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全球应急专网通信频谱研究概述

2022-08-01刘晓勇范希茜朱林姚远昕

电信科学 2022年7期
关键词:窄带专网公共安全

刘晓勇,范希茜,朱林,姚远昕

(1. 国家无线电监测中心检测中心,北京 100041;2. 国家无线电监测中心,北京 100037; 3. 中国信息通信研究院西部分院,重庆 401336)

0 引言

5G时代的到来使得公众移动通信网络(以下简称公网)以前所未有的态势飞速发展,相较于各基础电信运营商积极投资建设运营的公网而言,专用通信网络(以下简称专网)领域在技术演进、网络规模、终端形态方面相对滞后,但由于专网通信的高可靠低时延高安全性的需求,很强的行业应用特点,在政务、公安、消防、交通和应急等公共保护和救灾(public protection an22isaster relief,PPDR)领域有巨大的使用需求。全球对专网业务的需求量逐年递增,市场规模逐年攀升。2009—2018年,我国专网通信行业在不断扩大发展,2018年,我国专网通信市场规模达208.7亿元,约占全球专网通信市场规模的16.4%[1]。其中,我国专网通信市场设备规模从2009年的27.8亿元增长至2018年的140.4亿元。预计到2025年,我国专网通信市场规模将达到621亿元[2]。

随着行业需求的驱动和专网技术的演进,专网通信技术制式经历了模拟对讲、模拟集群、数字集群以及宽带集群的多个发展阶段[3],其承载的业务逐渐由单纯的语音对讲向视频监控、视频会议、数据传输、定位业务等多媒体业务演进,不断向移动化、宽带化、物联化及多业务融合的方向发展[4]。应急专网通信是专网建设的重点领域。面对应急专网需求的不断提升,作为移动通信发展的关键核心资源,频谱的作用愈发凸显,世界主要国家及相关企业纷纷加大专网通信技术的研发投入及频谱需求的研究,致力于专网需求、关键技术、标准及频谱研究等方面。美国、日本、欧盟、澳大利亚等国家或组织已将部分频谱用于公共保护和救灾,纷纷发布关于PPDR专网的频谱规划。同时,国际电信联盟(International Telecommunications Union,ITU)将PPDR领域的频谱需求、技术体制等内容作为研究议项,旨在鼓励各国在频率划分时考虑支持与PPDR有关的技术和系统,满足紧急和救灾时的频率使用需求。建立更加安全稳定、反应快速的公共安全通信专网,最重要的两种途径是利用新的技术手段提高频谱利用效率,开拓新的频谱资源。在技术手段方面,推动宽带专网在应急专用通信中的发展[5],探索宽窄融合、公专互补等多种技术实现方式,实现更为灵活可靠的应急专网系统,将会极大提升专网系统频谱效率[6]。在频谱规划方面,应根据专网系统的应用特点,拓展更多、更合适的频谱资源[7]。

本文将从专网通信技术体制及频率规划情况出发,归纳PPDR频谱总体框架,重点概述全球规划愿景及国内外PPDR频谱规划研究进展,通过分析主要国家和地区的PPDR频谱规划和网络建设情况,提出适用于我国规划应急专用通信网络的建议。

1 专网通信技术体制

随着专网通信技术的发展、应用场景和技术能力需求的增加,专网通信技术经历了从对讲到集群、模拟到数字、窄带到宽带的演进[6]。近年来,应急救援与管理、指挥调度和对现场事态的感知与信息共享等需求不断增加,应急专网通信技术的技术体制逐渐从窄带技术向宽带技术发展。在国际上,各国主导的技术体制也不尽相同。

1.1 窄带技术体制

应急专网通信的窄带技术体制发展相对成熟,且各国主导了不同的技术体制。美国应急专网覆盖全国,包括城市应急联动911系统、紧急警报系统、无线警报系统以及各州基于Project 25(简称P25)标准建设的公共安全窄带集群网[5]。P25作为美国主导的技术,由美国公共安全通信官员协会(Association of Public Safety Communications Officials,APCO)、国家电信管理者协会(National Association of State Telecommunications Directors,NASTD)和联邦政府用户与电信工业协会(Telecommunication In2ustry Association,TIA)合作制定推行,是ITU全球开放的数字通信标准之一。P25从2000年左右开始商用,目前在网终端数量已超过300万部,在美国、加拿大、澳大利亚等国家应用广泛。

欧洲电信标准组织(European Telecommunication Stan2ar2 Institute,ETSI)在1996年推出陆地集群无线电(terrestrial trunke2 ra2io,TETRA),(原名称为泛欧集群无线电(trans European trunke2 ra2io),后来改为陆地集群无线电)系列标准,是国际上10余个窄带数字集群通信技术体制中功能丰富、技术成熟、使用广泛的国际标准。欧盟拥有全球最大的TETRA网络,从1997年开始商用,2001—2011年大规模建设,迄今在全球已部署超过1200个TETRA网络,使用终端设备超过300万部。2016年,欧盟启动了Broa2Map项目,研究欧盟国家宽带演进策略,明确采用长期、逐步演进的方式过渡到至少是基于3GPP Release15(Rel-15)建设的带宽网络;英国建有覆盖全国的TETRA窄带集群网络,服务于全国应急工作。DMR系列标准是欧洲电信标准组织在2006年推出的,目前有终端用户数约200万。作为欧洲主导的技术体制,TETRA和ETSI为移动无线电用户制定的数字移动无线电标准(2igital mobile ra2io,DMR)技术广泛应用于欧洲、亚太与中东地区,在国内轨道交通和公安等行业也有较多应用[7]。

警用数字集群(police 2igital trunking,PDT)是中国自主研发的技术标准,从2010年开始商用,主要面向我国公安机关,目前已基本建成覆盖全国大部分城镇的PDT网络[8]。

1.2 宽带技术体制

近年来,随着数据通信和多媒体业务的广泛应用,窄带专网有限的数据能力难以满足实际需求。随着4G技术的成熟和全球化部署,PPDR通信普遍转向LTE技术体制,宽带集群通信(broa2ban2 trunking communication,B-TrunC)技术为4G宽带集群的代表;2020年,ITU完成了5G标准制定,5G垂直行业的应用将给应急专网通信技术带来新的应用场景和研究趋势。

在宽带数字集群阶段共有两个标准体系:一个是3GPP推动的关键任务一键通(mission critical push to talk,MCPTT),一个是我国提出的B-TrunC标准,两者都是基于宽带移动通信技术的专业集群通信标准,都是基于LTE的体制[9]。此外,随着5G技术的兴起,应急通信标准也在向5G演进。2015年9月,ITU发布了ITU-R M.2083建议书《IMT愿景-2020年及之后IMT未来发展的框架和总体目标》,并对5G的宏观需求进行描述,包括增强型移动宽带(enhance2 mobile broa2ban2,eMBB)、大连接物联网(massive machine type communication,mMTC)、超可靠低时延通信(ultra-reliable an2 low-latency communication,URLLC)三大5G典型应用场景。5G初期业务以eMBB视频为主要特征,5G中后期通过URLLC与mMTC两大特性应用于垂直行业。5G标准中引入了端到端的网络切片技术的定义,可以为行业客户提供一定的业务独立性,但是5G技术能否直接应用于PPDR标准中还有待研究探索。

3GPP的MCPTT标准主要由国际标准组织3GPP组织发起,由海外和国内的多家单位参与制定,共经过了3GPP Rel-13~Rel-16共4个版本的标准化工作。2022年3月,3GPP完成了Rel-17的功能性冻结,标志着5G技术完成了第一阶段的演进,将推动5G系统用于PPDR等关键任务(mission critical,MC)场景。

B-TrunC标准由工业和信息化部牵头,从2013年起至今已经建立起了完整的宽带专网标准系统。2014年,B-TrunC被ITU接纳,成为ITU-R推荐的PPDR国际标准,并在国内正式写入了中国城市轨道交通协会制定的LTE-M标准,实现了标准在垂直行业领域的转化。2019年3月,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了B-TrunC系统总体技术要求和接口技术要求等4项国家标准,B-TrunC正式成为国家标准[7]。随着在国内外政务、交通、电力等行业的应用逐渐成熟,B-TrunC在保持安全和可靠的基础上,正在研究向5G标准化演进。

2 全球应急专网通信频谱规划现状及愿景

2.1 国际电信联盟相关研究

自1998年以来,ITU启动关于应急保护与救灾有关事宜的研究,主要国家、标准化组织、企业也加速推动了PPDR的研究工作,形成了以ITU为导向的全球研究框架。

2015年世界无线电通信大会(2015 Worl2 Ra2iocommunication Conference,WRC-15)修订并更新了第646号决议[10],被WRC-15采纳为宽带PPDR的全球协调一致的频率使用范围,该决议介绍了PPDR业务的定义及频率使用特点,并鼓励使用统一频谱作为PPDR的解决方案。决议指出,虽然窄带和较大带宽的系统会继续用于满足PPDR的要求,但对宽带应用的需求在不断增长,需要国家层面提供适当的频谱,以满足这些日益增长的需求;决议鼓励各国主管部门在进行PPDR应用时,特别是对宽带PPDR进行频率规划时,考虑将694~894 MHz频段用于宽带PPDR,并应采用最新版ITU-R M.2015建议书中规定的频率范围;同时决议还建议1区考虑使用380~470 MHz频段,3区考虑将406.1~430 MHz、440~470 MHz和4940~4990 MHz频段用于PPDR应用,并鼓励各主管部门通过相互合作和磋商,为在紧急情况使用无线电通信设备的跨境流通提供便利。

同时,在其他与PPDR有关的ITU-R建议书中,对与PPDR有关的定义、标准、频率使用等情况进行介绍,以指导并推动各国PPDR的研究工作。具体包括:ITU-R M.1637建议书提供了在应急和救灾情况促进无线电通信设备全球跨界流通的指导;ITU-R M.2009建议书确定了适用于PPDR操作的无线电接口标准;ITU-R M.2015建议书介绍了PPDR无线电通信系统的频率使用安排;ITU-R M.2291提供了IMT技术支持宽带PPDR应用的详细信息;ITU-R M.2377提供了PPDR应用于窄带、广带和宽带系统中的详细信息。

2.2 美国情况

美国在VHF、220 MHz、UHF、700 MHz窄带、700 MHz宽带、800 MHz、4.9 GHz和5.9 GHz频段部署了公共安全无线通信系统[11],美国公共安全频谱分配情况见表1。

表1 美国公共安全频谱分配情况

美国国会于2012年通过了《中产阶级税收减免和就业创造法案》(The Middle Class Tax Relief and Job Creation Act of 2012)(简称《频谱法案》(“Public Safety Spectrum Act”或“Act”)),该法案创建了第一响应者网络管理局(First Respon2er Network Authority,FirstNet),从根本上改变了 700 MHz频段的监管格局。FirstNet 是美国商务部内的一个独立机构,唯一持有美国原有公共安全宽带频谱(763~769 MHz/793~799 MHz)和重新分配给公共安全的D区频谱(758~763 MHz/ 788~793 MHz)的许可证,负责部署和运营全国范围的公共安全宽带网络,通过立法获得明确资金支持,并建立由美国国土资源部、总检察长和具有公共安全经验的成员组成的组织,监督网络建设和运营维护[12]。700 MHz频段内的通用窄带频率(769~775 MHz/799~805 MHz频段)由美国区域规划委员会管理。在700 MHz频段内部署的全国性公共安全LTE网络是大型宽带PPDR数据网络的第一个示例,用以补充美国P25窄带关键任务语音网络[13],引领了全球PPDR宽带网络的发展浪潮。

在800 MHz频段,美国多个公共安全无线电系统(例如警察、消防和紧急医疗技术人员使用的系统)在806~824 MHz和851~869 MHz频段运行,同时商业无线运营商和私人无线电系统也在该频段运行。美国联邦通信委员会(Fe2eral Communications Commission,FCC)于2004年启动了800 MHz频段重新规划计划,以减轻对800 MHz频段公共安全无线电系统的有害干扰,通过将原用户大部分系统及其他基于蜂窝的系统迁移到频段较高端,将公共安全和其他高位非蜂窝系统迁移到该频段的较低端的方法整合了频谱资源,释放更多频谱用于公共安全。其中,有6 MHz窄带信道分配给公共安全业务,专供各级公共安全机构使用,并成立国家公共安全规划咨询委员会(National Public Safety Planning A2visory Committee,NPSPAC)制定使用规则,由美国区域规划委员会管理。美国大部分地区的800 MHz频段重新配置示意图如图2所示。

图2 美国大部分地区的800 MHz频段重新配置示意图(单位:MHz)

另外,FCC在4.9 GHz频段(4940~4990 MHz)中为固定和移动业务(航空移动业务除外)分配了50 MHz频谱,并指定用于支持公共安全建设,公用事业单位、商业机构以及联邦政府可以与传统公共安全机构共同安排该频段的使用,以实现保护国土安全和生命财产安全的目的。5.9 GHz为专用短距离通信业务频段,5850~5925 MHz频段部署的公共安全通信系统旨在保障无人驾驶安全[11]。

2017年,美国开始国家公共安全宽带网络建设,采用了政府主导并与公网运营商全面合作的建设管理模式,由美国AT&T运营商运维。运营商除代维代建外,也被允许在确保公共安全单位使用优先级的前提下,利用此频谱发展部分其他用户,通过商业行为获得部分网络建设和运维的资金[13]。目前,由FirstNet与AT&T共建的无线网络已覆盖99%的美国群众,网络完全建成时将覆盖美国大陆和华盛顿哥伦比亚特区76.2%的面积。

2.3 欧洲情况

图1 美国700 MHz频段分配给公共安全业务的频谱(单位:MHz)

欧洲成员国的PPDR机构目前依靠数字专用移动无线电(specialize2 mobile ra2io,PMR)网络来执行关键任务,使用欧洲的地面中继无线电(TETRA和TETRAPOL)标准,其中,TETRA技术支持的频率范围为350 MHz、400 MHz和 800 MHz。这些网络提供安全且具有弹性的移动语音服务以及基本数据服务。但在与PPDR机构的现代化要求相匹配时,这些传统的PMR网络在广播通信、安全漫游以及新兴的安全保障应用中显示很大的局限性。此外,在使用多种技术时,存在重大互操作性限制(如技术间的覆盖范围等),这可能会导致无效的紧急事件管理或产生安全隐患[13]。因此,欧盟委员会在制定PPDR解决方案时考虑了各成员国的国情和政策、对新技术的融合、对经济社会的促进等因素,在公共安全和应急通信方面进行大量政策制定、技术实现、干扰协调、持续发展等研究,旨在加强传统窄带网络互操作性,发展宽带专用通信网络。

欧盟无线电频谱政策小组于2013年发布了部门频谱需求战略性报告[14],指出宽带PPDR业务的频谱需求依各成员国主管部门或公共运营商的相关作用以及确保公共安全的不同方法而各有所异。该报告还包括处理PPDR频谱请求的战略方法,以及改善边境通信的建议。在欧盟制定的“无线电频谱政策计划(Radio Spectrum Policy Programme)”中强调了PPDR设备市场发展的重要性,通过降低宽带PPDR商业设备的购买和操作成本,以及通过PPDR系统的互操作性实现跨境协调操作,有助于推动规模经济发展。在向PPDR部门提供建设和运维资金时,以推动高速移动数据/宽带系统的PPDR发展和利用PPDR设备培育市场为投资目标。在2014年完成了利用商用移动网络建设PPDR系统的研究,发现商用移动宽带网络在法律、法规和合约的框架下可用于关键任务通信,欧盟一些成员国正在使用5G技术测试PPDR应用。

欧洲电子通信委员会(Electronic Communications Committee,ECC)将制定PPDR的频谱要求和协调需求政策纳入其2015—2020年战略计划。2015年,ECC发布Report 218[15],预估宽带PPDR频率的容量需求是2×10 MHz,并建议在 400 MHz(410~430 MHz和450~470 MHz)和700 MHz(694~790 MHz)频率范围内制定PPDR方案。ECC针对PPDR频率的使用成立了FM49项目组,旨在促进有关未来PPDR系统(尤其是宽带系统)的信息收集,讨论与PPDR和相关频段有关的关键问题,最终通过研究为宽带PPDR发展创建了ECC Decision(16)02。ECC Decision(16)02涵盖了ECC Report 218中的灵活、协调的概念,以及宽带PPDR在700 MHz和400 MHz频段范围内的专用频谱使用的技术条件。ECC Decision(16)02指出,不需要为宽带PPDR指定统一的频段,其互操作性将通过多频段宽带PPDR用户设备的多选择性,以及采用通用技术标准(即LTE及其演进)来实现。

2016年,欧盟委员会通过了关于实施700 MHz频段的决定[15],明确了协调703~733 MHz和758~788 MHz频段内地面无线宽带服务的技术条件,只要PPDR系统可以利用这些技术条件并且具有与地面无线宽带网络相同的共存特征,就可以部署宽带PPDR服务;另外,根据国家决策和选择,PPDR网络也可以使用700 MHz频带的其他部分:698~703 MHz、733~736 MHz、753~758 MHz和788~791 MHz,700 MHz频段宽带PPDR频率配置方案如图3所示。

图3 700 MHz频段宽带PPDR频率配置方案(单位:MHz)

2.4 亚太情况

亚太电信组织无线工作组(Asia-Pacific Telecommunity Wireless Group,AWG)正在考虑将900 MHz频段(806~824 MHz和851~869 MHz频段)的一部分用于3区统一的PPDR无线电通信系统,韩国等一些3区的国家/地区已在此频段规划用于PPDR系统。在该频段,国际上当前使用的PPDR系统基于窄带技术,AWG还考虑基于3GPP当前正在进行的工作,制定基于宽带技术的协调计划[13]。

2017年亚太电信联盟(Asia-Pacific Telecommunity,APT)发布了关于协调无线PPDR在亚太地区使用的频率范围的报告[16],该报告根据ITU-R第646号决议(WRC-15,修订版)提供了有关3区PPDR无线电通信频率使用的指南。在该报告中介绍了亚太地区国家的PPDR在694~ 894 MHz、406.1~470 MHz、4940~ 4990 MHz频段的频率使用和技术标准;窄带PPDR应用在138~174 MHz、351~370 MHz和380~400 MHz频段内的部分国家频率使用,宽带PPDR应用在 174~205 MHz和1447~1467 MHz频段内的部分国家频率使用;另外介绍了3GPP建议的适用于无线宽带PPDR的系统部署,694~894 MHz频段范围内3GPP频段的PPDR频率范围如图4所示。

图4 694~894 MHz频段范围内3GPP频段的PPDR频率范围(单位:MHz)

亚太地区各国主管部门在规划其PPDR应用的国家计划时,考虑将694~894 MHz、406.1~ 430 MHz、440~470 MHz以及4940~4990 MHz频段全部或部分频段用于PPDR,并建议使用以下频率范围时,各国主管部门应考虑与邻国的协商与合作:窄带PPDR包括138~174 MHz、351~370 MHz、380~400 MHz以及400~406 MHz;宽带PPDR包括174~205 MHz、694~894 MHz、1447~1467 MHz以及4940~4990 MHz[16]。

其中,澳大利亚的应急服务组织(Emergency Service Organisation,ESO)将400 MHz频段的频谱用于窄带语音通信,但因为每个频谱分配的带宽太小,无法传输照片、视频和地图之类的大文件,不能有效地用于数据无线电通信,澳大利亚通信和媒体管理局(Australian Communications an2 Me2ia Authority,ACMA)表示,ESO亟须推进窄带语音通信的互操作性[13]。不断演进的科学技术(如自动车牌识别、现场指纹识别等)对数据的需求不断增加,ESO对专用宽带频谱的需求不断提高,2015年澳大利亚政府针对应急、警察、消防、救护等业务制定的国家公共安全移动宽带(public safety mobile broa2ban2,PSMB)计划[17],保障公共安全、促进紧急服务事件响应以及各部门协调沟通。澳大利亚所有相关部门均表示同意PSMB计划的战略路线图,并将共同努力为宽带PPDR无线通信分配专用频谱。但700 MHz、800 MHz和900 MHz频段中,哪些适合且可以分配给PPDR,澳大利亚相关部门针对频段特性、频率协调、技术差异、设备可用性和相关成本等方面进行了大量研究。

2020年5月,澳大利亚政府发布850 MHz和900 MHz频段的政策目标,目标之一是支持PSMB建设[18]。ACMA将在850 MHz扩展频段划分中预留2个5 MHz频段用于PSMB计划[19]。

2.5 应急专网研究总结

应急专网是国家公共安全部门内部通信专用网络,使用国家为PPDR通信专门分配的频谱,由政府专门的组织或机构控制。应急专网为非营利网络,即使在运营过程中收取用户费用,也是为了支撑网络的正常运转和维护。随着无线电技术的发展,专用通信频率逐步由短波(3~30 MHz频段)向超短波(30~3000 MHz频段)转移。随着移动通信技术迅猛发展,特别是4G、5G技术逐步向垂直行业渗透拓展,应急专用通信系统呈现出数据宽带化、业务多样化、终端多模化趋势。

全球应急专网通信行业的市场规模呈现不断上升趋势,据全球移动供应商协会(Global mobile Suppliers Association,GSA)统计,全球范围内263个机构/组织已完成了宽带专网通信系统的试点或商业部署。其中,65%的机构所部署的宽带专网通信系统使用LTE技术,28%机构所部署的系统使用5G技术,剩余7%的机构所部署系统的技术体制为LTE与5G技术的结合[20]。此外,据不完全统计,大约70个国家或地区已分配或拟分配宽带专网频率用于全国公共安全与应急保障,以1 GHz以下的400 MHz、700 MHz和800 MHz频率为主,1 GHz以上的1.4 GHz、1.8 GHz、2.3 GHz和2.6 GHz也有部分国家或地区已完成分配或已规划分配。

各国在规划建设PPDR网络时,除了依据各国频谱资源的实际使用情况分配了不同频段的频率外,还采用了不同的建设模式。建设模式主要分为两类:一是由使用单位自建自用;二是由多个部门共建共享网络。PPDR网络建设情况梳理见表2。

表2 PPDR网络建设情况梳理

自建自用模式可以由一个主要用户主导建设,允许其他用户接入,也可以单个用户独建独用。采用这种模式,用户持有自主可控的管理权,更利于用户制定整体规划,可高度匹配用户特有的需求,但总体提高了频率需求和网络建设投资成本。

共建共享模式多由运营商建设和运营网络,多用户共享频率和网络基础设施资源。这种模式的优势在于可充分利用运营商在网络建设、运维方面的优势,提高频率利用率,减少建设成本;但是用户由于担心网络的安全可靠性、费用、网络与自身业务匹配度等问题,申请使用的积极性会大打折扣。

3 我国专网通信频谱规划分析

3.1 我国专网通信频率规划情况

我国专网通信技术经历了由窄带到宽带的发展趋势。窄带系统中,350 MHz规划用于警用集群系统,800 MHz规划用于政府、机场、石油、轨道交通等行业,230 MHz规划用于数传系统,150 MHz、400 MHz规划用于对讲机系统等[21];在宽带频率规划上,我国目前主要规划的频段为230 MHz、800 MHz、1.4 GHz、1.8 GHz。其中,1.4 GHz主要用于政务、公共安全、社会管理、应急通信等,1.8 GHz主要用于交通、电力、石油等行业专网。

为满足社会对数字集群通信的需求,促进数字集群通信产业发展,提高频率利用率,国家无线电主管部门于2001年调整了336~399 MHz频段频率用于武警、公安等系统,优化800 MHz集群频率使用管理,2007年发布800 MHz数字集群通信频率台(站)管理规定。

2015年规划1447~1467 MHz用于宽带数字集群专网系统,并于2018年优化1447~ 1467 MHz和1785~1805 MHz频段无线电频率使用管理,明确除必须预留部分用于公共安全等业务使用外,优先采用招标、拍卖等方式开展频率使用许可,并鼓励专网尽量采用公网模式以提升频谱使用效率。在频率使用的管理上,我国对于800 MHz、1.4 GHz、1.8 GHz等频率的频率使用许可由地方无线电管理机构进行许可。

2018年,调整223~235 MHz频段无线数据传输系统频率使用,并将230 MHz频段分配用于电力、水利、人防、燃气等行业,“频谱效率”纳入射频技术指标要求中,是频谱资源合理精细化管理的新手段。

2019年,对我国800 MHz频段(806~821 MHz/ 851~866 MHz)数字集群通信系统频率使用规划进行调整,明确了800 MHz频段新增用于PDT技术体制,不再用于iDEN、GoTa以及GT800技术体制。

3.2 对我国应急专网规划建设的建议

应急专网通信在突发公共事件应急处置中起着关键性的作用,各国PPDR机构均已意识到建设宽带化公共安全和应急专网的重要性,并已加紧开展相关技术研究,ITU也发布了多项建议书推进PPDR建设。综合分析全球主要国家应急专网频率规划及系统建设情况,我国需要加紧推动建设符合我国产业发展和应用需求的应急专网,选取合适的频率资源,借鉴各国应急专网建设运维模式的经验,立足我国国情,统筹满足不同用户在共享和专用、窄带和宽带、当前和未来、共性和个性、便捷和安全等方面的差异化需求,在技术路线、运营模式等方面做好我国应急专网规划的顶层设计。

(1)加快我国应急专网建设,推动技术标准化全球化

PPDR用户历来属于多个机构并且在不同的管辖范围内运营,各国政府在建立宽带PPDR通信网络进程中大多面临各种挑战。当前已有多个国家成立了专门的组织或部门负责端到端业务,颁布了相应法律法规指导和规范建设、管理公共安全网络,并已建设实施了专用的宽带PPDR网络。我国也亟须开展宽带PPDR网络建设规划,加快应急通信技术标准研究,做好与相邻频段的干扰协调工作,发展应急通信领域产业链供应链,推动宽带应急专网频率使用和技术标准全球范围内协调统一,增强跨界协调和设备流通,实现国际合作和规模经济高质量建设。

(2)选择最优频段,释放数字红利

随着技术发展和新兴业务不断涌现,可用、好用的频谱资源日益紧张,6 GHz以下的“黄金频段”需求旺盛,但使用碎片化严重,很难调整规划得到连续带宽的频谱资源。我国在选择专网通信系统的可用频率时,建议参考WRC-15修订的第646号决议中PPDR最常用的700 MHz和 800 MHz频段。同时,考虑公网专网融合建设发展,专网的建设和已有公网相辅相成,既可以降低建设成本,又可以提高频率使用效率。综合评估现有业务的频率利用率和经济社会综合效益,以及频率调整可行性,优先考虑规划1 GHz以下的频段,发挥其损耗低、覆盖广、穿透力强等特点,最大限度释放数字红利,建设广泛覆盖、安全稳定、反应快速的公共安全通信专用网络。

(3)宽带化是发展需求,宽窄融合是必然趋势

当前,大多数PPDR无线电通信网络都基于窄带陆地移动无线技术,这些窄带网络是为执行关键任务语音通信而构建的,支持即时按键通话和设备到设备的通信。随着技术的发展,用户数据流量呈爆炸式增长,需要重点考虑社交媒体和实时移动视频对宽带数据的需求,特别是来自灾难现场或其他重大事件的高分辨率视频对于实时态势感知和情报驱动决策的迫切性。另一方面,由于专网系统的特殊性和行业性,对大范围覆盖、统一响应、及时通信、频率可用等要求极高,窄带专网系统在特定行业、特定情况也有必然的使用需求,因此多个频段的公用网络虽然已完成数字化、宽带化转变,但仍保留宽窄共存的运营模式。建议我国建设应急专网时统筹考虑建设成本、覆盖范围、技术成熟度等因素,借鉴公网较为成熟的频率开发利用技术手段和应用模式,设计宽带和窄带专网系统长期共存的方案,推动建设进程。

(4)综合考虑多要素,选择符合我国国情的建设模式

综合各国公共安全通信网络建设模式,频率、资金、安全要素、归属权、主管部门、网络运维等因素大大影响了PPDR的规划与建设。目前,已建设和运行的应急专网都是由政府主导、投资建设、划分专用频率以及管理核心用户,这代表着政府对公共安全通信网络的控制力和安全保障。不同点在于,有的采用政府与运营商共建共用共管模式(如美国、英国),有的采用政府专建专用专管模式(如巴西、泰国)。建议我国在规划建设应急通信专网时,应根据我国的实际发展情况,综合考虑频率协调问题,包括主管部门、管理机构、协调组织在内的治理模式,前期建设和后期运维的资金来源,用户需求和市场发展方向,公网运营商参与建设和运维的程度,商业运行模式,兼具前瞻性和实用性的技术制式等因素,规划建设保安全、低成本、高效率、广应用的应急通信网络,保障公共安全和国家安全。

4 结束语

在紧急情况、重大事件中挽救生命和保护财产时,无线电通信至关重要,如果没有稳健和安全的无线通信的支持,应对此类紧急情况的公共安全机构将无法运作,协调频谱和基于标准的技术对于满足公共安全机构的无线电通信需求极其重要。

PPDR频谱规划是应急通信未来发展的重要环节,宽带化是应急专网通信发展的必然趋势,需要及早谋划,深入研究。同时,PPDR频谱工作需要在ITU等国际标准化组织的大框架下开展,同时要充分考虑国内用频和产业发展现状,合理分配频谱资源,探寻适合的专网通信建设模式。

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5G专网的抉择:网络切片还是“另起炉灶”?
有了5G,我们还需要专网吗?
直扩系统中的窄带干扰抑制
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关注城市公共安全 增强公共安全意识
一种基于窄带信道的加密数据传输处理方法