警用数字集群通信系统（PDT）系统网络覆盖设计

邓俊琼

（中国联通海南省分公司 系统集成公司，海口 570228）

1 项目背景

为满足公安机关无线通信的数字化需求，推动公安机关无线通信模拟系统向数字系统的平滑过渡，解决警用无线通信加密问题和重点地区频率紧张等问题。在模拟系统向数字系统平滑过渡期间，确保模拟同播系统与PDT数字集群系统的资源共享，减少网络的重复建设投入，互为备份，双网并行，建设警用数字集群通信系统对于公安机关在日常的通信指挥、调度工作中具有十分重要的意义。

2 警用数字集群通信系统“十三五”建设要求

公安部在“十三五”建设要求中指出：结合目前的公安工作形势，当前和今后一个时期的公安无线通信工作要坚持以科学发展观为统领，以提升公安机关的“四个能力’和“两个水平”为出发点，紧紧围绕公安中心工作，适应动态化信息化条件下公安工作总要求，坚持“统一规划、统一标准、分级管理”的原则，以向数字化过渡为专网建设重点，立足当前、着眼长远、突出重点、协调发展、服务实战，进一步建设和完善省、市、县、乡（镇）四级指挥通信系统和现场通信保障手段，建立健全安全可靠、反应灵敏、协调有序、高效畅通的公安指挥通信机制，为各级公安机关提供全方位、全天候、全过程的信息通信安全保障服务，满足公安机关在处置各类应急突发事件和维护稳定、打击犯罪、反恐处突等方面指挥调度通信的需要。因地制宜、开拓创新，推动公安无线通信的长远发展，努力开创无线通信建设、应用、管理的新局面。

3 警用350兆无线通信系统现状

原有350兆无线通信系统基础设施主要依托于350兆模拟同播通信网，主要应用于警卫、交警、消防、日常一线指挥，也作为警务的指挥网使用，为各项警务活动提供了无线通信保障服务。该系统不仅在治安巡防、交通管理等日常工作中发挥重要作用，更是在大型警卫保卫活动中为公安机关圆满完成安保任务提供了可靠的通信保障。公安无线通信已成为各级公安机关指挥调度、通信保障中不可或缺的工具，在公安机关处理日常警务、重大警（保）卫活动、应急处突中发挥了不可替代的作用。

4 警用350兆模拟同播通信网存在的问题

目前的350兆警用无线同频同播通信系统；该模拟通信系统在公安的各项重大活动安全保卫、应急突发事件处置、重要人物的安全警卫、交通管理、抢险救灾以及日常警务工作中发挥了重要的作用，随着公安维稳处突工作任务日益加重，现有模拟系统逐渐暴露出以下问题：

（1）原有网络老化。

（2）信息化发展要求。

（3）频率资源紧缺。

（4）无线覆盖不足。

（5）话务容量不足。

（6）抗干扰能力差。

（7）扩展应用功能差。

（8）安全保密性差。

（9）应急响应能力差。

针对以上存在的问题，新一代的警用数字集群（简称PDT）通信系统可以解决存在的问题，为此，如何设计警用数字集群（简称PDT）通信系统的信号覆盖就显得尤为重要。

5 警用数字集群（简称PDT）通信系统信号覆盖的设计

以一个300万人口规模的城市，面积150平方公里，中小型规模的城市，结合原有城区的地形地貌特点；根据警用数字集群（简称PDT）通信系统的建设目标，利用无线网络仿真软件ATOLL，对新建一套警用数字集群（简称PDT）通信系统网络进行计算机仿真作业，制作仿真覆盖效果，确定原有基站数量以及基站位置，然后选择典型基站进行实地现场测试，验证仿真效果与实地测试的差异，合理设计基站数量及基站位置，达到室外和关键区域实现覆盖率95%的警用数字集群（简称PDT）通信系统网络。

5.1 仿真软件及地图的选取

采用无线网络仿真软件ATOLL用于350兆无线电模拟仿真和无线电系统性能评估，绘制基站覆盖范围。

借助当地可用的经纬度、地形海拔数据，仿真软件可生成灰白色系的X光照、彩色系的虚拟区域地图，供仿真使用。仿真背景图可与其它扫描的地图、卫星拍摄的图片等叠加合成，以便更直观的观察仿真绘图区域。

基站小区覆盖半径与发射功率和无线传播损耗密切相关。除传播外，建筑物所引起的阴影损耗，高建筑物的反射，天线、基站和移动台的高度以及道路、树木都将影响路径损耗的中值和偏差，因而小区覆盖半径由计算所得损耗和实际地形共同决定。上行小区半径设计应保证接收来自小区边缘移动台有用信号满足基站要求。

警用数字集群（简称PDT）通信系统是时分多址通信系统，其下行覆盖半径由基站发射功率以及移动台接收灵敏度来决定，其上行覆盖半径由移动台发射功率和基站接收灵敏度来决定。

基站小区覆盖半径设计原则为上、下行链路平衡，即保证设计的上、下行小区边界能够闭合，两数值相同。若设计的下行链路小区覆盖半径较大，则在小区边缘下行信号较强，有可能造成对邻近小区的干扰过大，还有可能使得上行信号过低影响通信。因此应确定各种技术指标，根据上下行链路平衡的原则计算链路的路径损耗，进一步确定小区覆盖范围。

在确定相关参数后，测算出从基站到手机的最大允许的路径损耗，再参照合适的模型计算出基站的覆盖范围。

本设计采用在国内应用广泛的无线网络仿真软件ATOLL的标准传播模型“OkumuraHata模型”。Hata-Okumuram模型也是根据实测数据建立的模型，该模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于VHF和UHF频段。该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，对不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。适用于150MHz-1920MHz，距离1～100km，天线高度30～1000m的范围，以下是关于该标准传播模型的描述：

当移动台的高度为典型值为hr=1.5m时，按Hata-Okumura模型计算路径损耗的公式为：

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

式中，Lb为市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）；f为工作频率（MHz）；hb为基站天线有效高度（m）；hm为移动台天线有效高度（m）；d为移动台与基站之间的距离（km）；α（hm）为移动台天线高度因子。

5.2 软件中无线通信参数的设置

根据公安部《警用数字集群（PDT）通信系统总体技术规范》中“信道设备基本性能指标”要求信道机每载频最大输出功率50W，本次PDT测试基站输出功率定为50W，PDT数字手持机功率3W，测试频率为362.525/352.525MHz。

根据公安无线专网的普遍情况，设定仿真参数如下表：

5.3 运用Atoll网络规划软件对本次设计规划站点做覆盖仿真效果图

5.4 机场、车站、码头等重要场所的基站的室内分布

机场、车站、码头等重要场所，场所大部分都属地下车站，分地下两层，地下一层为站厅层（候车区），与换乘通道连通；地下二层为站台层，主要是机车行车区和上下旅客区。站厅层到站台层由步梯和电梯相联通。与站厅层相连接的换乘通道，部分通道的另一端是机场航站楼。站内设置如同地铁站设置。旅客应等列车停稳，安全门自动打开后，按照车票上标明的站台、车厢对号上车。车站共有4条股道（含2条正线），位于最底下的站台层，中间两条股道为主车道，南北两端的两条股道为到车道，4部火车可同时汇集在此地，中间停靠不超过2分钟。

同时机场站也是警保卫的重点区域，不管是“五一”、“十一”黄金周都是人流密集以及安保的重要交通场所，故本次采用一套室内固定基站对机场站的站厅层（候车区）和站台层进行室内无线通信信号覆盖。

覆盖区域现状：站厅层（候车区）区域成方形，长、宽不大于50米；

岛式车站站台层区域成长方形，站台宽度小于30米、长度不大于300米；机场与站厅层相连接的换乘通道全长320米，宽度不大于30米。故本次考虑采用板状天线覆盖。

3.4.1 场强覆盖指标要求

信噪比：在场强覆盖区内，无线接收机音频输出端的信号噪声比不小于20dB。

可靠性：在满足信噪比的要求下，场强覆盖的地点、时间可靠概率在覆盖区段不小于95%。

边缘场强覆盖指标：大于-90dBm。

3.4.2 覆盖设计的系统及设备取值参考

（1）系统工作频点

（2）设备发射功率、接收灵敏度

（3）功分器及耦合器技术参数

（4）室内及室外天线技术参数

（5）射缆及漏泄电缆技术参数

（6）路径损耗及设备取值

要充分考虑无线电波传播涉及到极化、穿透、反射效应及其路径损耗取值，路径损耗及设备取值分析如下：

移动终端边缘场强最小接收电平=-103+5+2+6=-90dB

因此：在满足噪声比和可靠性（覆盖区时间地点覆盖概率为95%）的要求下，最小接收电平取以下参数：

从覆盖设计的可靠性考虑，有效的场强覆盖面积，应使基站至移动终端下行与移动终端至基站上行的边缘场强覆盖电平余量达致平衡。

由于上、下行通道电缆路径损耗参数基本相同，所以上、下行通道链路预算主要体现在电波传播路径损耗方面。

针对本工程基站参数的设定和调整如下：

在满足边缘场强覆盖所需余量的同时应兼顾满足电磁环境卫生要求：室内天线端口功率要求≤10dBm。

结束语：通过使用无线网络仿真软件ATOLL的标准模型“OkumuraHata模型”和实际项目中的设计结果，警用数字集群通信系统的信号覆盖设计达到建设目标的要求，满足公安机关对警用数字集群通信系统的需求。