒng)的交換、控制與管理，實(shí)現(xiàn)用戶終端的鑒權(quán)、注冊(cè)、呼叫（語(yǔ)音呼叫、數(shù)據(jù)呼叫）的建立和接續(xù)控制提供呼叫路由器、語(yǔ)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(diào)度通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信和有線通信系統(tǒng)的互聯(lián)；提供豐富的數(shù)據(jù)功能，其任務(wù)管理系統(tǒng)和位置管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)派出所成員的任務(wù)管理和位置管理；提供數(shù)據(jù)傳輸通道，可通過(guò)本地鐵路公安局信息中心訪問(wèn)至公安網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)（包括常住人口系統(tǒng)、暫住人口系統(tǒng)、流動(dòng)人口信息系統(tǒng)、網(wǎng)上抓逃系統(tǒng)、出入境信息系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、印章管理系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢功能；提供網(wǎng)絡(luò)管理終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、配置管理、故障管理和安全管理。

（2）無(wú)線調(diào)度臺(tái)用于派出所執(zhí)勤值班民警通過(guò)全呼與組呼負(fù)責(zé)派出所管轄范圍內(nèi)所有移動(dòng)終端的作業(yè)調(diào)度。

（3）數(shù)字通信基站由信道機(jī)和天饋單元組成。每個(gè)信道機(jī)使用單個(gè) 12.5 kHz 信道，支持2個(gè)同步或獨(dú)立的通話。數(shù)字信道機(jī)數(shù)量根據(jù)鐵路公安作業(yè)覆蓋需求進(jìn)行配置，主要用于在控制中心和便攜臺(tái)之間、控制中心和車(chē)載臺(tái)之間、便攜臺(tái)和便攜臺(tái)之間轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)音和數(shù)字信令。

（4）車(chē)載臺(tái)既能用于在基站和便攜臺(tái)之間轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)音和數(shù)字信令，又能作為便攜臺(tái)用于通話。

（5）移動(dòng)手持臺(tái)可按照需求進(jìn)行分組，每個(gè)手持臺(tái)有唯一的ID號(hào)碼且可以有多組ID號(hào)，通過(guò)不同的分組，手持臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)不同分組內(nèi)的呼叫和數(shù)據(jù)接收功能。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1作業(yè)分組

根據(jù)鐵路公安作業(yè)人員的作業(yè)模式，將所有鐵路公安按作業(yè)分工的不同分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組分配一個(gè)組ID號(hào)碼。同時(shí)每個(gè)手持終端均有唯一的ID號(hào)碼，手持終端可以分配多個(gè)組ID號(hào)碼，以便實(shí)現(xiàn)加入不同的分組，參與分組作業(yè)。

2.2.2語(yǔ)音通信

系統(tǒng)采用集群方式，支持全呼、組呼和私密呼叫等語(yǔ)音通信功能。在進(jìn)行組呼時(shí)，只有同一個(gè)小組的人員才可以接聽(tīng)，不在同一個(gè)小組的成員即使在同一個(gè)頻道也無(wú)法接聽(tīng)，從而解決了以往客運(yùn)站無(wú)線通信系統(tǒng)用戶不能分組帶來(lái)的一呼百應(yīng)問(wèn)題，通過(guò)按專業(yè)將使用對(duì)講機(jī)的用戶分成更細(xì)的小組，可充分滿足鐵路公安作業(yè)今后業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

2.2.3數(shù)據(jù)通信

系統(tǒng)控制中心服務(wù)器提供有線接口，能連接至鐵路公安調(diào)度通信系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)傳輸通道，可通過(guò)本地鐵路公安局信息中心訪問(wèn)至公安網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢功能。通過(guò)系統(tǒng)控制中心服務(wù)器將常住人口系統(tǒng)、暫住人口系統(tǒng)、流動(dòng)人口信息系統(tǒng)、網(wǎng)上抓逃系統(tǒng)、出入境信息系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、印章管理系統(tǒng)等信息發(fā)送到各個(gè)作業(yè)分組人員手持臺(tái)，發(fā)送方式為組發(fā)或選發(fā)。

2.2.4網(wǎng)絡(luò)管理功能

提供網(wǎng)絡(luò)管理終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、配置管理、故障管理和安全管理。

2.3 組網(wǎng)方式

系統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)采用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，所有網(wǎng)元使用同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)接口，并以同樣的方式分配地址，每增加一個(gè)網(wǎng)元都可看作分配一個(gè)有效IP地址的客戶端，易于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展維護(hù)；從互操作角度來(lái)看，采用IP網(wǎng)路協(xié)議能夠便捷地連接不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享。

系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣涌?，以控制中心作為中央?jié)點(diǎn)，各個(gè)基站作為子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接至中央節(jié)點(diǎn)，中央節(jié)點(diǎn)執(zhí)行集中式通信控制策略，管理維護(hù)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有網(wǎng)絡(luò)接口簡(jiǎn)單、組網(wǎng)與擴(kuò)展靈活、便于集中管理和控制、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較短、故障診斷方便、子節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作、使用簡(jiǎn)單的訪問(wèn)協(xié)議等優(yōu)點(diǎn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 頻率配置

同一派出所轄區(qū)內(nèi)基站的接收頻率均為f4，發(fā)射頻率按f1、f2、f3交替配置,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，同一派出所轄區(qū)內(nèi)基站都統(tǒng)一使用相同的色碼，相鄰派出所轄區(qū)內(nèi)基站使用不同的色碼進(jìn)行分組，有效防止巡警在轄區(qū)邊界執(zhí)行任務(wù)時(shí)所持便攜臺(tái)發(fā)生越區(qū)切換，影響正常通話。巡警所持的便攜臺(tái)采用相同的發(fā)射頻率f4，對(duì)接收頻率采用f1/f2/f3自動(dòng)掃描的方式實(shí)現(xiàn)頻率配置，發(fā)生信道切換時(shí)需判斷色碼，保證只在本派出所轄區(qū)內(nèi)切換信道；乘警所持的便攜臺(tái)采用相同的發(fā)射頻率f4，對(duì)接收頻率采用f1/f2/ f3自動(dòng)掃描的方式實(shí)現(xiàn)頻率配置，發(fā)生信道切換時(shí)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(qū)切換機(jī)制

由于同一派出所轄區(qū)內(nèi)基站的接收頻率采用f4,發(fā)射頻率采用f1、f2、f3交替配置，移動(dòng)終端在工作過(guò)程中采用以下越區(qū)切換策略：移動(dòng)終端預(yù)設(shè)閾值，當(dāng)移動(dòng)終端判斷當(dāng)前鎖定基站的RSSI信號(hào)值低于閾值，自動(dòng)進(jìn)入信道掃描狀態(tài)，當(dāng)掃描到高于門(mén)限值的基站信號(hào)時(shí)，停止掃描并鎖定該信道完成越區(qū)切換。

3.3 車(chē)載臺(tái)配置

當(dāng)巡警執(zhí)行任務(wù)時(shí)，實(shí)際需要通話的地點(diǎn)有可能超出了基站信號(hào)的覆蓋范圍，導(dǎo)致便攜臺(tái)無(wú)法接收到基站信號(hào)，例如鐵路沿線的村莊、樹(shù)林等。為使巡警在這些地點(diǎn)也能與派出所執(zhí)勤民警正常通話，需要為巡邏警車(chē)配備具有通話和中繼功能的車(chē)載臺(tái)，在便攜臺(tái)和基站之間轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。

本系統(tǒng)中車(chē)載臺(tái)由兩部電臺(tái)組成，如圖3所示。電臺(tái)A與基站通信，發(fā)送頻率為f4，接收頻率采用f1/f2/f3自動(dòng)掃描切換的方式實(shí)現(xiàn)頻率配置。電臺(tái)B以直通模式與便攜臺(tái)通信，發(fā)射和接收頻率均為f4'。

圖3 車(chē)載臺(tái)配置方案

巡警使用便攜臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)模式下無(wú)法建立通話時(shí)，應(yīng)手動(dòng)切換到直通模式。在直通模式下，便攜臺(tái)的發(fā)射和接收頻率均為f4'，通過(guò)具有中繼功能的車(chē)載臺(tái)與基站保持通信，實(shí)現(xiàn)通話功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹一種基于DMR數(shù)字集群通信技術(shù)的鐵路公安數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能、頻率配置、越區(qū)切換機(jī)制以及車(chē)載臺(tái)配置等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)能夠滿足鐵路公安集群語(yǔ)音通信需求，具有組呼、個(gè)呼、緊急呼叫、遲后進(jìn)入、通話錄音等功能，還具有數(shù)據(jù)功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括任務(wù)管理、位置管理、數(shù)據(jù)查詢、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

[1] 徐小濤．?dāng)?shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，2008．

[2] 海能達(dá)通信股份有限公司．DMR技術(shù)白皮書(shū)[Z]．深圳：海能達(dá)通信股份有限公司，2010．

[3] 李樹(shù)廣．?dāng)?shù)字通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009．

[4] 鄭祖輝．?dāng)?shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

[5] 謝永軍．基于DMR數(shù)字集群通信技術(shù)的研究[D] ．北京：北京郵電大學(xué)，2009．

責(zé)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。