警用数字集群(PDT)的自主创新之路
蒋庆生
公安部第一研究所,中国北京
科创喵 2021-1-22 无线电通信
中文摘要
从PDT标准的制定背景、发展历程、关键技术、未来演进等几个方面,对PDT自主创新之路进行了全面回顾和总结,希望PDT的成功经验能够在其他领域得到有效复制,助力“中国制造”到“中国创造”的完美转变。
关键词
公共安全数字集群PDTLTE宽窄融合

1、引 言

集群通信是专业无线通信的重要组成部分,其安全、高效、一呼百应的调度通信方式是公网通信无法取代的。过去,中国没有自己的专网数字集群标准,一直沿用国外的数字集群标准,这使中国的专网通信一直处于被动地位,且给公共安全带来巨大的安全隐患。从2008年开始,公安部科信局(原信通局)带领国内无线通信领域的企事业单位开启了中国专业数字集群标准的研究之路,决定研制适合我国国情的、具有完全自主知识产权的新一代警用数字集群PDT(Police Digital Trunking)标准。自此,业内专家和参研技术人员在公安部科信局的领导下,踏上了艰苦卓越的标准创新之路。2017年2月8日,PDT十项公安行业标准全部发布,实现了设备研发、安全管理、检测认证以及工程实施的产业链全面覆盖。该系列标准符合中国国情,充分借鉴Tetra、P25、DMR和MPT等国际及区域标准优点,吸收国内外数字集群和核心网技术,是具有中国自主知识产权的全新数字集群标准体制。基于该技术规范的数字集群通信设备具有大区制、广覆盖、可从模拟向数字平滑过渡、采用国产密码算法加密、拥有自主知识产权、不同厂家系统互联互通等特点和优势。

现在,PDT系统已在全国30个省进行了规模化建设并投入实战应用,成为公安机关维护社会稳定、打击犯罪、治安管控等活动的重要技术保障。除了国内市场,PDT系统还在德国、澳大利亚、美国、俄罗斯、泰国、尼泊尔、马来西亚等40个国家地区获得应用,建设完成9 000载频、2 000个基站,为全球的专业数字集群市场发展带来了新的动能和选择,结束了西方集群技术标准独霸全球的时代。

2、PDT—— 一条中国的专网创新之路

追溯到2008年,当时正值我国公安无线通信开始探寻数字化之路伊始。一些公安机关先后引进欧洲Tetra标准及产品以替代原有的模拟集群系统,公安部也曾一度将Tetra列为公安数字集群标准。但Tetra毕竟是欧洲标准,采用中小区制组网,建设成本高,不适合我国幅员辽阔的国情,而且还存在加密接口不对中国开放、不同厂家的系统不能互联等诸多问题。在PDT出现之前,我国公安无线专网绝大部分市场被外国企业所占。基于安全和摆脱国外垄断的考虑,同时也为了扶植国内企业,打造国产品牌,开展PDT标准制定工作势在必行。

为了减少外部因素对PDT标准制定的影响,PDT标准制定采用半保密的方式进行,使用804作为项目代号,低调地进行标准的研究制定和产业规划,直到2010年PDT标准和产品基本成型才对外公布。前期参与804项目的主要厂家在2010年又自发成立了PDT产业联盟,负责组织PDT标准文稿的起草工作,2014年3月在北京市民政局注册实体“北京华通专业数字集群标准创新联盟”,全面开启PDT产业发展之路。

PDT的快速成长,得益于多次重要节点的正确决策,公安部科信局在关键时刻指引了正确的发展方向,这主要体现在:

(1)是重新设计与国际标准完全不同的技术体制,还是继续沿用国际技术体制,一度成为争论的重点。前者需要花费大量时间和资金,虽然可以保护国内产业但也会带来封闭落后、不能与国际接轨的后果;而后者既要协调兼容底层国际标准,还要自主创新,有一定的难度,但一旦成功便可融入全球市场。经多次讨论,最后决定着眼国内、放眼全球,先期由国内厂家利用标准先发优势提前开发产品,后期引进国外厂商竞争,快速提升质量、降低成本,同时让PDT标准和产品走向全球。

(2)声码器选型是最重要的决策之一。之前国内没有自己的专用语音编码技术,美国AMBE声码器一直垄断整个公安市场,价格高昂。我国也曾由PDT联盟出面跟美国AMBE公司进行谈判,但最后考虑到公安通信的安全性,PDT联盟下定决心研发了一套具有自主知识产权的语音编解码技术NVOC。经过多方实战考验,NVOC综合评分已超过国外竞品,成为PDT指定配备的声码器,打破了外国企业的技术垄断,进一步保障了公安信息通信的安全。

经过十年艰辛努力,PDT已形成十项行业标准和七项国家标准(已发布两项),作为我国第一套完全自主知识产权的专业窄带数字集群标准,是在恰当的时间、恰当的地点和恰当的网络安全环境下诞生的,有效支持了我国无线专网产业的持续与高速发展。如果当年采用小区制的Tetra标准,那么建设全国网络的投资可能是现在的4倍甚至更高,PDT的及时出现为我国节省了大量资金,同时也造福了很多国情类似于中国的国家。PDT标准还带来了产业的蓬勃发展,通过PDT形成的产业链带动了大批中国企业的崛起,形成了数百亿的市场规模,为我国本土企业崛起做出了巨大贡献。

3、自主知识产权让公共安全通信更有保障

2018年中兴416事件发生,使得自主知识产权的重要性引起全国范围的高度关注,给我们敲响了警钟。以前我国的公共安全无线通信系统都采用国外技术标准,几乎没有自己的行业标准。如果公安机关现在使用的仍是Tetra标准,我们自己的加密系统不能使用,易被敌对国家监听,自主可控和信息安全成为大问题。所幸我国在十年之前就已经预见到公安最核心的技术不能依赖他国,未雨绸缪提前开展了具有自主知识产权的PDT研制工作,这一重大技术突破已在警用窄带集群通信数字化之路上勾勒了浓墨重彩的一笔,未来必将载入我国公安通信的史册。

PDT的安全体系采用了国产加密技术和国产密码算法。PDT的国产安全加密算法及专用芯片技术是根据信道特点,在不降低业务承载能力和弱场通信能力的前提下,提供各项安全功能,彻底摆脱了国外政府在加密技术上对中国的封锁。声码器也是数字集群通信系统中非常核心的环节,只有声码器实现国产化,PDT才算是真正意义上的中国标准。为此,PDT联盟的几个主要厂商组建技术团队,专门成立了天津联声软件开发有限公司,为自主开发NVOC声码器提供长期有力的保障,并最终实现了声码器的国产化。

PDT标准先行,系统建设也在同步跟进。随着系统建设的完成,PDT在国家大型活动、重大体育赛事中发挥了重要安保作用。在G20杭州峰会、厦门金砖五国峰会、“一带一路”国际合作高峰论坛和全国十九大安全保卫工作中,PDT系统解决了公安部与各省、直辖市、自治区公安部门不同设备厂商的数字集群系统的语音互通问题,实现了重大活动安保工作的全国性统一指挥调度。近年来,PDT系统在反恐处突、维护社会治安等各种重大活动中使用情况良好,作用巨大,充分体现了其卓越的性能,实践证明PDT完全能够满足公共安全用户的使用需求。

4、PDT助力打造全球最大的数字集群网络

公安部要求在“十三五”期间,全国所有地市全面建设PDT无线数字集群系统,要求网络覆盖率在城镇主城区达到100%,国道、省道沿线平均达到95%以上,郊区、农村平均达到70%以上,地市一线民警的PDT电台配备率平均达到90%,实现公安无线专网的全国联网、自动漫游,全面建成公安数字无线应急指挥“一张网”,满足公安机关跨区协同、异地调警的指挥需求。

按照公安部对全国联网的规划,2019年底前实现全国范围内跨区呼叫和自动漫游。经部领导组织、各省厅及地市公安局大力支持、PDT联盟积极配合,目前已完成了近20个省的联网工作,实现了部、省、市、县四级公安机关点名测试,声音清晰,效果良好。

PDT全国联网一旦实现,将满足区域指挥、条线指挥和跨地区指挥工作需要,可为动态化、信息化社会条件下的国家安全、社会稳定、打击犯罪、治安管控、为民服务、入伍管理提供强大的通信技术支撑和保障。PDT全国联网建成后,将成为全世界最大的一张数字集群网络。

5、PDT的宽带演进

2018年9月18日,《公安宽窄带融合集群通信系统总体技术要求》通过了公安部通信标准化技术委员会的评审,即将正式发布,公安无线通信即将进入一个新的发展阶段。

PDT是窄带无线通信技术,无法满足公安用户对宽带通信的需求,特别是无线图像传输和高速数据查询方面的需求,PDT向宽带演进是必然趋势。PDT和宽带专网的关系,不是简单的替代,而是业务互补关系。PDT系统在未来很长的一段时间里将作为应急通信的最后保障而存在。

就目前技术和实际情况而言,警用PDT+LTE宽窄融合通信系统是公安专网的发展方向。采用“宽窄相融、公专互补、租建结合”的模式建设公安移动宽带专网是可行的。在宽窄带融合技术上,系统采用统一核心网,同时支持窄带接入网和宽带接入网,终端做到多模,而且要公专网并用,在宽带网络的覆盖上可以利用公网作为日常应用的补充。将公安宽带LTE网络部署到热点和重点地区,这样既可利用公网覆盖优势,又可发挥专网作用。加上已有的窄带语音网,可做到三网互为备份,使我国的无线通信手段丰富而有韧性。

PDT作为公安行业的窄带数字集群唯一标准,在十三五期间将建成全国联网自动漫游的公安PDT窄带集群网络。为满足公安业务发展对无线宽带的需求,在保持350兆PDT技术体制不变的情况下,使用PDT+LTE宽窄带融合的模式建设公安下一代移动通信专网,如何实现PDT向宽带的平滑演进还有很多问题需要探讨,首先要解决以下几方面的问题:

(1)频率方面:公安没有足够的宽带专用频率是限制公安宽带专网发展的最大问题,目前可以使用建设宽带专网的只有1 447 MHz—1 467 MHz政府共网频段。各地公安机关可以向当地无委会申请1 447  MHz—1 467 MHz频段的使用权,争取做到由公安牵头组建政府宽带政务网,以保证网络的可管、可控。如频率已被其它政府部门或公司申请,建议采用自建核心网的方式使用政务公网。

(2)技术标准方面:如前文所述,公安行业标准《公安宽窄带融合集群通信系统总体技术要求》已经通过公安部通标委的审查并即将发布,其它标准正在制定中,总体思路是系统采用宽窄带融合核心网,窄带空口采用PDT技术体制,宽带空口采用具有自主知识产权的BtrunC标准,做到统一调度指挥平台、统一终端号码、统一安全机制、统一语音编码、统一对外接口和统一网管。

(3)网络覆盖方面:建议采用宽窄融合、专公互补的模式,在全面建设PDT通信系统“全国一张网”的同时,在热点地区和重点部位建设公安宽窄带融合集群通信系统,系统可同时支持窄带PDT基站和宽带LTE基站,实现在传统窄带语音调度的基础上提供宽带多媒体业务。此外,在超出公安宽窄带融合集群专网信号覆盖的区域,可以通过公网提供宽带多媒体业务的补充,其建网模式如图1所示。如突发事件发生在没有公安宽窄带融合集群覆盖的区域,可以采用通信指挥车、系留无人机及可搬移宽带基站等应急组网的方式来解决宽带通信保障问题。

upload_downloader_1611317541309_73437318.jpeg

(4)运营模式方面:目前各地1.4 GHz宽带政务网的建设运营模式不尽相同,主要有三种模式:

1)由政府的信息办、经信委或应急办牵头,采用“政府牵头、专网运营、服务外包”模式,如北京市政务物联数据专网,由企业出资,进行网络建设和维护,政府出资购买服务,由各政府单位向网络主管部门提交业务申请,通过审批后方可免费使用网络。

2)由“公司出资、公司建设、公司运营”,如天津、上海、南京等地的政务网,分别由北讯公司和南京宽慧公司建设运营,各政府部门采用购买服务的方式使用。

3)公安自建自用,如西安市、齐齐哈尔市、郑州市公安局等。除公安自建网络外,我们建议都采用与政务宽带网络共享接入网的方式,自己单独建立一个宽带核心网,用单独的网管来独立管理公安自己的用户信息,与公安信息网络的互联也由自建的核心网完成,以保证公安信息网络的安全。我们推荐使用“政府出资、公安建设、政务使用、社会维护”模式建设未来的公安宽窄带融合集群网路。

6、PDT未来发展

(1)PDT向宽窄带融合网络演进

在制定公安宽窄带融合系统标准的基础上,不断探索宽窄带融合网络的建设模式,破解宽窄带融合集群专网发展的技术瓶颈,在配合公安部向国家申请公安宽带专网频率的同时,做好现有频率重耕的技术研究。另外将积极参与国家IMT2020(5G)应用组的工作,为未来公安宽带无线网路建设打下坚实的技术基础。

(2)加强在应急领域的运用

当前我国正在加强应急通信建设。PDT具备频率独占、专网专用、加密安全、全国联网、组网灵活、呼叫多样、宽窄融合、公专结合等独特优势,可在应急通信中发挥更大的作用。

(3)发展IoT业务

随着近几年物联网(IoT)技术的飞速发展,依托于公网的NB-IoT技术和基于免费频段的LoRa技术得到大范围推广,成为物联网最主流的两种技术。技术分析显示,利用PDT窄带技术进行IoT小数据量数据传输时,在通信距离、组网成本、单位比特能耗等方面具有优势。附加IoT业务可以进一步提升现有PDT网络的使用价值,是一个很好的补充,可以更好地服务于公安专网用户。

(4)开拓市场

PDT开始为“Police Digital Trunking”,后改为“Professional Digital Trunking”,意即从警用数字集群发展为专业数字集群。PDT标准虽然是专门为我国公安量身定做的,但也适用于政府部门、工矿企业和交通运输等其他单位的无线指挥调度。PDT将在公共安全市场之外,开拓海外市场和民用市场,以期发挥更大的作用。

7、结束语

PDT是一套完全具有我国自主知识产权的数字集群标准,它的成功应用打破了国外企业对于专网数字集群技术的长期垄断,使我国的用户和制造企业不再受国外专利的限制。中国企业凭借自己的勇气和智慧,走出了一条自主创新之路,在不花国家一分钱的情况下,在专网领域首次建立了自己的数字集群标准PDT,为我国公共安全通信提供了保障,意义非凡。随着新形势、新需求的出现,PDT将与时共进,加速融合和演进。面向未来,PDT将在我国专网通信的发展进程中续写新的辉煌篇章。

原文发表于《移动通信》2019年第3期

来自:电子与无线电 / 无线电通信

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

科创喵
进士 小编 机友
文章
55
回复
27
学术分
0
2018/06/14注册,12 天前活动

扫描最新重大科技成果
聚焦科技事件深度细节

%7B%22isDisplay%22%3Atrue%7D
视频暂不能访问,请登录试试
仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。
音频暂不能访问,请登录试试
插入资源
全部
图片
视频
音频
附件
全部
未使用
已使用
正在上传
空空如也~
上传中..{{f.progress}}%
处理中..
上传失败,点击重试
等待中...
{{f.name}}
空空如也~
(视频){{r.oname}}
{{selectedResourcesId.indexOf(r.rid) + 1}}
处理中..
处理失败
插入表情
我的表情
共享表情
Emoji
上传
注意事项
最大尺寸100px,超过会被压缩。为保证效果,建议上传前自行处理。
建议上传自己DIY的表情,严禁上传侵权内容。
点击重试等待上传{{s.progress}}%处理中...已上传
空空如也~
草稿箱
加载中...
此处只插入正文,如果要使用草稿中的其余内容,请点击继续创作。
{{fromNow(d.toc)}}
{{getDraftInfo(d)}}
标题:{{d.t}}
内容:{{d.c}}
继续创作
删除插入插入
{{forum.displayName}}
{{forum.countThreads}}
篇文章,
{{forum.countPosts}}
条回复
{{forum.description || "暂无简介"}}
ID: {{user.uid}}
学术分隐藏
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式
分享回复:{{shareId}}
加载中...
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
加入关注取消关注
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
建议修改
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

下载资料
{{fileName}}
大小:{{size}}
下载当前附件将花费 {{costMessage}}
{{description}}
你当前剩余 {{holdMessage}}
{{fileName}}
大小:{{size}}
当前附件免费。
你已购买过此附件,下载当前附件不需要花费积分。
加载中...
{{errorInfo}}
附件已丢失
当前账号的附件下载数量限制如下:
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}