专用移动通信工程技术

本书系统论述了专用移动通信工程方面的技术，以窄带技术为主，兼顾宽带技术，全面介绍了警用数字集群（PDT）通信系统的网络规划、工程设计、施工、检测、验收、安全加密、优化和运维的内容，首度公开了PDT技术体制的设计思想和核心技术，深入探讨了专网工程的新观点、新方法、新方向。

本书可以作为PDT和专网建设从业者，包括网络规划和设计工程师、工程安装和现场调试工程师、设备检测技术人员、研发人员、行政领导和技术管理人员的指导书，也可作为申报公安技术职称人员和大专院校学生的参考书。适合公共安全部门、应急管理部门、军队、轨道交通、民航、港口等行业有兴趣的人士阅读。

王汉杰，公安部第一研究所研究员，公安部无线通信技术专家，科技部国家科技专家，中国电子学会高级会员。从事无线专网通信和应急通信的研究、规划设计和政策制定，担任公安行业PDT工程技术标准、全国公安频率规划方案等技术规范的首要编制人，主持多个大中城市公安PDT系统的规划设计和应急部全国PDT系统的总体设计，担任国家十二五科技支撑项目的课题负责人。获得公安部科技成果奖，获得国家专利，获得PDT系列标准突出贡献个人称号，在科技期刊发表二十多篇论文。

作者总结了近年来在专网工程方面的研究和探索，以工程建设为主线，将公网网络规划和工程建设方面的先进成熟技术引入专网，结合在专网领域的新发现，系统地提出了专网网络规划和工程建设的技术和方法。

本书理论结合实际，深入浅出、通俗易懂，论证简明扼要，避免繁琐的数学推导。该书严谨求实，探索求新，兼具理论性、实用性、系统性和创新性，是近年来难得的一本好书。该书的出版，对于指导专用移动通信的工程建设，提高专网通信工程的技术水平，具有重要的现实意义和学术价值。

2008年开始，在公安部科技信息化局主导下，国内众多科研院所和厂家通力合作，经数年努力，在350MHz频段上研发了具有完全自主知识产权且适合我国国情的数字集群标准——PDT通信系统技术标准。至2017年2月，发布了全部10项公安行业标准，成为与TETRA、APCO25等具有同等功能的专网集群通信标准，为全球的专业数字集群市场发展带来了新的动能和选择，结束了西方标准独霸全球的时代。在没有任何国家资金支持的情况下，实现了标准制定、设备研发、安全、管理、检测以及工程实施的全面覆盖。PDT研制者开发出多项核心技术，申请多项专利，创造了8年时间走完发达国家15年之路的奇迹，是我国开发具有自主知识产权的专用无线技术并形成完整产业链的一次成功尝试。2012年开始公安部科信局全面启动规模化建设并投入实战应用，2017年前后进入建设高潮，并按照“全国一张网”的目标稳步推进全国联网。PDT的建设得到长足发展，取得决定性成果。在杭州G20峰会安保、厦门金砖峰会安保、新疆反恐维稳及其他警务活动中，PDT系统取代进口产品，发挥根本作用。实现从模拟系统向数字系统，从进口设备向国产设备的全面转换。

2019年，工业和信息化部（简称工信部）重新规划800MHz频率，不再用于iDEN、Gota和GT800三种体制，在该频段新增了PDT技术体制； 同年，工信部为应急管理部门规划了370MHz频段的频率，应急管理部决定在全国以PDT技术体制建设应急指挥窄带无线通信网。

PDT技术体制发展势头良好，前景广阔。为顺应PDT发展的大好形势，从学术上对PDT技术进行总结和提高，为公安部门、应急管理部门、轨道交通、民航和其他行业今后的PDT建设提供一定的借鉴和指导，提高专用移动通信工程建设的水平，在北京华通专业数字集群标准创新联盟(PDT联盟)组织下，PDT业内多位专家携手合作，历时10个月，修改15稿，撰写了

本书。

本书共分12章。第1章和第2章是总论和基础，理清移动通信、专用移动通信、公安无线通信的概念、发展历史、频率管理和主要技术，汇集专用移动通信的术语、基本理论和主要技术，简介PDT专网工程的步骤、网络规划原则、内容和流程。第3章和第4章是PDT技术体制和产品的研发，阐述了PDT总体设计原则、设计思想、系统架构、空口及设备技术、PDT系统独创功能、PDT与TETRA的全面对比和PDT技术的发展趋势，阐述了无线通信面临的安全威胁、PDT安全体系的设计原则、设计思想、技术框架、鉴权技术、空口安全技术、端到端语音加密和数据安全技术以及安全系统的工程部署方案。第5、6、7章从覆盖和站点规划、话务量和容量规划、频率规划三方面，介绍各自的理论基础、规划原则、规划内容、规划方法、规划步骤和优化与维护要求，对专网网络规划的技术和方法进行了全面梳理和系统论述，在同频同播系统中同频干扰的可能性、跨站组呼为主要业务的专网容量计算方法、邻频干扰的分析等方面提出了新观点。第8章和第9章是工程实施中的技术，介绍模拟集群和数字集群的号码资源和分组规划，从基站、机房、天馈、铁塔、工程施工、电源、防雷和接地等方面提出技术要求，介绍工程现场对于设备指标、施工质量指标、越区切换和系统互联的调试和测试方法。第10章是与工程实施、工程质量密不可分的设备检测技术，介绍实验室中对PDT设备功能和性能的测试原理、测试流程和测试方法，讲解创新的PDT设备自动测试平台和PDT空口信令分析工具。第11章和第12章是PDT技术的演进方向，介绍LTE及BTrunC宽带专网的基本理论、网络架构、关键特性、业务功能、通信安全和网络规划，展望宽窄共存的专用移动通信发展前景。

参与编著的人员有多位PDT系列技术标准的首要制定人和公安系统职称考试大纲编写人，是PDT研发、工程、检测、安全和管理领域的专家。审稿人蒋庆生是PDT联盟理事长，是PDT系列技术标准的组织者和全部10项标准的编制人，是我国专用移动通信领域的领头人之一。

本书第1、2、5、6、7章由王汉杰执笔，第3章由孙鹏飞、王英男执笔，第4章由朱振荣执笔，第8、9章由刘永方执笔，第10章由孙慧洋执笔，第11、12章由王亮、周仁贵执笔，吴亚超负责全书要点补充和插图编绘，9位作者分头编写，经多次集体讨论、修改、交叉检查，由王汉杰整合、统筹后定稿。本书由蒋庆生审稿。

本书聚焦于工程阶段的理论与技术，兼顾研发和生产阶段的理论与技术，涵盖PDT及专网工程建设的全过程，包括研发、安全加密、规划、施工、检测、验收、优化和运维。编者面向公安一线技术人员和专网一线技术人员，秉持理论结合实际，深入浅出，通俗易懂的宗旨，对重点和难点问题深入探讨，工程层面讲深讲透，不搞面面俱到，不提过多数学原理，力求为公安行业和其他各行业从事PDT系统建设的工程技术人员、管理人员、科研人员提供一部有理论支撑、可实际使用的指导手册。

衷心感谢公安部第一研究所通信事业部、鼎桥通信技术有限公司和海能达通信股份有限公司大力支持，感谢左克锋、孙薇薇等人的帮助，感谢家人对我们编写工作的支持，最后感谢清华大学出版社的大力支持和高效工作，使本书得以尽早与读者见面。

由于编者水平所限，加之时间仓促，且移动通信技术不断高速发展，书中难免出现疏漏，敬请广大读者批评指正。

编者

2020年5月

第1章绪论

1.1公众移动通信网与专用移动通信网

1.1.1公网与专网的区别

1.1.2公网的现状

1.1.3专网的必要性

1.2模拟集群与数字集群

1.2.1模拟集群

1.2.2数字集群

1.3频谱资源与频率管理

1.3.1国际频率管理

1.3.2国内频率管理

1.3.3公安频率管理

1.4公安无线通信及其发展

1.4.1模拟时期

1.4.2数字时期

1.4.3未来展望

参考文献

第2章专用移动通信基础

2.1术语和基本理论

2.1.1基本概念

2.1.2移动通信工程理论

2.1.3性能指标

2.2主要技术

2.2.1信令技术

2.2.2调制技术

2.2.3多址技术

2.2.4蜂窝复用

2.2.5语音编码

2.2.6信道编码

2.2.7分集技术

2.2.8软件定义的无线电

2.3PDT专网工程

2.3.1PDT专网工程步骤

2.3.2专网网络规划

参考文献

第3章PDT技术体制

3.1概述

3.1.1PDT总体设计原则

3.1.2PDT标准体系

3.1.3PDT工作模式

3.1.4组网类型

3.2PDT系统架构

3.2.1集群系统构成

3.2.2同频同播系统

3.2.3组网架构

3.2.4互联技术

3.2.5传输链路设计

3.3空口及设备技术

3.3.1数字调制技术

3.3.2发射互调产物

3.3.3PDT码元、时隙与帧参数设计

3.3.4帧同步

3.3.5时隙结构设计

3.3.6时隙对齐模式

3.3.7功率控制

3.4PDT系统功能

3.4.1基本功能

3.4.2独创功能

3.5PDT与TETRA对比

3.5.1概述

3.5.2空中接口差异

3.5.3语音业务差异

3.5.4数据业务差异

3.5.5基本业务功能差异

3.5.6终端设备特别要求

3.5.7安全功能对比

3.5.8组网

3.6PDT技术发展趋势

3.6.1宽窄共存、公专融合

3.6.2专网物联网

参考文献

第4章无线网络安全

4.1概述

4.1.1安全威胁

4.1.2安全目标

4.1.3设计原则

4.1.4现状分析

4.2安全技术框架

4.2.1系统架构

4.2.2安全机制

4.3鉴权

4.3.1概述

4.3.2双向鉴权

4.3.3故障弱化鉴权

4.3.4安全性分析

4.3.5入网性能分析

4.4空口安全

4.4.1概述

4.4.2空口密钥

4.4.3空口加密

4.4.4空口完整性保护

4.5端到端语音加密

4.5.1概述

4.5.2同步机制

4.5.3加密流程

4.5.4语音质量分析

4.5.5优化方法

4.6端到端数据安全

4.6.1概述

4.6.2加密流程

4.7安全设备

4.7.1概述

4.7.2设备功能

4.7.3工作原理

4.7.4容错处理

4.8全国联网

4.8.1概述

4.8.2PDT鉴权网络架构

4.8.3密钥管理网络架构

参考文献

第5章覆盖和站点规划

5.1概述

5.2覆盖设计原则

5.3覆盖设计内容

5.3.1站点位置和数量

5.3.2站点类型

5.3.3天线选择

5.3.4分集接收

5.3.5参数设置

5.3.6覆盖预测

5.4覆盖设计方法

5.4.1软件和工具

5.4.2理论和实测

5.5覆盖设计步骤

5.5.1路测

5.5.2传模校正

5.5.3覆盖仿真

5.5.4站点勘察

5.5.5方案定稿

5.6站点优化与维护

参考文献

第6章话务量和容量规划

6.1概述

6.2话务量基础

6.2.1等待制与损失制

6.2.2爱尔兰表

6.2.3忙时话务量

6.2.4服务质量指标

6.3组呼话务量模型

6.4多站话务量模型

6.5专网容量计算方法

6.5.1语音信道数

6.5.2数据信道数

6.5.3总信道数

6.6专网容量规划方法

6.7专网容量规划步骤

6.8容量优化与维护

参考文献

第7章频率规划

7.1概述

7.2频率规划原则

7.3频率规划方案简介

7.4专网频率规划方法

7.4.1异频组网的同频干扰

7.4.2同播系统的同频干扰

7.4.3同频干扰判断准则

7.4.4邻频干扰

7.4.5三阶互调干扰

7.4.6最小频率间隔

7.5频率优化与维护

参考文献

第8章号码资源和分组规划

8.1模拟集群MPT号码资源与编号规划

8.1.1模拟集群MPT号码资源

8.1.2MPT1343分队编号方案

8.1.3CPSX分队编号计划

8.1.4CPSX编号段队结构的选择

8.2数字集群TETRA号码资源与编号规划

8.2.1TETRA号码资源

8.2.2用户识别码的使用

8.3数字集群PDT号码资源与编号规划

8.3.1PDT用户号码资源

8.3.2段队组与分级组的比较

8.4数字集群PDT号码规划方法

8.4.1PDT个呼号规划方法

8.4.2PDT组呼号规划方法

8.4.3PDT电台组呼号设置方法

参考文献

第9章工程安装和调测

9.1基站站址与机房

9.1.1基站站址

9.1.2机房

9.2天馈系统及天线塔

9.2.1天馈系统

9.2.2天线塔

9.3工程施工

9.3.1天线架设

9.3.2馈线架设

9.3.3设备安装

9.3.4BBU+RRU架构基站安装

9.4电源、防雷和接地

9.4.1电源

9.4.2防雷与接地

9.5调测

9.5.1设备指标测试

9.5.2施工质量指标测试

9.5.3越区切换调测

9.5.4互联测试

9.6互联测试案例

参考文献

第10章设备测试

10.1概述

10.1.1PDT设备测试的目的

10.1.2设备测试项说明

10.2设备性能测试

10.2.1设备性能测试要求

10.2.2设备性能测试方法

10.2.3PDT设备射频指标自动化测试平台

10.3设备功能测试

10.3.1PDT通信系统功能测试的目的

10.3.2PDT通信系统功能要求

10.3.3设备功能测试及标准的特点

10.3.4设备功能测试方法

10.3.5PDT空口信令分析工具

参考文献

第11章宽带专用移动通信网络

11.1概述

11.2宽带集群BTrunC网络架构

11.3宽带集群BTrunC关键特性

11.3.1无线承载集群增强

11.3.2RRC的集群增强

11.3.3集群呼叫控制

11.3.4移动性管理

11.3.5信令和数据安全

11.4宽带集群BTrunC业务功能

11.4.1业务全景

11.4.2宽带特色业务

11.5宽带集群BTrunC安全

11.5.1业务安全

11.5.2设备安全

11.6宽带集群BTrunC网络规划

11.6.1规划流程

11.6.2信息搜集

11.6.3覆盖规划

11.6.4容量规划

11.6.5参数规划

11.6.6规划输出

11.7宽带集群3GPP

11.7.1架构差异

11.7.2组网差异

参考文献

第12章专用移动通信发展展望

12.1概述

12.2宽窄带应用融合

12.2.1调度机系统级对接

12.2.2窄带侧空口车台对接

12.2.3融合指挥调度

12.3宽窄带网络融合

12.3.1融合空口

12.3.2融合核心网

12.3.3融合语音和小数据业务

12.3.4宽窄互通网络安全

12.4宽窄带终端融合

12.4.1公专智能切换

12.4.2宽窄多模

12.5结语

参考文献