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本书可为领导机关决策提供支撑,还可为相关科研人员及时了解国内外公共安全通信领域的发展动向提供全面参考。
内容简介
本书对国内外公共安全宽带专用移动通信网络的现状与发展趋势进行全面研究,阐述公共安全专用移动通信技术的发展历程,分析公共安全宽带专用移动通信的应用需求和频谱需求,介绍国内外相关组织的研究进展状况,讨论网络建设与运营方案,全面阐述美国、英国、日本、韩国、澳大利亚、中国等国的发展现状、未来规划及实施措施,总结公共安全专用移动通信的发展趋势。
本书可为领导机关决策提供支撑,还可为相关科研人员及时了解国内外公共安全通信领域的发展动向提供全面参考。
目录
第1章 公共安全专用移动通信概述 1
1.1 发展历程 1
1.2 公共安全专用移动通信系统的特点 3
1.2.1 网络和系统要求 3
1.2.2 现有的技术 5
1.2.3 典型窄带数字集群通信标准 8
1.2.4 现有系统的主要限制 17
1.3 监管和标准化 17
1.3.1 国际电信联盟 18
1.3.2 美洲地区 19
1.3.3 亚太地区 20
1.3.4 欧洲地区 20
参考文献 21
第2章 公共安全宽带专用移动通信需求 25
2.1 促进宽带需求增长的两大因素 25
2.2 国外以数据为中心的宽带多媒体应用需求 27
2.3 公共安全宽带多媒体应用的特点 32
2.4 数据通信容量需求 36
2.4.1 日常应用 36
2.4.2 大型公共事件和突发事件 37
2.4.3 救灾 41
参考文献 41
第3章 频谱管理与频谱需求 43
3.1 频谱管理的监管框架和模式 43
3.1.1 全球性监管框架 44
3.1.2 区域性监管框架 45
3.1.3 国家监管框架 45
3.1.4 频谱管理模式 47
3.2 公共安全宽带专用移动通信频谱需求 49
3.2.1 频谱需求计算方法 49
3.2.2 频谱需求 61
3.2.3 宽带专用移动通信频谱分配情况 62
参考文献 63
第4章 相关组织研究进展 67
4.1 国际电信联盟 67
4.1.1 公共保护和救灾相关决议 67
4.1.2 发布的研究报告 69
4.2 TETRA和关键通信协会 72
4.3 第三代合作伙伴计划 75
4.3.1 在专用宽带通信方面的研究目标 76
4.3.2 宽带专用LTE方面的研究进展 78
4.4 欧洲电子通信委员会 78
4.4.1 政策文件 79
4.4.2 设立频谱管理工作组 81
4.4.3 拟定频谱分配方案 82
4.4.4 规划向宽带过渡路线图 83
4.5 美国国家公共安全通信委员会 85
4.5.1 2012年之前的研究成果 85
4.5.2 2013年的研究成果 87
4.5.3 2014年的研究成果 88
4.5.4 2015年的研究成果 88
4.6 美国公共安全通信官员协会 91
4.7 俄罗斯无线电协会 92
4.7.1 主要任务 92
4.7.2 研究进展 93
4.8 宽带集群产业联盟 94
4.8.1 联盟工作组 94
4.8.2 B-TrunC技术标准 95
4.8.3 宽带集群(B-TrunC)产品认证 95
4.9 中国专业数字集群产业技术创新战略联盟 96
4.9.1 联盟宗旨 96
4.9.2 PDT标准 97
4.10 中国警用移动技术创新联盟 98
4.10.1 宗旨原则 98
4.10.2 创新研发 99
4.10.3 主要成果 99
4.10.4 产业发展 99
参考文献 100
第5章 网络建设与运营方案 103
5.1 商业网络模式 104
5.1.1 概述 104
5.1.2 典型案例 105
5.2 虚拟运营商模式 108
5.2.1 概述 108
5.2.2 典型案例 109
5.3 专用网络模式 110
5.4 混合网络模式 110
5.4.1 概述 110
5.4.2 典型案例 111
5.5 各种方案的比较 112
参考文献 114
第6章 国外发展现状与趋势 117
6.1 美国 119
6.1.1 历史经验 119
6.1.2 频谱分配 120
6.1.3 管理机构 121
6.1.4 网络建设 124
6.1.5 测试工作 130
6.2 英国 133
6.2.1 现有系统 133
6.2.2 宽带网络 135
6.2.3 卫星通信 140
6.3 日本 140
6.3.1 频谱分配 141
6.3.2 应用与要求 142
6.3.3 标准工作 143
6.4 韩国 144
6.4.1 基础条件 144
6.4.2 国家规划 146
6.4.3 选定运营商 148
6.4.4 完成测试 149
6.5 澳大利亚 150
6.5.1 历史经验 151
6.5.2 国家规划 153
6.5.3 指导机构 154
6.5.4 频谱分配 154
6.5.5 建网模式 155
6.5.6 频谱之争 156
6.6 芬兰 157
6.6.1 混合网络 158
6.6.2 演进方案 159
6.6.3 先决条件 161
6.7 其他国家 162
6.7.1 加拿大 162
6.7.2 法国 165
6.8 发展趋势 167
参考文献 168
第7章 我国发展现状与趋势 173
7.1 概述 174
7.2 公安无线通信发展历程 175
7.3 标准化工作 176
7.3.1 B-TrunC标准 176
7.3.2 B-TrunC标准的演进 180
7.4 频谱分配 182
7.5 网络建设情况 182
7.5.1 建网总体情况 182
7.5.2 典型案例 184
7.6 发展趋势 191
7.6.1 未来发展公安宽带网络建设需要解决的几个问题 192
7.6.2 未来公安宽窄带融合网络架构 195
7.6.3 未来公安宽窄带融合网络的建设模式 197
7.6.4 未来公安宽窄带融合终端发展趋势 199
参考文献 200
第8章 主要设备研发企业相关进展 203
8.1 摩托罗拉系统公司 203
8.1.1 全球市场的开拓 203
8.1.2 专用设备的研发 205
8.1.3 相关领域的投资 208
8.2 泰雷兹集团 209
8.2.1 与三星、诺基亚和惠普展开合作 209
8.2.2 推出多种宽带专用网络解决方案 210
8.3 空中客车集团 212
8.3.1 与阿尔卡特朗讯公司合作开发多个解决方案 212
8.3.2 为多国用户开展LTE专网试验 213
8.4 华为公司 214
8.4.1 持续投入无线市场 214
8.4.2 重点关注公共安全领域 215
8.4.3 提供完整的全系列产品 218
8.5 中兴高达公司 219
8.6 信威公司 220
8.6.1 积极开拓专网市场 221
8.6.2 研发多种专用设备 221
8.7 普天技术公司 225
8.7.1 积极投入政府专网领域 225
8.7.2 TD-LTE宽带集群WiTRA系列产品 226
参考文献 229
前言/序言
20世纪90年代以来,传统窄带数字集群技术体制(如TETRA、P25等)为公共安全、交通运输、石油化工等行业提供了安全、可靠和稳定的通信保障,显著提高了通信能力。随着社会的进步和科技的发展,各行各业的工作方式发生了改变,公共安全机构也是如此,正越来越多地依靠移动通信进行指挥和办公。伴随这一进程的推进,公共安全机构对具有现场视频、高速数据传输等功能的宽带移动通信的需求日益强烈。
但是,由于公共安全宽带移动网络的建设需要从频率资源、建设资金、网络可用性和安全性等方面进行综合考虑。为此,美国、加拿大、日本、韩国、澳大利亚和欧洲多国进行了广泛调研,总结出一系列具体的宽带移动通信应用方法,研究未来公共安全移动通信对频谱的需求,分析各种宽带应用所需频谱大小,积极寻求解决频谱分配问题的办法,并根据本国的实际情况,选择适合本国国情的解决方案。这些国家已经或者正在制定国家层面的公共安全宽带移动网络建设规划,致力于完成专用频段的分配,提出多种全国性措施促进公共安全宽带移动通信网络的建设,计划在2020年前后建成公共安全宽带移动通信网络。
我国对新一代专业移动通信网的发展给予了大力支持。从2006年开始,宽带无线多媒体系统的研究被列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》中确定的16个重大科技专项之一的“新一代宽带无线移动通信网”课题的一个主要研究方向。这一课题从技术验证到标准化研究,涵盖了对新一代专业移动通信在系统架构、宽带无线接入、音视频编解码、安全、终端及芯片等方面的深入研究,并针对多种特殊行业的应用需求,推动产业化发展,形成具有中速、高速和超高三种模式融合且可控可管的宽带无线多媒体集群系统。该项研究课题对我国无线多媒体集群系统的发展具有明确和深远的指导意义,今后,国家将对新一代专业移动通信网的应用示范和产业化给予进一步支持。
我所自20世纪60年代就开始就从事移动通信的设计、开发和生产,研发了常规通信系统、警用功能级通信系统和集群通信系统,包括150MHz和350MHz频段的各种通信设备及配套器材。这些设备已为我国数百个城市组建了警用通信网,还援助了缅甸、柬埔寨、越南、尼泊尔、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦等国。近年来,我所注重无线移动通信技术的研究,承担了“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项中“宽带多媒体集群系统技术验证(中速模式)”课题,发起成立“公共保护与救灾宽带无线通信技术论坛”,牵头编制公安通信标准《宽带无线多媒体集群系统总体技术要求》,组织召开以“创新移动应用,助力公安改革”为主题的技术研讨会,为我国无线多媒体集群系统的发展做了很多扎实有效的工作。
本书是我所多年研究宽带无线移动通信的成果之一。书中重点介绍了国内外在发展这一技术方面的最新进展,以期为我国发展专业移动通信提供借鉴和参考。
是为序。
公安部第一研究所所长
《变革中的通信:公共安全网络如何守护城市脉搏》 引言: 在现代社会,公共安全是国家与城市稳定运行的基石。从灾害救援到日常治安,从反恐行动到交通管控,高效、可靠、即时的通信能力是保障人民生命财产安全的关键。然而,传统的通信手段在面对日益复杂、动态的公共安全需求时,暴露出其局限性。公共安全领域迫切需要一种能够提供更强大、更灵活、更安全通信解决方案的新型网络。正是在这样的背景下,专为公共安全量身打造的通信网络应运而生,并正以前所未有的速度重塑着我们认知中的安全响应模式。 第一章:时代呼唤,变革之始——传统通信的困境与需求升级 在数字信息爆炸的时代,公共安全部门所面临的挑战也呈现出前所未有的复杂性。一次大规模的自然灾害,可能瞬间摧毁传统的固定通信设施;一场突发的恐怖袭击,则可能导致区域性通信网络瘫痪。而日常的警务执法、消防救援、医疗急救等工作,也越来越依赖于实时的数据传输、高清视频共享以及多部门协同。 在过去,公共安全通信主要依赖于传统的公共蜂窝网络。虽然这些网络在民用领域表现出色,但它们并非为公共安全场景下的极端需求而设计。在紧急情况下,公共网络往往会因为用户激增而出现信道拥堵、信号减弱甚至完全中断的情况,这使得第一响应人员无法及时获取关键信息,贻误宝贵的救援时机。此外,公共网络的安全性也难以完全满足公共安全部门对信息保密和防干扰的严格要求。 因此,一种独立、专用、高度可靠的通信网络成为了刚性需求。这种网络需要具备以下核心能力: 高可用性与鲁棒性: 即使在灾难或攻击发生时,也能保证通信链路的畅通无阻。 高性能与低时延: 能够支持高清视频、大数据传输,并实现毫秒级的指令响应。 高安全性与保密性: 能够有效防止信息泄露、窃听和干扰。 跨部门协同能力: 能够打破信息孤岛,实现不同应急响应单位之间的无缝通信与信息共享。 移动性与灵活性: 能够伴随现场情况的变化,灵活部署和调整通信覆盖范围。 正是这些日益增长的、对通信能力提出的更高、更严苛的要求,为公共安全专用移动通信网络的诞生和发展奠定了坚实的基础。 第二章:专网新生,力量汇聚——公共安全宽带专用移动通信网络的核心要素 公共安全宽带专用移动通信网络(Public Safety Broadband Dedicated Mobile Communication Network,简称PSBN),并非简单地复制民用通信技术,而是基于公共安全场景的特殊需求,进行了一系列创新和优化。其核心在于构建一个集通信、信息、指挥、调度于一体的智能化平台。 专用频段与独立组网: PSBN通常会分配独立的专用频谱资源,与公共网络相互隔离,避免了拥堵和干扰。这意味着在紧急情况下,公共安全部门拥有专属的通信通道,不受民用用户数量的影响,确保了通信的优先性和可靠性。这种独立组网模式,赋予了PSBN极高的自主性和控制力。 宽带能力与多媒体应用: “宽带”是PSBN最显著的特征之一。它能够支持高清视频的实时传输,使指挥中心能够“看到”现场情况,辅助决策。救援人员可以通过手持终端实时上传现场图像、视频,为指挥者提供更直观、更丰富的信息。同时,各类传感器、无人机等数据也能通过PSBN高效传输,构建起全面的态势感知能力。 IP化架构与融合通信: PSBN采用IP化的网络架构,这意味着它能够更好地与现有IT系统集成,支持各种IP应用。更重要的是,它实现了“融合通信”,能够将语音、视频、数据、定位信息等多种通信方式有机整合,打破了传统通信手段的壁垒。不同类型的终端、不同部门的用户,都可以在统一的平台上实现互联互通,极大地提升了协同效率。 “以人为本”的设计理念: PSBN的设计充分考虑了公共安全一线人员的使用习惯和工作环境。终端设备通常具备坚固耐用、防水防尘、操作简便等特性,能够适应各种恶劣的户外环境。同时,网络也支持“一键呼叫”、“群呼”、“紧急广播”等功能,在复杂环境中能够快速建立通信连接。 强大的安全保障体系: 除了独立的频段和网络,PSBN还采用了多层次的安全防护措施,包括端到端的数据加密、严格的用户认证、网络访问控制等,确保通信信息的机密性和完整性,有效防范窃听、篡改和非法接入。 第三章:应用场景,价值凸显——PSBN在守护城市中的多元实践 PSBN的价值,体现在其广泛而深入的应用中,为公共安全工作带来了革命性的改变。 应急救援与灾害响应: 在地震、洪水、火灾等重大自然灾害面前,PSBN能够快速建立临时的通信网络,为救援队伍提供可靠的通信保障。消防员可以实时传输火场视频,评估火势;搜救队可以利用GPS定位信息,协调搜救行动;医疗急救人员可以与医院远程沟通,进行术前指导。这种即时、高效的通信,极大地缩短了响应时间,挽救了更多生命。 警务执法与治安管理: 警察在巡逻、抓捕、处理突发事件时,可以通过PSBN实时与指挥中心沟通,上传现场照片、视频,接收指令。高清视频监控的实时回传,让指挥中心能够对现场情况有更清晰的掌握,并及时调动警力。通过PSBN,还可以实现警员位置的实时跟踪,提升警务调度效率和安全性。 反恐维稳与大型活动安保: 在反恐行动中,PSBN能够提供高度安全、可靠的通信通道,确保情报的及时传递和行动的精准指挥。在大型集会、赛事等活动中,PSBN可以为安保人员提供统一的通信平台,实现现场人员的协同联动,有效预防和处置潜在的安全风险。 城市运行的“数字神经”: 除了应对紧急事件,PSBN还在日常的城市管理中发挥着重要作用。例如,交通管理部门可以利用PSBN传输路况信息、信号灯控制指令;市政部门可以利用其进行管网巡检、设施监控;公共卫生部门可以用于传染病疫情的追踪与信息共享。PSBN正在成为城市运行的“数字神经”,将分散的系统连接起来,实现精细化管理。 跨部门协同指挥: PSBN最核心的优势之一在于其强大的跨部门协同能力。当发生复杂事件时,公安、消防、医疗、交通、应急管理等多个部门的现场人员和指挥中心,都可以接入同一个PSBN网络,实现信息互通、指令同步、协同作战。这打破了过去信息孤岛的局面,大大提升了应急响应的整体效能。 第四章:面向未来,持续进化——PSBN的发展趋势与技术前沿 公共安全通信的发展并非一成不变,PSBN也在不断演进,以适应新的挑战和技术进步。 5G与6G赋能,性能再升级: 随着5G技术的成熟和6G的探索,PSBN将迎来更快的速度、更低的延迟和更大的连接密度。这将支持更高清的视频传输、更实时的AR/VR应用(如远程专家指导、虚拟现场勘查),以及海量物联网设备的接入,构建更智能、更具感知力的城市安全网络。 人工智能(AI)深度融合: AI将在PSBN中扮演越来越重要的角色。例如,AI可以用于智能视频分析,自动识别异常情况;AI驱动的调度系统可以更优化地分配警力资源;AI还可以辅助进行威胁预测和风险评估。 云计算与边缘计算的应用: 云计算可以为PSBN提供更强大的数据存储和处理能力,而边缘计算则可以将部分计算能力部署在离用户更近的网络边缘,降低时延,提高响应速度,尤其适用于视频分析、本地化数据处理等场景。 卫星通信的互补与增强: 在极端灾害导致地面网络完全失效的情况下,卫星通信可以作为PSBN的重要备份和补充,确保关键区域的通信畅通。融合卫星通信的PSBN,将拥有更强的抗灾能力。 网络切片与服务质量保障: 5G及未来技术中的网络切片技术,允许为不同的公共安全应用划分独立的、具有保证的服务质量的网络资源,进一步提升了PSBN的灵活性和可靠性,确保关键任务通信的绝对优先级。 标准化与互联互通: 随着PSBN在全球范围内的推广,建立统一的技术标准和协议,实现不同国家、不同区域PSBN之间的互联互通,将是未来发展的重要方向,以便在全球性危机应对中发挥更大作用。 结语: 公共安全宽带专用移动通信网络,不仅仅是一项通信技术,更是现代城市安全体系的“智慧大脑”和“生命线”。它以前所未有的速度和深度,改变着公共安全领域的运作模式,让响应更快、决策更准、协同更紧密。在科技不断进步的浪潮中,PSBN正以前瞻性的视野,不断迭代升级,为建设更安全、更智慧、更有韧性的城市,贡献着不可或缺的力量。它不仅仅是连接,更是守护,是新时代城市脉搏跳动的有力保障。