5G時代公共安全關鍵通信的發展

魯志兵　曹亞鋒

【摘要】? ? 隨著當前社會形勢的日益復雜，特別是面對反恐維穩任務對公安機關的巨大壓力，以及人民群眾對社會安全的更高要求和期待，警務指揮效能將面臨考驗和挑戰。關鍵通信是公共安全警務實戰中非常重要的技術手段，新的形勢下，各國在完善已有窄帶關鍵通信網絡系統的同時，也都在積極規劃和建設新的寬帶關鍵通信網絡。國內公安寬帶關鍵通信網絡的發展從4G時代就開始論證，但是因為投資、頻譜、產業鏈等各種原因，并未明確最終的方案。目前，ICT已經步入5G時代，中國民用5G網絡的建設全球領先。因此，借鑒國外寬帶關鍵通信建網經驗的同時，結合國內5G通信的技術發展水平，來考慮國內關鍵通信的發展大有裨益。

【關鍵詞】? ? 寬帶? ? 5G? ? 公共安全? ? 關鍵通信網絡

關鍵通信則是執行公共安全關鍵任務時特定的通信保障，目前來說，主要的關鍵通信還是以關鍵語音通信為主。寬帶化是公安信息化的必然方向，在日常勤務中類似移動警務等業務已經通過公網寬帶無線網絡開始使用。但是針對應急處突、重大安保等特殊情況下的寬帶數據、視頻等關鍵通信業務，公網可能無法有效保障網絡效果。全國化的寬帶關鍵通信專網覆蓋無疑能提供叫哈奧的網絡保障，但投資巨大難以落地。站在實際及實戰的角度思考和謀劃未來警務指揮模式和技術服務支撐是公安科技工作者義不容辭的責任和義務，在5G時代如何利用ICT的先進技術，為關鍵通信發展助力，正是本文需要探討的內容。

一、公共安全關鍵通信的現狀

（一）國內關鍵通信現狀

國內當前的關鍵通信以關鍵語音通信為主，主要依托PDT技術體制。PDT是完全根據中國公共安全專網無線通信的需求定義及發展而來的一項全新數字集群窄帶技術?；赑DT制式的數字集群通信設備具備大區制、廣覆蓋、采用國產密碼算法加密、擁有自主知識產權、廠家系統互聯互通等特點，為用戶提供低成本、廣覆蓋的窄帶業務，主要包括語音、短信、定位、狀態消息以及基于四種基本業務的第三方應用。

除PDT外，公安部還曾于2011年頒布了340M專用無線圖傳標準《公安專用無線視音頻傳輸系統設備技術規范》（GA962-2011），用于指導地市基于該標準進行關鍵視頻回傳網絡的建設。由于技術體制、頻譜效率、系統容量、技術演進等方面的原因，原有340MHz無線圖傳系統已經無法滿足公安機關日益增長的實戰通信需求?；谠搶嶋H情況，2017年底公安部廢除了該標準，相應的336-344MHz無線圖傳頻譜資源基本處于閑置狀態。

（二）海外關鍵通信現狀

歐、美地區目前采用的專業移動通信系統主要是TETRA和P25標準，均是提供關鍵語音通信。在關鍵通信寬帶化方面，美國、英國、韓國、法國等主要發達國家均已開始了規劃甚至建設，以美國為例，FirstNet網絡經過10多年發展基本建設完成。

1.美國FirstNet簡介

FIRSTNET（First Responders Network）旨在解決警察、交警、消防、醫療等行業在應急通信方面“各自為戰、劃界而治”的難題，以FirstNet建立起覆蓋范圍廣（全國性）、互操作性強、可靠性高、擴展性好的應急通信專門網絡。

2.最新進展

（1）截至2021年3月，美國FirstNet網絡已覆蓋271萬平方英里的美國國土面積和99%的人口，超過200萬個終端接入，有15000多個組織注冊。

（2）FirstNet網絡前期重點承載關鍵數據和視頻通信，關鍵語音主要還是通過P25支撐。

（3）FirstNet建設4G LTE基站的同時部署5G ready設備，用價值65億美元的合同來升級手機信號塔的硬件設施，然后升級到國家緊急救援網絡，然后升級軟件來增加5G的支持;同時，自2020年1月起，逐步新增1000套便攜式應急寬帶通信系統，用于緊急情況下的通信服務。

（三）總結

整體來看，主要的發達國家基于4G技術都已建設完成或者在建設國家級公共安全關鍵通信專用寬帶網絡（包括固定覆蓋和移動覆蓋）。

從業務模式來看，海外多是寬窄帶共存的模式，窄帶作為關鍵語音的保障會較長期存在，寬帶以數據業務為主，是逐步建設的過程。

4G時代我國處于技術追趕階段，4G技術引入到公共安全等專用通信領域已經較晚。5G時代我國無線通信技術已完全處于領跑，使得我們基于5G的技術能力來快速發展國內公安關鍵通信，實現對歐美發達國家的晚到超車是完全有可能的，這同時也是公共安全關鍵通信自身的發展趨勢。

二、公共安全關鍵通信的發展趨勢

（一）公共安全關鍵智能的迫切性與驅動力

關鍵通信是公共安全從業人員保障社會穩定、人民安居的重要工作手段，隨著社會城鎮化發展帶來的人口高集中度、普通百姓的信息化手段不斷豐富、自然災害不斷加劇等等因素，傳統的語音通信越來越難以支撐復雜的社會形勢和多元化的治理要求，必須結合圖像、視頻、大數據等方方面面的關鍵智能，才能更好地支持當今公共安全工作的需求，具體來說：

1.自然災害頻發要求關鍵通信網絡能力提升

自然災害頻發對無線通信會造成致命性破壞，日本11年的大地震造成了1.5萬基站損毀，卡特里娜一場颶風導致300萬用戶斷網，桑迪颶風導致25%基站失服……在公網通信癱瘓的同時，公共安全關鍵通信則必須滿負荷工作，支撐搶險救災及災后重建，在關鍵語音保障的同時，如果能夠將現場圖片、視頻及環境數據通過關鍵通信網絡及時回傳救援指揮中心，進行可視化指揮及大數據分析，無疑將極大提升災害救援效率。

2.信息化手段犯罪為公共安全帶來新挑戰

ICT技術的不斷發展，為人民生活帶來便利的同時，也給犯罪分子提供了越來越便利的犯罪手段，對公共安全的社會治理提出了更高的挑戰。傳統的關鍵語音通信顯然難以抵御越來越紛繁復雜的犯罪手段，必須以更智能的關鍵通信手段來遏制各類犯罪，比如提升關鍵通信定位能力、增加環境感知、生物識別等人工智能技術及大數據分析能力等等。5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5

3.公共安全關鍵通信必須往智能化發展

自然災害頻發、新冠在海外依然肆虐、社會治安日趨復雜，這一切對公共安全都帶來了持續的挑戰。在民眾通信早已步入多媒體數字時代的情況下，未來全球的社會公共安全保障必定是向工作數字化、多媒體化、智能化的方向發展。我國的治安情況雖然相對良好，但是人口眾多帶來的挑戰也不小，公共安全關鍵通信也必須要向日常數據監測預警，事中現場感知、多媒體執行、智能調度指揮，事后的大數據復盤、深度學習優化這些智能化的方向演進。

（二）公共安全關鍵通信多維度發展探索

當前的窄帶關鍵通信主要提供關鍵語音業務，而寬帶除了語音之外，還會帶來數據、多媒體等新的因素，促使公共安全關鍵通信在多個維度豐富、發展。

1.寬帶使能指揮中心數字化與智能化

在關鍵通信中指揮中心之前主要是語音調度，寬帶的高速數據通信能力將使能指揮中心向數字化和智能化升級，隨著5G、6G的到來，未來的指揮中心有可能發展為AR 沉浸式指揮，配以邊緣AI、云計算、支持深度學習的深度神經網絡以及先進的虛擬助手、物聯網等，來實現更實時、更便捷的增強現實。

2.無人化、遠程化、規?；?/p>

監測、預警是防范公共安全事故發生或減少公共安全事故損失的有效方式，防范的關鍵是預先感知，感知的重要手段是物聯網。5G提供了相比4G更大規模的物聯網連接技術，并能夠伴隨數字孿生的應用，未來可以為公共安全提供規?；瘷z測部署、無人化預警，遠程化應急處理。

3. UAVS群和對空網絡

對公共安全來講， 無人機是未來非常重要的作戰力量。 未來無人機群協作以及基于事件觸發遠程控制的作戰模式需要5G網絡的支持，包括精確定位，高可靠，優先級，上行帶寬，高速等。

4. 5G NTN （非陸地移動網絡）

未來公共安全的另外一個重要演進方向是衛星互聯網，3GPP叫 5G NTN，? 主要是擬補偏遠地區數字鴻溝，是公共安全關鍵通信尤其是應急通信的重要補充手段。

從上述分析可以看出，公共安全關鍵通信在各種維度的未來發展上，或多或少和5G技術都有直接或間接的聯系，應該說5G的核心競爭力不僅僅是通信技術，5G連接著物聯網、大數據、人工智能各領域的發展和應用，正在從通信技術演變成通用技術。那么，在這樣的ICT背景下，5G時代的公共安全關鍵通信會呈現一種什么樣的解決方案呢？

三、5G時代公共安全關鍵通信解決方案

（一）關鍵通信的寬帶化進程

從1G、2G、3G到4G，3GPP只專注公共移動商業運營的要求開發移動技術標準，公共安全LTE標準的制定是一個重要的里程碑，從此，全球公共安全專用通信的標準化從公共安全采用LTE（4G）開始完全統一到3GPP一個程序和平臺。

但是，由于產業鏈原因，有些公共安全需要的功能比如D2D、eMBMS 等，一直沒有能真正產品化、商用化，這些功能就推遲到5G。公共安全4G MCS的進一步完善，在今年6月份，5G? R17版本開始考慮，目前看基本到2023年會有完整公共安全版本發布。 因此，業界普遍認為關鍵通信行業建設專網5G的到來的時間窗是2-3年后。

（二）5G對關鍵通信發展的促進

從關鍵通信的角度，從窄帶演進到寬帶，對網絡的應用方式有較大的變化，公共安全關鍵智能包括：1.通信、現場感知和指揮調度類業務;2. 傳感器識別和監測類;3. 個人可穿戴類的;4. 機器人和無人機新型作戰力量的遠程控制和自動控制;5 以及基于精確定位的物體和人追蹤。因此，對網絡的要求基礎部分比較大的變化，包括可靠性、可用性、可測量，傳輸時延、安全、網絡隔離等等。

5G面向行業進行定義，從技術體制上較好的考慮了上述需求，5G的超大帶寬Embb能夠提供多路超高清的實時視頻交互，Mmtc海量物聯網能夠支持各類傳感和檢測節點的接入，同時超高可靠低時延URLLC又能夠為遠程救援、作戰控制提供可信的網絡服務。以說，5G 加速了包括公共安全關鍵通信在內的行業數字化和智能化，網絡也從基于人的連接到連接所有。

（三）2+5的混合關鍵通信方案

在美國、英國等海外公共安全寬帶專網發展較快的國家，寬帶并不作為語音承載的首選，主要還是語音可靠性、實戰易用性方面的考慮。對于我國來說，目前PDT網絡基本已經實現了全國覆蓋和全國聯網，是公安日常實戰中的語音通信網絡。而與此同時，寬帶專網短時間難以實現全國性覆蓋，寬帶公網在突發緊急情況下又難以完全避免語音擁堵問題。因此，即便是在5G時代，未來較長一段時間PDT網絡依然要作為公共安全實戰中的語音保底網絡，并且與寬帶專網、公網實現融合互通。為此，海能達提出了2+5+N的5G時代公共安全關鍵通信網絡融合組網方案，具體如圖2所示。

整個網絡架構可以分為三個層級：

首先是網絡層，網絡層中主要是2+5，2表示PDT窄帶專網，可認為是2G網絡;5表示5G的公網和專網，除此之外還會配以340M地面視頻傳輸網絡、1430M對空視頻傳輸網絡，現場移動、便攜式通信網絡及衛星NTN網絡等多個網絡協同使用，這樣可以實現3個保障：1）基礎語音PDT保障;2）基礎覆蓋公網、專網共同保障;3）熱點關鍵區域5G專網專用保障。

網絡層之上是平臺層，平臺的關鍵是融合多個網絡實現互聯互通，使得各網絡下的終端通信能夠實現自由通信，將整個公共安全橫向和縱向的各種關鍵通信網絡融合成一張網絡。

平臺層之上是應用層，N代表的既是可持續拓展的各類業務應用。業務應用從大類上分為關鍵通信業務和日常非實時性數據業務，基于融合的平臺，關鍵通信的語音、數據、視頻及日常非實時的視頻監控、數據查詢等業務都可以無感知運行在基礎網絡之上，通過豐富的業務賦能實戰。

四、5G在關鍵通信未來應用暢想

基于2+5+N的解決方案，可以在逐步建設5G專網的同時，提前讓公共安全關鍵通信步入5G應用行列，豐富公共安全實戰人員的業務手段。而未來隨著公網5G切片技術的徹底成熟或者公共安全5G專網的全系列建設，又會將公共安全的應用提升一個臺階，進入到真正的關鍵智能時代。

作者單位：魯志兵 海能達通信股份有限公司

曹亞鋒 鹽城市公安局5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5