一、 公安集群通信工程設計的基本原則

    公安集群通信工程是專為公安部門建設的通信工程，要求通信快捷、安全、保密、可靠；要求全方位、全時段連續通信。為了滿足這些需要，必須保證公安集群通信工程設計的高質量、高可靠；必須精心設計、精良施工、精誠服務；同時必須遵循以下基本原則：

１． 遵守國家有關法律法規，符合有關技術標準

    信息通信關系到國民經濟和國家安全等問題，為此，國家建立了有關法律法規，在公安集群通信工程設計過程中，必須遵守這些法律法規，例如，中華人民共和國無線電管理條例。同時，在公安集群通信工程的設計中，還須符合有關的技術標準，例如，ＧＢ／Ｔ １５５３９－１９９５ 集群移動通信系統技術體制；ＧＢ／Ｔ １５８７４－１９９５集群移動通信系統設備通用規范；ＧＡ １７６－１９９８公安移動通信網警用自動級規范；ＧＡ／Ｔ ３３１－２００１公安移動通信網警用自動級通信系統工程設計技術規范；ＧＡ／Ｔ ２６６－２０００公安移動通信網警用自動級通信系統工程驗收技術規范；ＳＪ／Ｔ １１２２８－２０００數字集群移動通信系統體制等。這些法律法規和技術標準可以保證工程設計的合法性、科學性、規范性，可以保證工程的質量。

２． 工程設計方案要求先進、實用、安全、可靠、經濟

    對于公安集群通信工程設計方案首先要考慮其技術先進性。因為專用通信網的建設，要求使用壽命長，不能因技術原因而過早地淘汰，這不但影響工作，而且造成直接經濟損失；設計方案第二要考慮實用，要能滿足公安通信業務工作的功能要求。公安通信業務中最重要的是指揮調度，特別是在緊急狀態下，要把上級領導的指令迅速傳達到一線民警，同時，一線的現場信息又能及時反饋給指揮部，以作出正確的決策。切忌那些無用的花架子，只有實用的功能，才是最有效的；公安集群設計方案第三點要考慮的是安全和保密。這里最重要的是信息的安全和保密，因為公安信息的安全關系到能否偵破案件，能否抓住犯罪分子，能否保護人民生命財產安全，能否維護社會安定的大問題。設計中同時要考慮設備的安全和操作人員人身的安全；第四點，設計公安集群方案時還需要考慮經濟性。要多作方案比較，取性能價格比較高的方案。

３． 以電設計為主，土木設計為輔

    在公安集群通信工程的設計中，應著重考慮電性能的設計，從保證通信容量，通信距離，通信質量，到網絡結構，設備選型，供電，避雷，接地，應一一認真考慮；而土木工程設計一般利用現有條件，稍加改造或裝修。當然，如果具備條件，土木工程設計也是應該認真對待的。

二、 公安集群通信工程的設計要求

    公安集群通信系統是為公安各業務部門提供通信服務的，應充分考慮各業務部門的要求。

１． 一般要求

（１）公安集群通信工程的體制應符合ＧＡ１７６－１９９８公安移動通信網警用自動級規范。

（２）公安集群通信系統應以實現網內無線調度電話為主，有線電話為輔，也可利用無線電路傳輸數據、傳真等非話業務。

（３）公安集群通信系統采用大區制的網絡結構，大城市或郊區可設分基站、延伸站、直放站，解決覆蓋問題。

（４）無線工作方式采用基站雙工、移動臺異頻單工為主的工作方式，有線調度臺和少量授權的移動臺可采用全雙工工作方式。

（５）時限要求。為保證信道有效利用，要求說話盡量簡短，無線通話時間應限制在１分鐘之內，進入市話網的通話時間應限在３分鐘之內。

２． 覆蓋范圍要求

（１）覆蓋區邊緣通信概率要求５０％—７０％。覆蓋區邊緣通信概率是指移動臺在覆蓋區的邊緣進行通信時，滿足一定話音質量要求成功通信的概率。它是隨位置和時間的變化而變化的。５０％的通信概率，意味著５０％的位置概率和５０％的時間概率。此時，接收功率等于接收機最低保護功率。

（２）單機站系統典型覆蓋半徑要求２０－３０公里。

（３）覆蓋區域要求進行平衡設計，上下行應盡量對稱，首先滿足手臺通信，兼顧車臺通信。

（４）若采用多基站或延伸站、直放站，要求重疊覆蓋區半徑不得大于實際覆蓋區半徑的２０％。

３． 服務質量要求

（１）無線網內通話，要求三級話音質量，相當于２０ｄＢ信噪比。

（２）進入市話網通話，要求四級話音質量，相當于２９ｄＢ信噪比。

（３）系統呼叫服務質量要求（按待接制計算）：

  延遲概率Ｐ（＞０）＜５０％?

  平均等待時長不超過平均服務時間；

  等待時長超過平均服務時間的概率Ｐ（＞ｔｍ）＜１０％。

４． 系統容量要求

    系統容量是系統所能容納的最大用戶數。在考慮系統容量設計時，需注意以下幾點：

（１）基站容量計算可采用愛爾蘭Ｃ公式。根據經驗統計，對無線網用戶，每用戶每小時的平均話務量可取０．００６—０．００８愛爾蘭（消息集群方式）；對進入有線網的用戶，每用戶每小時的平均話務量取０．０１—０．０３愛爾蘭。

（２）基站配置的信道數應根據話務量的大小來確定。每個信道容納的移動臺數不應低于７０個。

（３）系統容量的最終確定應留有余地，可按實際用戶數的１．２倍來設計。

５． 基本功能要求

（１）系統的基本功能

系統的基本功能可分為系統的呼叫功能，系統的調度控制功能和系統的聯網功能。

（ａ）系統的呼叫功能：個呼、組呼、全呼、緊急呼叫、優先呼叫、轉移呼叫、包容呼叫、短數據呼叫、有／無線互聯呼叫等。

（ｂ）系統調度控制功能：調度區域選擇、通話限時功能、動態重組、自動重發、遲后進入、遙斃／復活、對在忙用戶呼叫的完成、對無應答呼叫的完成、呼叫能力限制、繁忙排隊、自動回叫、監聽、強拆、強插等。

（ｃ）系統聯網功能：系統內多基站聯網，并能完成跨基站組呼功能、系統聯網后能實現跨基站／跨網漫游、系統應允許設立虛擬網和設置各自的調度臺、系統應有擴展能力及兼容性。

（２）系統的管理功能

（ａ）系統參數的實時修改

（ｂ）優先級別設定

（ｃ）系統實時狀態顯示與監控

（ｄ）話務量統計與計費

（ｅ）系統自我診斷

（ｆ）故障弱化

（３）系統的用戶終端功能

（ａ）基本呼叫功能：個呼、組呼、隊內全呼、系統全呼、呼叫調度臺、緊急呼叫、轉移呼叫、短數據呼叫等。

（ｂ）有／無線互連功能

（ｃ）當前組可保持和切換；參與組、動態組號設置。

（ｄ）入網功能：自動登記漫游入網、人工選擇基站入網、人工和指令脫網。

（ｅ）顯示功能：顯示主叫號／被叫號、組呼號、信號強度、超出服務區指示等

（ｆ）告警

（ｇ）其它：受令排隊、縮位編號、數據接口等

６． 安全性能要求

安全性能包含以下要求：

（１）信息的安全與保密。實際使用時，可設置不同的安全與保密級別。

（２）通信設備本身的安全可靠。如防雷擊、防電網沖擊等。

（３）操作人員人身安全。

三、 公安集群通信工程方案設計的主要內容

    公安集群通信工程的方案設計是在充分了解用戶需求并簽定合同的基礎上進行的。其目的是采用先進技術和設備，實現用戶的需求。一般要進行下列計算和設計：

１． 話務量計算，確定信道數。

    話務量是指一組線路或中繼線上電話呼叫的總和，它是電話負荷大小的一種度量。它的單位是愛爾蘭（Ｅｒｌａｎｇ）?一個愛爾蘭是指一條通話電路被百分之百的連續占用１小時的話務負荷。計算話務量是為了根據所需用戶數量和每個用戶的使用時間長短、次數來確定系統容量和需要的信道數。舉例來說，某用戶要求建一個能容納５００個手臺、５０個車臺的集群通信系統，需要多少個信道呢？首先計算一下它的話務量。假設手臺和車臺平均通話時間、次數是相同的，那末，總的用戶數就是５５０。根據經驗統計，消息集群方式的集群通信系統，在無線網內，每用戶的平均話務量為０．００６－０．００８愛爾蘭，取０．００７愛爾蘭。進入有線電話網，每用戶的平均話務量為０．０１－０．０３愛爾蘭，取０．０２愛爾蘭。若一個用戶使用無線與有線通信之比為８比２，則實際上他的平均話務量為０．００７?０．８＋０．０２?０．２＝０．００９６愛爾蘭。５５０個用戶總的話務量為５．２８愛爾蘭。若留２０％的冗余，則總的話務量為６．３愛爾蘭。按照服務質量要求Ｐ（０）＜５０％?查愛爾蘭Ｃ表，需要信道數為８。這時候，每信道可容納的平均用戶數為６９個。

２． 無線覆蓋區設計

    無線覆蓋區的設計應遵循幾個原則：必須滿足用戶服務區的使用要求；必須滿足話音質量指標和覆蓋區邊緣通信概率要求；采用大區制的覆蓋方式，不干擾鄰區通信；有利于頻率復用，提高頻率利用率；組網投資合理。

實現無線覆蓋的途徑：

（１）優化網絡設計。網絡設計決定了通信的容量，信道的數量，通話的質量，通信覆蓋區的大小、形狀、重疊區域的范圍等。優化網絡設計就是要用較少的信道，滿足用戶盡可能多的通信容量，避免和克服相互干擾，在用戶希望的覆蓋范圍內，提供優質的服務。優化的內容包括：

（ａ）基站站址的選擇。基站站址一般應選在覆蓋區的中心地帶，天線高度滿足覆蓋要求，天線周圍應無金屬阻擋物，如廣告牌、金屬水箱等，天線應有防雷設施，站址附近電磁干擾要小，特別在工作頻點上不能有干擾存在。

（ｂ）頻率的優化設計。要選擇無干擾的頻點，信道數量要合理設置，盡量采用無互調的頻率組合，還要注意與其它外界頻率的互調干擾。

（ｃ）功率的優化設計。發射功率的大小，既要滿足自身覆蓋的需要，又要避免干擾別人，還要注意與相鄰區域的重疊系數，一般不要超過２０％。

（ｄ）網絡結構的優化設計。根據覆蓋區的形狀要求，網絡結構可采用環形結構、鏈狀（線狀）結構、星形結構或混合結構。以滿足通信服務區通信質量好、投資合理為準。

（２）建立分基站。當一個基站不能全部覆蓋的時候，可以采用建立分基站的辦法解決覆蓋問題。分基站既可用受控于基站控制器的方式（遙控站），亦可用相對獨立的方式。

（３）增設延伸站。為了滿足覆蓋要求，除了建立分基站以外?還可增設延伸站。延伸站的作用是把主基站的信息轉發一次，延伸到需要覆蓋的區域。在常規系統中就是轉信臺；在集群系統中，因為有信令及控制問題，所以不是簡單轉發話音，而需把主基站來的所有信息轉發一次，稍為復雜一些，一般稱其為延伸站。實際上，延伸站包含了無線鏈路收發信機、延伸控制器和延伸基地臺等部分。

（４）配置直放站。直放站可以用來解決盲區和陰影區的通信，如地下室、隧道、山丘或建筑物阻擋形成的陰影區。也可作為特定的小區域通信延伸覆蓋。例如，在某城市集群組網中，由于山丘阻擋，使得山后的一片區域無法通信，在采用了直放站以后，就解決了陰影區問題。又如，某機場由于離主機站較遠，機場大廳通信不暢，為了解決這個問題，在廳外增設一直放站，使通信覆蓋整個機場內外，解決了整個機場地區的覆蓋問題。

（５）增加有效發射功率。通信距離，與發射功率的大小有關，發射功率愈大，通信距離愈遠，但并不是簡單的正比關系。一般的通信網絡中，基地臺的發射功率大，移動臺的發射功率小，因而網絡是不對稱的。要實現雙向通信，其通信距離取決于移動臺的功率大小。根據移動通信系統基本公式，可推得移動臺發射功率Ｐｔ?ｄＢｍ　對通信距離ｄｍｉ的影響，有如下關系：

ｄｍｉ∝Ｌｏｇ－１?Ｐｔ／４０　

即通信距離與移動臺發射功率之間是一個反對數關系。

舉例來說，設移動臺發射功率為１Ｗ?３０ｄＢｍ　?若將其發射功率增加

為２Ｗ?３３ｄＢｍ　?則

ｄｍｉ１／ｄｍｉ２＝Ｌｏｇ－１?３３／４０　／Ｌｏｇ－１?３０／４０　＝１．１９

可見，發射功率增加１倍，通信距離僅增加為１．１９倍，若發射功率增加為４倍，則通信距離增加為１．４１倍。

（６）改善接收靈敏度。勿庸置疑，接收機靈敏度越高，通信距離越遠。當然這是在滿足環境噪聲和干擾水平的條件下，但接收靈敏度與通信距離之間的關系也不是成正比關系，而且，由于網絡的不對稱性，這時候雙向通信的距離主要取決于基地臺的接收靈敏度。根據移動通信系統的基本公式，同樣可以推得接收靈敏度（最小可用信號功率）與通信距離之間的關系為：  

ｄｍｉ∝Ｌｏｇ－１?－Ｐｍｕｓ／４０　

舉例來說，基地臺的接收靈敏度為－１１２ｄＢｍ?若將其提高２ｄＢｍ?則對通信距離的影響為：

ｄｍｉ１／ｄｍｉ２＝Ｌｏｇ－１?－１１４／４０　／Ｌｏｇ－１?－１１２／４０　＝１．１２

可見，接收靈敏度提高２ｄＢ?則通信距離增加為１．１２倍。同理，若接收靈敏度提高３ｄＢ?則通信距離增加為１．１９倍。

（７）采用塔頂天線放大器。為了彌補天線饋線的損耗，可以在塔頂加裝天線放大器，這種天線前置放大器必須采用低噪聲選頻放大器。否則，非但不能彌補饋線損耗引起的接收機靈敏度降低，反而會降低信噪比，影響接收靈敏度。對饋線較長（如大于１００米），損耗較大的饋線，天線放大器可抵消損耗對靈敏度的影響，一般可改善靈敏度３ｄＢ左右。但使用天線放大器還要注意環境噪聲的影響。如１５０ＭＨｚ頻段，城市環境噪音高達－１０７ｄＢｍ?使用天線放大器的效果就不太明顯；對４５０ＭＨｚ頻段，一般環境噪音為－１１４ｄＢｍ?所以其效果也不一定明顯；而對于８００ＭＨｚ頻段，環境噪音為－１２０ｄＢｍ?此頻段采用天線放大器，就會產生比較明顯的效果。

（８）提高天線高度，采用高增益天線或方向性天線。眾所周知，在視距范圍內，天線高度越高，通信距離越遠。天線高度，既指基地天線的高度，又包括移動臺天線的高度。通信距離與基地臺天線高度ｈｔ及移動臺天線高度ｈｒ的關系是：

ｄｍｉ∝Ｌｏｇ－１?Ｌｏｇｈｔ?ｈｒ／２　

通常，移動臺天線不可能提高，所以我們假設其為一常數，那么，基站天線架設高度對通信距離有多大影響呢？設天線高度升高一倍，則有

Ｌｏｇ ｄｍｉ１∝Ｌｏｇ ｈｔ?ｈｒ／２

Ｌｏｇ ｄｍｉ２∝Ｌｏｇ ２ｈｔ?ｈｒ／２

可得，ｄｍｉ２／ｄｍｉ１＝１．４１

所以，基地臺天線提高一倍，通信距離增加為１．４１倍。同理，基地臺天線提高０．５倍，通信距離增加為１．２２倍。

與天線有關的另一個因素是天線增益。發射功率要靠天線輻射出去，天線增益的大小決定了有效輻射功率的大小。為了增加覆蓋范圍，就需要選擇增益高的天線，或采用方向性天線增強對某一方向的輻射。通信距離與天線增益之間的關系是：

ｄｍｉ∝Ｌｏｇ－１?Ｇｔ?Ｇｒ／４０　

其中Ｇｔ為基站天線增益，Ｇｒ為移動臺天線增益。由上式可以算出，若天線增益提高２ｄＢ?則距離增加為１．１２倍。若天線增益提高３ｄＢ，則通信距離增加為１．１９倍。

（９）減少饋線損耗。天線饋線損耗可降低有效發射功率，因此，減少饋線損耗，選擇損耗小的饋線，實際上就能增加有效發射功率。通信距離與饋線損耗的關系是：

ｄｍｉ∝Ｌｏｇ－１?－Ａｔ／４０　

Ａｔ為饋線損耗。由上式可以看出，饋線損耗減小２ｄＢ，通信距離增加為１．１２倍；饋線損耗減小３ｄＢ，通信距離增加為１．１９倍。

（１０）采用分集接收技術。如前所述，通信距離的限制，主要是因為移動臺發射功率小，天線高度低引起的。除了上述增加有效覆蓋的途徑外，還可采用分集接收技術。分集接收可分為空間分集、時間分集和頻率分集等。例如可建立分集接收站，各分集接收站將接收到的信號通過鏈路傳送到主基站，經判選后，主基站將選擇信號最好的分集接收站與其進行通信。也可采用分集天線技術，用接收到的最好信號的天線與其進行通信。

３． 信道配置

    公安集群通信系統工作在３５０ＭＨｚ頻段，信道配置必須遵循ＧＡ １７６—１９９８ 公安移動通信網警用自動級規范。信道配置的要點是：

（１）在３５０ＭＨｚ專用頻段內配置。國家無線電管理委員會分配給公安部門的專用頻率有：

雙頻  上行  ３５１．０２５－３５６．０００  ＭＨｚ

     下行  ３６１．０２５－３６６．０００  ＭＨｚ

單頻  ３５８．０２５－３６１．０００  ＭＨｚ

其中，公安集群通信系統可使用的頻率為：

３５１．０２５－３５５．０００ＭＨｚ／３６１．０２５－３６５．０００ＭＨｚ?共１６０對頻點，其余頻率分配給各業務部門使用。

（２）信道編號。信道編號從３５８．０１２５ＭＨｚ開始，每１２．５ＫＨｚ一個，由于規定使用２５ＫＨｚ信道間隔，所以按偶數順序編號。

信道編號       頻率（ＭＨｚ）

   ２          ３５８．０２５

   ４          ３５８．０５０

   …             …

   …             …

   ６４０        ３６６．０００

（３）信道分配辦法。集群通信系統是一個多信道共用系統，為了解決多信道共用天線問題，信道分配采用等間隔方式，將１６０對雙頻信道按等距分成１０個大組，每組１６對雙頻點，頻率間隔２５０ＫＨｚ。例如，第一大組頻率為：

信道編號       頻率（ＭＨｚ）

  ２４２         ３５１．０２５／３６１．０２５

  ２６２         ３５１．２７５／３６１．２７５

  ２８２         ３５１?５２５／３６１．５２５

  ３０２         ３５１．７７５／３６１．７７５

  ３２２         ３５２．０２５／３６２．０２５

  ３４２         ３５２．２７５／３６２．２７５

  ３６２         ３５２．５２５／３６２．５２５

  ３８２         ３５２．７７５／３６２．７７５

  ４０２         ３５３．０２５／３６３．０２５

  ４２２         ３５３．２７５／３６３．２７５

  ４４２         ３５３．５２５／３６３．５２５

  ４６２         ３５３．７７５／３６３．７７５

  ４８２         ３５４．０２５／３６４．０２５

  ５０２         ３５４．２７５／３６４．２７５

  ５２２         ３５４．５２５／３６４．５２５

  ５４２      ３５４．７７５／３６４．７７５

系統配置控制信道時，應按ＣＰＳ標準優先選用每個大組的第４、８、１２頻點。