1 必要性

武汉市城管局肩负着武汉市城市市政设施、环境卫生、燃气热力、广告灯饰、占道夜市、拆违清障、110联动一系列管理的重要责任。无线通讯网是城管指挥调度系统的重要组成部分。无线通讯已成为城管指挥调度、110联动、处置突发事件、城管执法以及日常工作联络等必不可少的重要通讯手段。随着武汉市城市建设持续性的快速发展，武汉将建立“大城管制度”，包管各类城市小事，因而武汉市城管局对组建全市范围内的自动漫游、跨网呼叫，增强全市无线通讯有效覆盖面积的无线通讯网络需求也日益提高，因此武汉市城管局迫切需要建立适合自己业务特点的大范围、多功能、多部门专用无线通信指挥调度系统。

2 系统现状及分析

武汉市城管局全市共有13个区局，2个开发区执法大队，1个风景区城市管理执法局，1个直属分局。其中市城管局直属分局、7个中心城区城管局已经各自建设了1套模拟常规无线通信指挥调度系统系统，另外，沌口开发区现行使用的是400兆防汛模拟常规无线通信指挥调度系统，东湖高新技术开发区2008年自建了1套400兆频段的模拟常规同频同播无线通信指挥调度系统。由于这些模拟常规无线通信指挥调度系统分散建设且建设时间已久，因此，已不能满足目前该局业务种类多、通信容量大的需求；另外，市局直属分局、各城区城管局、开发区及风景区各自独立组建的无线通信指挥调度系统网，各部门之间无线通信指挥调度系统必须更换信道才能实现小范围的无线指挥调度联络，无法实现全区统一的无线指挥调度联络。
为了解决城管局现有无线通讯系统的种种问题，提升城管局统一调度指挥的能力，更好的服务于武汉的城市建设，经过多方论证和考察，武汉市城管局无线通信指挥调度系统项目于2010年正式启动。
整个项目采用分期分批的建设方式，并于2010年1月开始了工程的建设，系统选用摩托罗拉MOTOTRBO 400兆数字常规无线通讯系统，目前是武汉市第一套400兆专用无线数字通讯系统，主要对武汉市中心城区进行无线信号覆盖，覆盖区域包括江汉区、江岸区、硚口区、汉阳区、青山区、武昌区、洪山区、东湖高新技术区、东湖风景区、沌口经济开发区。整套系统在语音质量，用户分组规划，覆盖范围相比于400兆无线模拟常规系统都有了很大的提升。

3 用户需求

针对武汉市城市管理（执法）局的现状和通信指挥调度的需求，在规划、建设无线通信指挥调度系统时，采用先进、实用、经济的技术。本次建设项目是武汉市城市管理（执法）局无线通信指挥调度系统扩容项目，将对武汉市城市管理（执法）局已经建成的无线通信指挥调度网络进行系统和终端设备的扩容，并且为每个区局建设1套数字常规通信系统，从而形成覆盖全市（包含郊区）无线通信指挥调度系统。系统建设目标如下：
（1）新建2套市级400兆数字常规基站，并且能够和已建的3个基站联网，形成一套能覆盖中心城区和部分远城区，提供2路话音信道无线通信指挥调度系统。
（2）为16个区局分别架设1套400兆数字常规系统供该区局使用，提供每个区城管局2路话音信道的无线通信指挥调度系统。
（3）本期建设要求移动终端能够兼容模拟信号，既能够在数字模式下使用，也能在模拟状态下使用，同时采用的设备必须和已经建设的系统设备兼容，避免重复投资。

3.1 市级基站建设要求

本项目拟在沌口经济开发区，汉口地区选址建设2个数字常规基站，并和已经建设的3个基站联网。具体方案由承建单位在市无线电管理委员会的指导下进行基站的选址，确定网络结构，再进行网络的设计、优化和系统的安装方案。
1) 要求无线信号覆盖稳定，通话质量好，中心城区覆盖率，车载台在覆盖率达95％，手持机在覆盖率达90％，重要地区覆盖率达100％。
2) 工作模式：能够在12.5KHz的信道上同时中继2路话路，支持和实现IP多基站联网、移动终端多基站间自动漫游。
3) 市局指挥中心可以任意呼叫各区城管局，可监控各基站运行情况。
4) 系统可实现对各个用户终端进行监管，支持单呼、组呼、全呼、私密呼、遥毙/复活、远端监控、远程监测等功能。除了进行语音通信外，系统还需要支持短信息等数据应用。

3.2 区级基站建设要求

本项目拟为16个区局每个区局建设1套400兆数字常规系统供该区局使用，提供每个区城管局2路话音信道的无线通信指挥调度系统。
1) 基站的覆盖范围要求为每个区局所管辖的范围。
2) 需要建设单位根据各个区局的实际情况考虑基站选址和频率复用的问题。
3) 系统支持单呼、组呼、全呼、私密呼、遥毙/复活、远端监控、远程监测等功能。除了进行语音通信外，需支持短信息等数据应用。

3.3 系统终端技术要求

1) 终端设备能够兼容模拟信号，能够在数字和模拟两种模式下的扫描切换。
2) 终端设备要求防水、抗摔、一次充电能工作模拟在9小时以上，数字在13小时以上。

4 系统建设方案

本项目要求最终建设一套能覆盖全市中心城区的提供2路联网话音信道及在各个区局建设覆盖本区的2路独立话音信道的无线通信指挥调度系统。中心城区包括江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区、洪山区、青山区、东湖风景区、东湖高新开发区、经济开发区，远城区包括东西湖、蔡甸、汉南、江夏、新洲、黄陂。系统完成后，信号能够覆盖整个城区。

4.1 市级基站建设

目前龟山基站、东湖高新基站、青山基站通过IP联网的2路话音信道，主要用于市级单位与区级单位之间的通信指挥调度。
结合目前已建系统的覆盖范围和用户使用的实际情况，为优化整套通信系统的信号覆盖，现在汉口和沌口经济开发区选址各增加一个单中继台基　站，并与现有的基站联网，从而实现2路联网信号对整个武汉市区的信号覆盖。
系统网络结构图如下所示，远程中继诊断控制台能够对新增加的基站进行监视和控制。


4.2 区级系统建设

城管局下属有10个主城区局，分别为江岸区、江汉区、江汉区、汉阳区、武昌区、洪山区、青山区、东湖风景区、东湖高新开发区、经济开发区；6个远城区局，分别为东西湖、蔡甸、汉南、江夏、新洲、黄陂。由于覆盖全市的通信网络信道数量有限，主要用于市级调度，不能满足区级单位日常的通信使用，并且远城区地理位置偏远，主城区基站不能完全满足远城区的信号覆盖要求。因此需要在全市范围内，为每个区局架设1个独立中继台基站，提供2路话音供区局日常使用。
基站选址原则是该区局所管辖的范围来选择能够覆盖该区域的高层建筑为基站站址，同时需要考虑到机房供电，避雷等因素。区城管局目前还有部分模拟中继系统，因而基站选址时可以参考原先的模拟中继台的架设站址，同时也可以参考现有站址位置。
建议站址选择参考如下配置，其中图中各基站位置为其实际地理情况下的相对位置。例如青山区局的中继台可以架设在现有青山基站站址。具体基站组合如图所示，然后需要在项目前期与用户协调基站选址事宜，最后确定每个区局的基站架设位置。
区局基站为独立基站，能够同时容纳2路通话，通过合理的频率分组规划，能够实现各单位内部各个部门的独立通讯而不会互相受到影响。 同时在日后有需要的时候，能够通过IP联网实现区局基站的联网。
由于洪山区局，东湖高新区局，沌口区局管辖的范围较大，单个基站将只能保证以基站为中心车台10公里，手台5公里的覆盖半径范围，无法满足区局内车载台在覆盖率达95％，手持机在覆盖率达90％的覆盖要求。如果这些区局需要达到全区覆盖需求，那么需要在全区选址架设2至3个数字中继台基站并进行IP联网。

5 频率规划

MOTOTRBO系统采用12.5k间隔的频率，每对频率上可以中继两路话音信号。考虑到系统规模及后期系统规划，总计需要20对频点，其中无委会已经分配了4对频点，其余16对频点需要继续向无委会进行申请，在当前频率资源紧张的情况下，所能申请到的频率可能无法满足每个载波一对频率的分配需求，因而采用蜂窝理论来进行区域的频率划分。依据蜂窝通信理论，如下图A区、D区、H区可用同一频率，B区、E区、F区可用同一频率，C区、G区可用同一频率。依此类推，扩大到整个覆盖区域，此方式能够有效解决常规通讯网中不同地区使用相同频率而带来的同频干扰问题，并且提高了频率资源的利用率。


下图是武汉市地图，各个数字及区域表示武汉市的各个区，江岸区(07)、江汉区(08)、硚口区(09)、汉阳区(10)、武昌区(11)、青山区(12)、洪山区(06)、东西湖区(02)、蔡甸区(03)、江夏区(05)、黄陂区(01)、新洲区(13)、汉南区(04)。在频率规划当中，对不相邻的区域采取频率复用的办法来解决频率资源紧张的问题。

6 覆盖区域分析

基站覆盖范围的预估是无线通信网总体设计的重要内容之一。基站的地点、天线架设高度、天线有效辐射功率、接收机的灵敏度以及移动设备有关的技术参数等，直接影响无线通信网的覆盖范围与用户服务区的大小。但是移动通信用户电台使用的环境复杂多变，加之信号场强分布的不确定性，使无线覆盖区很难精确预估，何况目前用来做覆盖的数学模型又有多种，计算结果也不尽相同。通常先根据无线基站与移动台的有关参数选用某种数学模　　型作初步估算，然后作实际基地台－－移动台通信测试，以决定用户服务区的大小。
这里选用Okumura模型，它以准平滑地形为基础，是在70年代依据多个城市的实际测试资料进行统计分析出的。后经Hata进行公式化，使用起来比较方便，它详细的考虑了各种地形地物的影响(如城市或旷野，频段，天线高等)引入了一系列修正系数。Okumura-Hata模型适用于频率为100-1500Mhz，基站天线为30-200米，移动台天线高度为1-10米的情况，这种模型以被很多国家采用，并列入了CCIR567-2号报告。
Okumura-Hat模型的基本传输路径损耗经验公式为：
L0(dB)=69.55+26.16logf-13.82loghb-α(hm)+(44.9-6.55loghb)logd
其中f为工作频率(MHz)，hb为基站天线有效高度(m)，α(hm)为为移动台天线高度校正因子，hm为移动台天线高度(m)，d为收发天线之间的距离(km)。
α(hm)=3.2(lg11.75hm)2-4.97　(f≥300MHz,大城市)
选用信道机发射功率40W，天线增益为8.5dBi，架设有效高度150m，馈线选用RF 1/2″-50型射频电缆，在450MHz时百米损耗为4.2dB，移动台天线高度1m，发射天馈部分及馈线接头损耗8dB，无线覆盖边缘场强要求大于等于-107dBm。
由功率公式dBm = 10 x log(P mW)
信道机发射功率40W等于46dBm，则从天线发射出去的功率为
46dBm-4.2dB-8dB+8.5dBi=42.3dBm。
则满足场强要求的传输损耗L0(dB)=42.24+107=149.3 dB。
移动台天线高度校正因子α(hm)=3.2(lg11.75hm)2-4.97=3.2(lg11.75) 2-4.97=﹣1.31
L0(dB)=69.55+26.16logf-13.82loghb-α(hm)+(44.9-6.55loghb)logd=149.3
代入其他参数得出基站天线与移动台天线之间距离d≈20km，则由理论计算得出满足无线覆盖边缘场强要求大于等于-107dBm的区域半径为20km。
以上计算的是车台的覆盖范围，手持电台因为发射功率小，天线增益低，故要达到理想的通话效果边缘场强以-104dBm进行计算。


下表是各个基站架设高度的理论覆盖范围。 根据前期项目建设的基站的实际覆盖情况测试，基站的实际覆盖范围接近或小于以上理论值。
本项目中某些区中继台站址进行了频率复用，所以进行频率复用的站址天线架设高度不能过高以免进行频率复用的基站重叠区过大而影响通讯效果。

7 信道规划

1. 联网模式

武汉城管无线通讯系统的市级网络是以龟山基站为中心，以东湖高新，青山，汉口，沌口的4个基站为分支的组成星型网络，系统提供2路支持漫游的话音信道。

2. 用户频道

由于划分了区域，在每个电台中都有“中心区域”、“东湖高新区域”、“青山区域”、“汉口区域”、“沌口区域”可供选择。区域的功能是能够让用户不自动漫游或关闭自动漫游功能的电台时，手动选择电台工作所使用的基站。当电台使用自动漫游，用户无论选择的哪个区域，电台都可以对当前信号强度进行比较并自动选择最优信号的基站进行通讯。对于用户而言，在电台界面中将看见如下的频道：

8 呼叫功能

数字电台可配置为同时扫描多个数字逻辑信道和模拟信道，当某个数字逻辑信道发起一个单呼或组呼时，相应电台收到一个单呼或接收组列表中的组呼时，则电台用该逻辑信道响应呼叫。当某个模拟信道发起呼叫时，对应扫描模拟信道的电台，扫描到模拟信道上有呼叫，电台将转换到模拟模式下并响应呼叫。

在电台需要发起数字呼叫时，只需要键入单呼或组呼号码按下PTT键发起呼叫，另外如果在该逻辑信道发射通信录中预置一个呼叫，那么只需要按下PTT键就可以开始该预置呼叫。
1) 数字组呼：通话组可以共享一个信道，而不会干扰其他电台用户。发射端和接收端的电台都必须在同一个逻辑信道（频率和时隙）上。不同通话组的两个电台用户即使在同一个逻辑信道（频率和时隙）上，也不能相互通话。一个工作组的所有成员都可以相互通话，工作组与其他工作组的成员同样可以进行沟通。
2) 私密呼叫：电台用户可以直接与另一位电台用户进行通信，而不论其是否属于同一个通话组列表。通常，需要相互通信的电台用户可组成一个通话组，被配置为该通话组的成员。通过私密呼叫，可以在发射端和接收端的电台之间进行一对一通信。员工可以通过私密呼叫，私密地向特定管理者提示某个安全意外事件，而不是发起组呼，使全组成员都知道。
3) 全部呼叫：某个特权电台可以与同一个逻辑信道上的其他电台用户进行单向通话。特权电台利用一个特殊的全部呼叫通话组，使得在同一个逻辑信道上的所有其他电台用户（不论其属于哪个通话组）都能接收到该呼叫。这个功能特别适用于指挥中心与在同一个逻辑信道（频率和时隙）上的所有电台，而不是单独的通话组或用户进行通信。全呼的呼叫ID为16777215，不可更改。
4) 遥毙：系统管理员可通过无线信令，遥毙系统内的某个电台。被遥毙的电台的屏幕将显示空白，并且不能发起或接听呼叫。只能通过客户端软件（CPS）或另一台系统管理员电台发出的电台解遥毙命令，启用被遥毙的电台。利用该功能，可以阻止任何不当使用的电台，或使被窃的电台无法工作。
5) 远端监控：远端用户可以利用这个功能，在一段时间内激活目标电台的麦克风和发射机。从而不知不觉地在目标电台上建立呼叫，并远程控制其PTT功能，而最终用户对此却一无所知。该功能主要用于探明已开机但无响应目标电台的状态。包括诸如电台被窃、电台用户不会使用等情况，或者允许紧急呼叫发起方在紧急状况下进行免提通信。
6) 远程监测：发起方电台可以检查系统中的目标电台是否处于激活状态，而其用户不会知道。除了繁忙LED指示灯，发射LED指示灯也会点亮（以表明发送了确认消息）。目标电台上不会出现可以看见或听见的指示。目标电台将不知不觉地自动向发起方电台发送一条确认消息。如果电台用户无响应，那么可以借助检查电台功能，确定目标电台是否开机并监控信道。如果目标电台发出了确认消息，那么，发起方可以执行其他操作，如发出远程监控命令，激活目标电台的 PTT。
7) 呼叫提示：发起方电台基本上可以确保呼叫到另一位电台用户。当目标电台收到呼叫提示命令后，将发出持续的视听提示，并显示该呼叫提示的发起方。如果当呼叫提示屏幕处于激活状态时，目标电台用户按下了PTT键，那么，目标电台会向该呼叫提示的发起方发起私密呼叫。对于车载台，该功能常常与喇叭和车灯结合使用。当用户不在车内时，呼叫提示可以使车辆的喇叭鸣叫、车灯闪烁，从而告知用户返回车辆，呼叫发起方。 8) 紧急呼叫：MOTOTRBO电台允许处于危急状况的电台用户，向调度台发送经确认的紧急报警消息和紧急呼叫。紧急报警消息包含了发起方的电台ID。可以指定专用于紧急状况的回复信道。发起紧急报警和紧急呼叫的方法有三种：仅发起紧急报警、发起紧急报警和紧急呼叫、发起紧急报警并继而发送语音信号。通过客户端软件（CPS），可以配置四种报警类型：禁用、常规、静默、静默带语音。
9) 滞后加入：MOTOTRBO电台具有滞后加入的功能，当一个用户在一个信道上发起呼叫时，该呼叫中包含的数字信息，如呼叫类型信息(单呼，组呼，全呼)，个人识别信息和控制信息将会周期性的在本次通话过程中在该信道上重复播送，这就使得其他电台能在该通话过程中滞后加入进来

9 IP联网

多个中继基站需要通过IP联网来完成组建通播数字常规网，满足多区范围的无线电信号覆盖。MOTOTRBO中继台在IP网络中的形式为1个中心中继台和若干远端中继台，每台中继台都需要一个唯一的IP地址。
本中继联网系统对IP链路延迟要求为最大不超过90ms，当延迟小于60ms时，在软件中设置延迟为“正常”，在60至90之间时设置为“高”。
1个MOTOTRBO中继联网系统最多可支持15个数字中继台的IP互联，考虑到以后的扩容，以15个基站来计算所需要的链路带宽。
其中主基站的所需链路带宽是最大的，假定15个中继台的2个逻辑信道都参与联网，计算该链路带宽。由官方给出的计算公式。
BWVC = 15 kbps =联网所需带宽
BWLM = 6 kbps = 链路管理所需带宽
BWIR = 3 kbps = 主基站消息支持所需带宽
BWRD = 55 kbps = RDAC消息所需带宽
链路带宽=时隙1联网信道数* BWVC+时隙2联网信道数* BWVC+联网IP基站数* BWLM+联网IP基站数* BWIR+RDAC消息带宽=14*15+14*15+14*6+14*3+55=601 kbps。
则满足上面联网要求的每套中继台联网系统最小带宽要求为601 kbps，在本方案中建设两套中继台联网系统，则最小带宽要求为1202kbps。
现在已经联网的中心主站、青山基站与东湖高新基站使用的可靠性与安全性具佳的vpn网，即虚拟专用网络。采用这种方式所有在广域网上传送的IP数据包都将由虚拟专用网络来进行处理，对整个系统来说相当于通过一个局域网来进行联网传输数据。在本期中即将联网的汉口基站与沌口经济开发区基站可同样使用vpn专网。

10 用户漫游

电台可以在多个联网的基站信道间自动漫游，自动判选信号最强的基站信道，漫游可以有两种方式，被动基站扫描和主动基站扫描。
被动基站扫描：可以通过在电台中预置电台漫游列表，电台漫游RSSI场强阈值，当电台当前锁定的基站信号强度低于RSSI场强阈值时，电台将开始被动基站扫描，直到扫描到满足场强值条件的基站信道。由于中继台在不工作的时候不发射信号，而电台需要中继台的信号才能判定基站信号的强弱，于是系统采用信标来实现这个功能，信标功能可以使得中继台周期性的在空闲时发射一小段信标信号给电台。信标持续时间和信标间隔可以在软件中编程设置，电台通过信标来判断基站信道场强值。在电台发射，接收信号，紧急呼叫，覆盖信号满足场强值，脱网模式等情况下电台将停止被动扫描功能。
主动基站扫描：主动基站扫描用在电台漫游时开始一个呼叫时或者手动开启扫描功能。例如1个信标间隔时间内电台可能从一个基站漫游到另一个基站，但是尚未锁定到另一基站时，电台发起一个呼叫，若它的先前归属基站信道没有回应，电台就会根据扫描列表开始进行主动扫描，在发现满足条件的基站信道时锁定到新的基站信道。另一种情况是电台用户通过菜单功能或预置功能键手动开始一个主动扫描。在有多个中继站信号覆盖的情况下通常主动扫描会找到下一个可用的中继站而不是信号最好的那个中继站。

上图为漫游示意图，在本期项目中，总共有5个联网基站，电台需要在这5个中继站站之间漫游，每个基站有2个逻辑信道可供漫游。例如当一部电台守候在基站1的信道1上并开始从A区向B区移动，所有联网基站会每隔一段时间发射一个信标来使得电台能够检测到当前归属基站的信号强度，当这部电台在A区和B区的重叠区移动过程中检测到A区基站1的信道信号强度低于电台中预设RSSI阈值，那么电台将开始扫描漫游列表中的信道直到找到下一个高于该RSSI阈值的信道并且守候在该信道上，如B区基站2的信道，电台开始守候在B区基站2的信道上并且停止扫描。
当电台漫游时发现当前信道信号强度低于电台中预设RSSI阈值但是扫描没有发现符合要求的信道时，电台将仍然工作在当前信道上。电台也支持手动基站锁定，锁定基站后电台将不会进行自动漫游。在实际使用过程中可以将一组漫游列表中的所有信道的接收组呼列表与PTT发射预置呼叫设为一致，那么在电台漫游过程中，对用户来说仍然接收同样的组呼与预置发射同样的呼叫，不会因为电台漫游时，当前守候信道的变化而带来操作上的变化。

11 设备性能特点与技术指标

11.1 数字常规中继台
摩托罗拉 XiR R8200 中继台可以在模拟和数字模式下工作，提高网络运行效率。
XiR R8200中继台的主要特点 ：
 可为模拟或数字运行进行配制，促进模拟到数字运行的平稳转换
 支持数字 TDMA 模式下的 2 个同步语音或数据通道；
 采用通过 TDMA 技术，将 1 个 12.5KHz 信道呼叫容量提高两倍；
 LED 指示灯可显示开启、中继台禁用、数字模式、模拟模式、每个时隙 TX/RX状态；
 坚固的手柄使安装和搬运更轻松；
 100% 连续工作周期；
 集成可充电电源，自动电池备份，在给设备供电的同时给蓄电池充电，在断电的情况下直接启动蓄电池供电，保证了系统能正常工作；
 支持墙壁或机架安装。