铁路公安数字无线通信系统的研究

张 斌

（朔黄铁路发展有限责任公司 科技信息部，肃宁 062350）

铁路公安数字无线通信系统的研究

张 斌

（朔黄铁路发展有限责任公司 科技信息部，肃宁 062350）

介绍一种基于DMR数字集群通信技术的铁路公安数字无线通信系统，重点介绍系统构成、系统功能、频率配置、越区切换机制以及车载台配置等关键技术。系统所采用的DMR技术可以有效提高频谱利用率，节约频率资源，同时其很强的抗信号衰落能力能够实现高质量的远距离通信。本系统可以满足铁路公安高质量语音通信需求外，还支持数据传输，具有强大的数据通信功能，有助于推动铁路公安信息化建设。

DMR技术；集群语音通信；铁路公安；无线通信系统

铁路公安作为维护铁路治安稳定的重要部门，在确保铁路运输安全方面发挥着重大作用，建设一套功能完备、技术先进的铁路公安调度通信系统有助于提高铁路公安调度指挥通信能力，更好地发挥快速处置各种突发事件、高效配置警力的作用。

本文采用DMR（Digital Mobile Radio）数字集群通信技术设计铁路公安数字无线通信系统。DMR数字集群通信标准是欧洲通信标准协会（ETSI）为了满足中低端专业及商业用户对移动通信的需要而设计、制订的开放性标准。DMR标准采用双时隙（TDMA）多址方式，在现有的全球已授权地面移动频率波段所使用的12.5 kHz信道间隔运行，并满足未来对6.25 kHz通道均衡的监管要求、4FSK调制方式、数据传输速率为9.6 kb/s。DMR具有高效利用频谱资源，大区制组网方式，兼容模拟常规的优点。其业务功能丰富，可扩展，向后兼容，同时系统和终端成本较低，网络建设速度较快，总体运维成本较低。

主要目的是指定复杂程度低、可负担得起的数字系统，提供语音、数据和其他辅助服务。此标准共分3个阶段：免费频段的数字标准,数字常规，集群阶段。

DMR技术采用双时隙时分多址（TDMA）方式，可使单个12.5 kHz信道支持2个同步或独立的通话，有效提高频谱利用率，节约频率资源，同时其很强的抗信号衰落能力实现高质量的远距离通信。系统能满足铁路公安高质量语音通信需求，还支持数据传输，具有强大的数据通信功能，实现铁路公安通信手段的多样化，进一步推动铁路公安信息化建设。

1 现状及需求分析

1.1 现状分析

现阶段，铁路公安无线通信系统采用模拟常规转信台方式或模拟对讲机直通的方式实现，目前我国的铁路公安无线通信系统基本上采用400 MHz模拟无线系统，运用常规转信台方式或模拟对讲机直通的方式实现。该系统存在着通信技术落后、频率干扰严重、信道少、发起呼叫困难、覆盖盲区多且语音不清晰等问题。且各个区间和路段进行孤立通信，功能单一，缺乏统一的设计和规划，只能仅仅满足区域通话需求，而无法实现派出所到派出所，派出所到上级机关，乘警与地面机关的互联互通，同时在应对重大事件也无法实现对全路的调度指挥，难以发挥高效的协调作战指挥能力。

根据《关于加强450～470 MHz频段无线电发射设备管理的通知》和《工业和信息化部关于无线电台站规范化管理若干问题的通知》，国家调整无线电频率资源运用规划，铁路无线列调系统使用的450～470 MHz频率将被收回。

目前新建铁路一般均新设GSM-R无线通信系统，但由于GSM-R系统频率资源及带宽有限，只能保障铁路行车调度作业的通信需求，铁路公安的通信往往无法纳入GSM-R系统。

1.2 铁路公安作业对无线系统的需求

1.2.1各类作业人员通信需求

通过调研，根据铁路公安的作业模式及通信需求，铁路公安系统作业人员主要可以分为3类：派出所执勤民警、派出所巡警和乘警。

派出所执勤民警的通信需求：派出所执勤民警之间的语音通信以及他们和派出所值班台之间的语音通信。

派出所巡警的通信需求：派出所巡警之间的语音通信、派出所巡警和执勤民警以及他们和派出所值班台之间的语音通信。

乘警的通信需求：乘警之间的语音通信、乘警和派出所巡警以及他们和派出所值班台之间的语音通信。

1.2.2指挥调度需求

各派出所值班室设置无线调度台，实现派出所值班调度台对辖区内作业手持台的呼叫管理，同时提供全网的通话录音及监听。

1.2.3治安信息发送需求

各派出所值班室设置无线调度台可以将人员作业分配、到发列车信息及相关安保等信息通过无线实时发送给相关分组作业人员的手持台。

1.2.4应急通信需求

考虑到诸如地震、火灾及大规模群体性事件等突发性事件时有发生，在紧急情况下，可启动全路范围内的应急组通信，并能通过设置在公安派出所值班室内的无线调度台实现统一指挥，统一调度，参与应急作业。

1.2.5无线覆盖需求

实现沿线铁路公安工作区域以及各个车站范围内的无线通信全覆盖。

因此，根据铁路公安系统作业现状及以上的需求，建设一套专用于重载铁路管理的数字无线通信系统势在必行。

1.3 系统功能

语音功能包括组呼、个呼、紧急呼叫、迟后进入、通话录音等。数据功能包括任务管理、位置管理、数据查询等。网络管理功能包括网络监控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

2 铁路公安数字无线通信系统

本系统结合数字无线通信技术和IP网络技术设计铁路公安数字无线通信系统，空口传输采用DMR数字无线通信技术，其TDMA传输方式有效地提高了频谱利用率，同时其纠错编码等数字信号处理技术，具有很强的抗信号衰落的能力，实现了高质量的远距离传输；有线通信网络采用IP网络技术，其通用性使得系统具有良好的互联互通、扩展升级能力，实现了多信道共用和多区域联网。

2.1 系统结构

系统以派出所为基本单位，采用集中式控制方式的单区多基站系统。整个系统由控制中心服务器、无线调度台、数字基站、车载台（通话和中继）和便携台等构成。派出所安装控制中心服务器和无线调度台，派出所辖区内的铁路沿线安装基站，警车安装车载台，巡警和乘警配置便携台。控制中心服务器和基站之间采用基于IP网络的星型拓扑结构组网，通过以太网传输数字化语音和数字信令。有线操作台、基站、车载台和便携台之间采用无线方式传送数字化语音和信令。

系统构成图如图1所示。

图1 铁路公安数字无线通信系统构成图

（1）控制中心服务器是系统的核心单元，主要负责通信系统的交换、控制与管理，实现用户终端的鉴权、注册、呼叫（语音呼叫、数据呼叫）的建立和接续控制提供呼叫路由器、语音交换和安全性能管理、录音等基本功能；提供有线接口，能连接至铁路公安调度通信系统，实现无线通信和有线通信系统的互联；提供丰富的数据功能，其任务管理系统和位置管理系统实现对派出所成员的任务管理和位置管理；提供数据传输通道，可通过本地铁路公安局信息中心访问至公安网相关系统（包括常住人口系统、暂住人口系统、流动人口信息系统、网上抓逃系统、出入境信息系统、交通管理系统、印章管理系统等）实现数据查询功能；提供网络管理终端，实现对系统的网络监控、配置管理、故障管理和安全管理。

（2）无线调度台用于派出所执勤值班民警通过全呼与组呼负责派出所管辖范围内所有移动终端的作业调度。

（3）数字通信基站由信道机和天馈单元组成。每个信道机使用单个 12.5 kHz 信道，支持2个同步或独立的通话。数字信道机数量根据铁路公安作业覆盖需求进行配置，主要用于在控制中心和便携台之间、控制中心和车载台之间、便携台和便携台之间转发语音和数字信令。

（4）车载台既能用于在基站和便携台之间转发语音和数字信令，又能作为便携台用于通话。

（5）移动手持台可按照需求进行分组，每个手持台有唯一的ID号码且可以有多组ID号，通过不同的分组，手持台可以实现不同分组内的呼叫和数据接收功能。

2.2 系统功能

2.2.1作业分组

根据铁路公安作业人员的作业模式，将所有铁路公安按作业分工的不同分成若干个小组，每个小组分配一个组ID号码。同时每个手持终端均有唯一的ID号码，手持终端可以分配多个组ID号码，以便实现加入不同的分组，参与分组作业。

2.2.2语音通信

系统采用集群方式，支持全呼、组呼和私密呼叫等语音通信功能。在进行组呼时，只有同一个小组的人员才可以接听，不在同一个小组的成员即使在同一个频道也无法接听，从而解决了以往客运站无线通信系统用户不能分组带来的一呼百应问题，通过按专业将使用对讲机的用户分成更细的小组，可充分满足铁路公安作业今后业务发展的需要。

2.2.3数据通信

系统控制中心服务器提供有线接口，能连接至铁路公安调度通信系统，提供数据传输通道，可通过本地铁路公安局信息中心访问至公安网相关系统，实现数据查询功能。通过系统控制中心服务器将常住人口系统、暂住人口系统、流动人口信息系统、网上抓逃系统、出入境信息系统、交通管理系统、印章管理系统等信息发送到各个作业分组人员手持台，发送方式为组发或选发。

2.2.4网络管理功能

提供网络管理终端，实现对系统的网络监控、配置管理、故障管理和安全管理。

2.3 组网方式

系统的有线网络采用IP网络技术，所有网元使用同类型的网络接口，并以同样的方式分配地址，每增加一个网元都可看作分配一个有效IP地址的客户端，易于网络扩展维护；从互操作角度来看，采用IP网路协议能够便捷地连接不同的网络系统，例如：派出所到派出所、派出所到公安处、派出所到公安局等，有效地实现系统间的数据共享。

系统采用星型网络拓扑接口，以控制中心作为中央节点，各个基站作为子节点，子节点通过点到点的链路连接至中央节点，中央节点执行集中式通信控制策略，管理维护整个通信网络。星型拓扑结构具有网络接口简单、组网与扩展灵活、便于集中管理和控制、网络延时较短、故障诊断方便、子节点故障不会影响整个网络工作、使用简单的访问协议等优点。

3 关键技术设计

3.1 频率配置

同一派出所辖区内基站的接收频率均为f4，发射频率按f1、f2、f3交替配置,实现网络覆盖，同一派出所辖区内基站都统一使用相同的色码，相邻派出所辖区内基站使用不同的色码进行分组，有效防止巡警在辖区边界执行任务时所持便携台发生越区切换，影响正常通话。巡警所持的便携台采用相同的发射频率f4，对接收频率采用f1/f2/f3自动扫描的方式实现频率配置，发生信道切换时需判断色码，保证只在本派出所辖区内切换信道；乘警所持的便携台采用相同的发射频率f4，对接收频率采用f1/f2/ f3自动扫描的方式实现频率配置，发生信道切换时不需要判断色码。频率配置方案如图2所示。

图2 频率配置方案

3.2 越区切换机制

由于同一派出所辖区内基站的接收频率采用f4,发射频率采用f1、f2、f3交替配置，移动终端在工作过程中采用以下越区切换策略：移动终端预设阈值，当移动终端判断当前锁定基站的RSSI信号值低于阈值，自动进入信道扫描状态，当扫描到高于门限值的基站信号时，停止扫描并锁定该信道完成越区切换。

3.3 车载台配置

当巡警执行任务时，实际需要通话的地点有可能超出了基站信号的覆盖范围，导致便携台无法接收到基站信号，例如铁路沿线的村庄、树林等。为使巡警在这些地点也能与派出所执勤民警正常通话，需要为巡逻警车配备具有通话和中继功能的车载台，在便携台和基站之间转发信号。

本系统中车载台由两部电台组成，如图3所示。电台A与基站通信，发送频率为f4，接收频率采用f1/f2/f3自动扫描切换的方式实现频率配置。电台B以直通模式与便携台通信，发射和接收频率均为f4'。

图3 车载台配置方案

巡警使用便携台在网络模式下无法建立通话时，应手动切换到直通模式。在直通模式下，便携台的发射和接收频率均为f4'，通过具有中继功能的车载台与基站保持通信，实现通话功能。

4 结束语

本文介绍一种基于DMR数字集群通信技术的铁路公安数字无线通信系统，重点介绍了系统构成、系统功能、频率配置、越区切换机制以及车载台配置等关键技术，系统能够满足铁路公安集群语音通信需求，具有组呼、个呼、紧急呼叫、迟后进入、通话录音等功能，还具有数据功能和网络管理功能，包括任务管理、位置管理、数据查询、网络监控、配置管理、故障管理以及安全管理等。

[1] 徐小涛．数字集群移动通信系统原理与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2008．

[2] 海能达通信股份有限公司．DMR技术白皮书[Z]．深圳：海能达通信股份有限公司，2010．

[3] 李树广．数字通信与网络技术[M]．北京：电子工业出版社，2009．

[4] 郑祖辉．数字集群移动通信系统[M]．北京：电子工业出版社，2008．

[5] 谢永军．基于DMR数字集群通信技术的研究[D] ．北京：北京邮电大学，2009．

责任编辑 陈 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

张 斌，工程师。