警用宽带公专融合通信的研究

（1.成都市公安局，成都 610031；2.海能达通信股份有限公司，深圳 518057）

1 引言

公安部“十三五”规划提出启动以4G宽带通信技术和现有窄带通信技术融合的专网建设，明确了“公、专融合”和“宽、窄融合”的发展方向[1]。随着公安大数据平台建设的逐步完善、人工智能和新一代通信技术的不断演进，同时公安日常与应急下的移动多媒体业务需求不断增加，公安融合专网的建设显得越来越重要，也越来越紧迫。

“宽、窄融合”指出了语音通信仍然主要由窄带专网承载，视频及数据业务由宽带网络承载，宽带网络也包括4G公网，因此“宽、窄融合”也是“公、专融合”的一部分。“公、专融合”强调了目前公安宽带业务应该由4G公网和警用专网共同承载，日常非关键性的警用业务主要依托4G公网，而对于渐趋常态化的应急关键性任务以及一些安全级别较高的特殊任务，更多地还是要依靠警用宽带和窄带专网。

目前，以PDT集群网和1.4GHz政务网或者4G公网相结合的“宽、窄融合”解决方案及相关产品已经得到了较多的实际应用，宽窄融合智能终端既可以支持日常移动警务，也可以支持传统的语音集群业务，解决了一线民警需要携带多部终端的问题，显著提升了一线民警的工作效率[2]。但是，随着移动多媒体警务的广泛普及，特别是在日趋常态化的应急关键任务中的广泛应用，宽窄融合终端只能依靠4G公网来支撑关键性的视频、数据业务，而4G公网在可靠性、灵活性和安全性上都很难真正满足公安应急关键任务复杂多变的需求。因此，警用宽带融合通信的解决方案和相关产品，对于移动多媒体警务应用越发重要和紧迫。

目前，警用宽带专网的建设方案并没有完全确定。基于1.4G政务网和4G公网的融合解决方案已经应用了几年，但是由于1.4G政务网的建设和维护成本高，连续覆盖需要大量资金投入，投入产出比不高，而且政务网也不属于公安专用网络，安全性风险较高，该方案没有能够被广泛应用。最近，一些地方开始尝试对警用340MHz频谱进行重耕和升级，构建警用宽带数据专网[3]。初步的实战效果体现出了340MHz专网的覆盖广、回传能力强等优势，但是如何与4G公网进行深度融合还缺乏系统性的研究。

针对上述问题，本文将重点讨论如何基于340MHz警用宽带专网和4G公网构建适合公安实战要求的公、专融合通信网络，深入研究340MHz宽带专网的技术要求和特点，详细分析公、专融合下的各种工作模式和应用场景，针对融合智能终端的设计提出一些合理化的建议。

2 警用宽带专网的技术要求

适用于所有应用要求的通信系统是很难设计的，通过融合不同的通信系统，从而满足不同的应用要求是融合通信的基本策略。因此，融合通信要求被融合的通信系统具有较强的互补特性，而不是简单重复。

1.4G政务网采用B-TrunC标准，其主要功能和性能上与4G TD-LTE系统基本一致，在继承了4G公网吞吐率高、时延低、连接容量大等优势的同时，针对移动多媒体警务应用的特殊要求，也不可避免地存在明显不足，主要的局限性体现在以下几个方面。

（1）4G公网和B-TrunC的上行链路采用单载波调制方式，无线链路的性能较差，尤其是在移动或者反射较多的强多径环境下，传输性能下降非常明显，因此回传容量也会极大受限[4]。然而，对于公安移动业务，主要为上行回传业务，对上行的传输性能和容量要求较高。4G公网和B-TrunC上行传输能力较弱的问题很难匹配公安业务要求的特点。

（2）4G公网和B-TrunC采用典型的蜂窝组网模式，网络架构单一，对基础设施的依赖性较高，缺乏灵活组网、快速部署的能力。然而，对于时间随机、地点随机的应急保障任务，要求专网系统具有灵活组网和快速部署的能力，终端具备脱网直通、多跳桥接等功能。显然，传统的单一蜂窝组网模式也很难满足公安实战要求。

（3）4G公网和B-TrunC采用公网机制，安全性和健壮性都不足以满足公安专网的特殊要求。在特殊情况下，公安专网需要具备抗干扰的能力，从而抵挡恶意攻击；具备较强的安全特性，从而避免被非法接入，实施犯罪。

（4）4G和B-TrunC都采用小区制，即单小区的覆盖范围都不大，连续覆盖的网络建设和维护成本较高。对于公安部门，在没有商用运营、全靠财政支撑的情况下，很难支撑高昂的建网和维护成本。

针对4G公网上述的局限性，在设计340MHz警用宽带专网的时候，需要进行相应的技术优化，从而在公、专融合的模式下能够和4G公网实现更好的相互补充。

（1）警用宽带专网的回传链路需要进行增强，建议增加多载波调制模式，能够有效地抵抗多径衰落，提升移动环境或者反射较多密集城区的回传能力，同时多载波调制模式也更适合于MIMO技术融合，从而在有限的频谱资源上进一步提升回传的容量。

（2）警用宽带专网仍然以蜂窝组网为主，但是建议终端能够具备宽带自组网的能力，在蜂窝网覆盖不到的区域中，终端能够自组成网，保证小组内的通信，或者通过多跳桥接的方式，临时拓展蜂窝网络的覆盖范围。

（3）警用宽带专网应该具有一定的抗干扰能力，参考认知无线电的技术，能够实施监测现场的频谱状态，动态选频，对于带内干扰能够通过频选调度等抗干扰方式进行规避，确保基本的通信能力。

（4）警用宽带专网采用340MHz低频段，覆盖广，非视距绕射能力强，建议配置高功率载终端，从而进一步提升单个小区的覆盖范围，降低网络建设的成本。

在340MHz频谱资源上，基于3GPP主流规范，进行上述的技术优化，构建警用宽带专网，能够较好地与4G公网实现技术上互补，在公安实战中能够更好地发挥出“公、专融合“的优势。

3 公、专融合工作模式

1.4GHz政务网和4G公网的功能重叠，主要的不同在于工作的频率，因此，现有的公、专融合终端一般都选择双模单待模式，及根据信号的强弱在公网和专网之间切换，如图1所示。

图1 双模单待模式

这种单待工作模式并没有真正实现两种网络的融合，只是一种简单的重复，很难真正满足公安实战的要求。340MHz警用宽带专网针对4G公网上述的不足做了针对性的技术优化，在与4G公网进行融合时候，能够提供更多的融合工作模式，最大程度地发挥融合通信的优势。

（1）互为备份模式。当4G公网进行数据传输的时候，340MHz警用专网可以处于连接状态，监测公网的状态，一旦公网不能正常工作，警用专网可以马上顶替公网，实现不间断地业务续传，如图2所示。反之亦然，4G公网也可以给警用专网进行“温备”。公、专网相互“温备”能够最大程度保证无线链路的健壮性，对于应急关键任务具有重要的意义。

图2 互为备份模式

（2）绑定同传模式。4G公网和警用专网也可以同时传输数据，从而提升无线链路的容量。在大型活动现场，公网容易产生拥塞而导致传输容量下降，公、专绑定同传在一定程度上可以弥补这方面的问题。考虑到4G公网的回传能力较差，警用专网也可以将绝大部分资源分配给上行，作为公网回传的补充链路，这样既可以确保回传的容量，也可以节省公网传输的流量费。在业务上，公网和专网划分明确，专网负责态势信息的回传，而公网则负责指令的上传下达以及结果查询等。

图3 绑定同传模式

（3）多跳桥接模式。在公网覆盖的盲区，专网可以提供自组网的能力，通过多跳和桥接的模式延伸公网的覆盖范围，确保盲区中的态势信息能够回传出来，指令也能下达到盲区，这对于应急处置、救援具有非常重要的实战意义。传统的对讲机具有类似的DMO功能，但是通常只有一跳，而且只能支持语音业务，宽带自组网组网能力更强，容量更大，工作带宽能够根据业务类型自适应变化，兼顾语音、数据和视频等多种业务。

图4 多跳桥接模式

上述这些新的工作模式对于公安实战具有非常重要的意义，是必须具备的功能。但是从终端设计的角度考虑，公、专网同时工作也会带来发热、耗电等问题，在终端设计中也需要重点考虑并解决这些问题。

4 智能终端设计建议

融合通信的关键在于终端，目前公、专融合宽带智能终端多采用双模单待工作模式，不需要公、专网同时工作，因此可以采用一片芯片的架构。但是上述新的工作模式需要公、专同时传输数据，建议新的融合终端采用双芯片方案。在传统公网SoC芯片上外挂一个专门负责专网通信功能的芯片，可以和公网通信单元同时工作，如图5所示。

图5 智能终端架构

在双芯片架构下，由于新增一片芯片，而且支持双发，如果不做好功率控制，则整机的功耗会显著增加，发热和待机时间都会产生较大的问题，从而影响实战效果。因此，应用处理单元需要能够智能地选择工作模式，合理控制两张网同时工作的时间，同时在专网的算法上增加休眠等功能，最大限度地控制整机功耗，确保实战效果。

另外，在公、专网同时工作的时候，会存在两条IP链路和地址，而对于应用层只希望看到一个IP地址，因此需要操作系统来处理物理IP地址和应用逻辑IP地址之间的转换和映射问题。公、专网如何选择，这是一个非常智能化的功能，也是新的融合终端以及服务器需要新考虑的问题。

5 结束语

随着移动多媒体警务的广泛应用，基于公网和警用宽带专网的公、专融合通信越发重要。根据融合通信的目的，针对公安实战需求的特点，警用宽带专网在技术上要和4G公网形成互补，弥补4G公网回传能力不足、组网单一、网络健壮性和安全性不够以及建网成本高等不足，从而最大限度地发挥公、专融合通信的优势。

在新的公、专融合通信中，公网和专网具有更多的融合工作模式，相比现有简单的双模单待模式，新的工作模式能够更好地支撑公安实战应用的需求。

未来，随着无线通信技术和芯片技术的不断演进，处理能力更强、使用更加灵活、功耗更低的各种融合终端也将不断涌现，推动移动智能警务健康、有序地发展。