5G时代公共安全关键通信的发展

鲁志兵　曹亚锋

【摘要】    随着当前社会形势的日益复杂，特别是面对反恐维稳任务对公安机关的巨大压力，以及人民群众对社会安全的更高要求和期待，警务指挥效能将面临考验和挑战。关键通信是公共安全警务实战中非常重要的技术手段，新的形势下，各国在完善已有窄带关键通信网络系统的同时，也都在积极规划和建设新的宽带关键通信网络。国内公安宽带关键通信网络的发展从4G时代就开始论证，但是因为投资、频谱、产业链等各种原因，并未明确最终的方案。目前，ICT已经步入5G时代，中国民用5G网络的建设全球领先。因此，借鉴国外宽带关键通信建网经验的同时，结合国内5G通信的技术发展水平，来考虑国内关键通信的发展大有裨益。

【关键词】    宽带    5G    公共安全    关键通信网络

关键通信则是执行公共安全关键任务时特定的通信保障，目前来说，主要的关键通信还是以关键语音通信为主。宽带化是公安信息化的必然方向，在日常勤务中类似移动警务等业务已经通过公网宽带无线网络开始使用。但是针对应急处突、重大安保等特殊情况下的宽带数据、视频等关键通信业务，公网可能无法有效保障网络效果。全国化的宽带关键通信专网覆盖无疑能提供叫哈奥的网络保障，但投资巨大难以落地。站在实际及实战的角度思考和谋划未来警务指挥模式和技术服务支撑是公安科技工作者义不容辞的责任和义务，在5G时代如何利用ICT的先进技术，为关键通信发展助力，正是本文需要探讨的内容。

一、公共安全关键通信的现状

（一）国内关键通信现状

国内当前的关键通信以关键语音通信为主，主要依托PDT技术体制。PDT是完全根据中国公共安全专网无线通信的需求定义及发展而来的一项全新数字集群窄带技术。基于PDT制式的数字集群通信设备具备大区制、广覆盖、采用国产密码算法加密、拥有自主知识产权、厂家系统互联互通等特点，为用户提供低成本、广覆盖的窄带业务，主要包括语音、短信、定位、状态消息以及基于四种基本业务的第三方应用。

除PDT外，公安部还曾于2011年颁布了340M专用无线图传标准《公安专用无线视音频传输系统设备技术规范》（GA962-2011），用于指导地市基于该标准进行关键视频回传网络的建设。由于技术体制、频谱效率、系统容量、技术演进等方面的原因，原有340MHz无线图传系统已经无法满足公安机关日益增长的实战通信需求。基于该实际情况，2017年底公安部废除了该标准，相应的336-344MHz无线图传频谱资源基本处于闲置状态。

（二）海外关键通信现状

欧、美地区目前采用的专业移动通信系统主要是TETRA和P25标准，均是提供关键语音通信。在关键通信宽带化方面，美国、英国、韩国、法国等主要发达国家均已开始了规划甚至建设，以美国为例，FirstNet网络经过10多年发展基本建设完成。

1.美国FirstNet简介

FIRSTNET（First Responders Network）旨在解决警察、交警、消防、医疗等行业在应急通信方面“各自为战、划界而治”的难题，以FirstNet建立起覆盖范围广（全国性）、互操作性强、可靠性高、扩展性好的应急通信专门网络。

2.最新进展

（1）截至2021年3月，美国FirstNet网络已覆盖271万平方英里的美国国土面积和99%的人口，超过200万个终端接入，有15000多个组织注册。

（2）FirstNet网络前期重点承载关键数据和视频通信，关键语音主要还是通过P25支撑。

（3）FirstNet建设4G LTE基站的同时部署5G ready设备，用价值65亿美元的合同来升级手机信号塔的硬件设施，然后升级到国家紧急救援网络，然后升级软件来增加5G的支持;同时，自2020年1月起，逐步新增1000套便携式应急宽带通信系统，用于紧急情况下的通信服务。

（三）总结

整体来看，主要的发达国家基于4G技术都已建设完成或者在建设国家级公共安全关键通信专用宽带网络（包括固定覆盖和移动覆盖）。

从业务模式来看，海外多是宽窄带共存的模式，窄带作为关键语音的保障会较长期存在，宽带以数据业务为主，是逐步建设的过程。

4G时代我国处于技术追赶阶段，4G技术引入到公共安全等专用通信领域已经较晚。5G时代我国无线通信技术已完全处于领跑，使得我们基于5G的技术能力来快速发展国内公安关键通信，实现对欧美发达国家的晚到超车是完全有可能的，这同时也是公共安全关键通信自身的发展趋势。

二、公共安全关键通信的发展趋势

（一）公共安全关键智能的迫切性与驱动力

关键通信是公共安全从业人员保障社会稳定、人民安居的重要工作手段，随着社会城镇化发展带来的人口高集中度、普通百姓的信息化手段不断丰富、自然灾害不断加剧等等因素，传统的语音通信越来越难以支撑复杂的社会形势和多元化的治理要求，必须结合图像、视频、大数据等方方面面的关键智能，才能更好地支持当今公共安全工作的需求，具体来说：

1.自然灾害频发要求关键通信网络能力提升

自然灾害频发对无线通信会造成致命性破坏，日本11年的大地震造成了1.5万基站损毁，卡特里娜一场飓风导致300万用户断网，桑迪飓风导致25%基站失服……在公网通信瘫痪的同时，公共安全关键通信则必须满负荷工作，支撑抢险救灾及灾后重建，在关键语音保障的同时，如果能够将现场图片、视频及环境数据通过关键通信网络及时回传救援指挥中心，进行可视化指挥及大数据分析，无疑将极大提升灾害救援效率。

2.信息化手段犯罪為公共安全带来新挑战

ICT技术的不断发展，为人民生活带来便利的同时，也给犯罪分子提供了越来越便利的犯罪手段，对公共安全的社会治理提出了更高的挑战。传统的关键语音通信显然难以抵御越来越纷繁复杂的犯罪手段，必须以更智能的关键通信手段来遏制各类犯罪，比如提升关键通信定位能力、增加环境感知、生物识别等人工智能技术及大数据分析能力等等。5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5

3.公共安全关键通信必须往智能化发展

自然灾害频发、新冠在海外依然肆虐、社会治安日趋复杂，这一切对公共安全都带来了持续的挑战。在民众通信早已步入多媒体数字时代的情况下，未来全球的社会公共安全保障必定是向工作数字化、多媒体化、智能化的方向发展。我国的治安情况虽然相对良好，但是人口众多带来的挑战也不小，公共安全关键通信也必须要向日常数据监测预警，事中现场感知、多媒体执行、智能调度指挥，事后的大数据复盘、深度学习优化这些智能化的方向演进。

（二）公共安全关键通信多维度发展探索

当前的窄带关键通信主要提供关键语音业务，而宽带除了语音之外，还会带来数据、多媒体等新的因素，促使公共安全关键通信在多个维度丰富、发展。

1.宽带使能指挥中心数字化与智能化

在关键通信中指挥中心之前主要是语音调度，宽带的高速数据通信能力将使能指挥中心向数字化和智能化升级，随着5G、6G的到来，未来的指挥中心有可能发展为AR 沉浸式指挥，配以边缘AI、云计算、支持深度学习的深度神经网络以及先进的虚拟助手、物联网等，来实现更实时、更便捷的增强现实。

2.无人化、远程化、规模化

监测、预警是防范公共安全事故发生或减少公共安全事故损失的有效方式，防范的关键是预先感知，感知的重要手段是物联网。5G提供了相比4G更大规模的物联网连接技术，并能够伴随数字孪生的应用，未来可以为公共安全提供规模化检测部署、无人化预警，远程化应急处理。

3. UAVS群和对空网络

对公共安全来讲， 无人机是未来非常重要的作战力量。 未来无人机群协作以及基于事件触发远程控制的作战模式需要5G网络的支持，包括精确定位，高可靠，优先级，上行带宽，高速等。

4. 5G NTN （非陆地移动网络）

未来公共安全的另外一个重要演进方向是卫星互联网，3GPP叫 5G NTN，  主要是拟补偏远地区数字鸿沟，是公共安全关键通信尤其是应急通信的重要补充手段。

从上述分析可以看出，公共安全关键通信在各种维度的未来发展上，或多或少和5G技术都有直接或间接的联系，应该说5G的核心竞争力不仅仅是通信技术，5G连接着物联网、大数据、人工智能各领域的发展和应用，正在从通信技术演变成通用技术。那么，在这样的ICT背景下，5G时代的公共安全关键通信会呈现一种什么样的解决方案呢？

三、5G时代公共安全关键通信解决方案

（一）关键通信的宽带化进程

从1G、2G、3G到4G，3GPP只专注公共移动商业运营的要求开发移动技术标准，公共安全LTE标准的制定是一个重要的里程碑，从此，全球公共安全专用通信的标准化从公共安全采用LTE（4G）开始完全统一到3GPP一个程序和平台。

但是，由于产业链原因，有些公共安全需要的功能比如D2D、eMBMS 等，一直没有能真正产品化、商用化，这些功能就推迟到5G。公共安全4G MCS的进一步完善，在今年6月份，5G  R17版本开始考虑，目前看基本到2023年会有完整公共安全版本发布。 因此，业界普遍认为关键通信行业建设专网5G的到来的时间窗是2-3年后。

（二）5G对关键通信发展的促进

从关键通信的角度，从窄带演进到宽带，对网络的应用方式有较大的变化，公共安全关键智能包括：1.通信、现场感知和指挥调度类业务;2. 传感器识别和监测类;3. 个人可穿戴类的;4. 机器人和无人机新型作战力量的远程控制和自动控制;5 以及基于精确定位的物体和人追踪。因此，对网络的要求基础部分比较大的变化，包括可靠性、可用性、可测量，传输时延、安全、网络隔离等等。

5G面向行业进行定义，从技术体制上较好的考虑了上述需求，5G的超大带宽Embb能够提供多路超高清的实时视频交互，Mmtc海量物联网能够支持各类传感和检测节点的接入，同时超高可靠低时延URLLC又能够为远程救援、作战控制提供可信的网络服务。以说，5G 加速了包括公共安全关键通信在内的行业数字化和智能化，网络也从基于人的连接到连接所有。

（三）2+5的混合关键通信方案

在美国、英国等海外公共安全宽带专网发展较快的国家，宽带并不作为语音承载的首选，主要还是语音可靠性、实战易用性方面的考虑。对于我国来说，目前PDT网络基本已经实现了全国覆盖和全国联网，是公安日常实战中的语音通信网络。而与此同时，宽带专网短时间难以实现全国性覆盖，宽带公网在突发紧急情况下又难以完全避免语音拥堵问题。因此，即便是在5G时代，未来较长一段时间PDT网络依然要作为公共安全实战中的语音保底网络，并且与宽带专网、公网实现融合互通。为此，海能达提出了2+5+N的5G时代公共安全关键通信网络融合组网方案，具体如图2所示。

整个网络架构可以分为三个层级：

首先是网络层，网络层中主要是2+5，2表示PDT窄带专网，可认为是2G网络;5表示5G的公网和专网，除此之外还会配以340M地面视频传输网络、1430M对空视频传输网络，现场移动、便携式通信网络及卫星NTN网络等多个网络协同使用，这样可以实现3个保障：1）基础语音PDT保障;2）基础覆盖公网、专网共同保障;3）热点关键区域5G专网专用保障。

网络层之上是平台层，平台的关键是融合多个网络实现互联互通，使得各网络下的终端通信能够实现自由通信，将整个公共安全横向和纵向的各种关键通信网络融合成一张网络。

平台层之上是应用层，N代表的既是可持续拓展的各类业务应用。业务应用从大类上分为关键通信业务和日常非实时性数据业务，基于融合的平台，关键通信的语音、数据、视频及日常非实时的视频监控、数据查询等业务都可以无感知运行在基础网络之上，通过丰富的业务赋能实战。

四、5G在关键通信未来应用畅想

基于2+5+N的解決方案，可以在逐步建设5G专网的同时，提前让公共安全关键通信步入5G应用行列，丰富公共安全实战人员的业务手段。而未来随着公网5G切片技术的彻底成熟或者公共安全5G专网的全系列建设，又会将公共安全的应用提升一个台阶，进入到真正的关键智能时代。

作者单位：鲁志兵 海能达通信股份有限公司

曹亚锋 盐城市公安局5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5