潘小英 沈立

摘要：上海通信中心作為承擔(dān)港區(qū)水上安全通信業(yè)務(wù)保障與信息技術(shù)支撐的責(zé)任方，應(yīng)合理利用現(xiàn)有水上通信資源，積極響應(yīng)靠港船舶助航服務(wù)需求，緊跟通信運營商的整體規(guī)劃進度。本文分析研究了洋山深水港3G/4G/WIFI技術(shù)的應(yīng)用與展望。

關(guān)鍵詞：洋山港;水上安全通信;4G;WIFI

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）12-0023-01

0 引言

當(dāng)前靠港船舶多基于傳統(tǒng)無線電通信方式，通過單邊帶無線電話及甚高頻語音廣播獲取上海通信中心提供的水上安全通信服務(wù)。受洋山港區(qū)多發(fā)大霧天氣等影響，海上復(fù)雜多變的環(huán)境因素將對無線電通信質(zhì)量造成嚴(yán)重干擾，產(chǎn)生巨大的安全隱患。隨著移動通信迅猛發(fā)展，手機成為了船員用戶必配的離岸通訊工具，在近海移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域可自主進行通話、短信及上網(wǎng)等多樣化通信，為引入3G/4G/WIFI等技術(shù)帶來了廣闊的應(yīng)用前景。

1 移動通信現(xiàn)狀分析

目前，各家移動運營商投建網(wǎng)絡(luò)主要基于3G/4G/WIFI等不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，已投建3G制式分為WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA三種，分別由聯(lián)通、電信和移動投資建設(shè)。信號頻段參照工信部派發(fā)牌照：聯(lián)通上行頻段1940-1955MHz，下行頻段2130-2145MHz;電信上行頻段1920-1935MHz，下行頻段2110-2125MHz;移動上行頻段1880-1900MHz，下行頻段2010-2125MHz（上、下行頻段間隔5MHz頻段，避免信號間干擾）。三種制式頻段差異，客觀造成了信號最大傳輸范圍的差異，理想狀況下三者關(guān)系為（為無線信號的最大傳輸距離）[1]。4G網(wǎng)絡(luò)是基于3G技術(shù)平滑演進的升級系統(tǒng)，以IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)為代表，理論上傳輸速率可提供下載速度100Mbps，上傳速度20Mbps，足以承載用戶全部應(yīng)用的帶寬需求。近年來洋山港盡管發(fā)展迅猛，但由于原屬浙江且地理偏遠(yuǎn)，該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)資源較為匱乏。實地調(diào)查結(jié)果顯示，上海移動僅能提供2G語音和短信服務(wù)， 而3G網(wǎng)絡(luò)的基站建設(shè)方面投用數(shù)量極少，蜂窩無線信號的覆蓋范圍非常有限，應(yīng)盡快開展實地勘測，掌握港區(qū)及航道水面上方的信號質(zhì)量及頻段使用情況。

2 3G/4G/WIFI應(yīng)用前景

3G/4G應(yīng)用由運營商掌握牌照及相應(yīng)頻段資源，已具備成熟的技術(shù)應(yīng)用和基站維護能力，考慮到運營商承擔(dān)的社會服務(wù)特性，對港區(qū)的組網(wǎng)建設(shè)應(yīng)負(fù)有相應(yīng)職責(zé)。但由于洋山港區(qū)地處偏遠(yuǎn)，流量貢獻(xiàn)和經(jīng)濟效益較低等客觀因素，限制了運營商對港區(qū)的投入熱情，無法滿足近海航行船舶借助移動網(wǎng)絡(luò)進行登陸的需求。從技術(shù)實現(xiàn)角度看，運營商級的CDMA超遠(yuǎn)距離覆蓋和GSM-R、UMTS、LTE等技術(shù)均適用海面超遠(yuǎn)距離的無線信號覆蓋能力。綜合洋山港海域的實際情況，3G/4G支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兼具可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢，但在相異制式性能比較，頻段資源合理利用，回傳鏈路構(gòu)建等方面仍需進一步研究分析[2]。

WIFI技術(shù)基于IEEE 802.11協(xié)議族的短程無線傳輸設(shè)備，允許在電波覆蓋的有效范圍內(nèi)采用無線連接方式組建局域網(wǎng)絡(luò)，常見形式是通過一臺無線路由器與公網(wǎng)互聯(lián)，以構(gòu)造熱點（AP）的方式滿足終端的上網(wǎng)需求。優(yōu)點是工作頻段（2.4GHz）無需授權(quán)，室內(nèi)布網(wǎng)靈活，信號性能可靠等，缺點是入網(wǎng)用戶數(shù)量受限于系統(tǒng)容量和頻道資源;室外復(fù)雜環(huán)境易造成信號的衰減和干擾。以華為WA653DE為例，天線增益和發(fā)射功率是信號覆蓋能力的決定性因素，外接高增益天線，信號可實現(xiàn)超過5km的最遠(yuǎn)傳輸距離及300m以上的全覆蓋半徑（高功率條件下最遠(yuǎn)覆蓋范圍有潛力提升至1-2km）。但WIFI信號熱點對用戶承載數(shù)量和無線覆蓋范圍要求嚴(yán)苛，設(shè)備先天缺陷不適于港區(qū)霧航環(huán)境下的大量組建，可作為覆蓋蜂窩信號盲區(qū)，豐富網(wǎng)絡(luò)組建的補充技術(shù)[3]。

3 成功案例研究

CDMA超遠(yuǎn)距離覆蓋方案提供了解決海面信號覆蓋問題的有效手段，在廣西北部灣海域已成功投入使用。天線掛高50米條件下，普通基站海面覆蓋距離僅為30km，更換高增益天線、采用2T4R多天線技術(shù)、RRU設(shè)備上塔、調(diào)整基站發(fā)射功率、改善前、后向覆蓋、并接RRU射頻等改進技術(shù)，有效增強了信號對海面的覆蓋能力，最大傳輸距離可提升至120km，完全滿足于洋山港區(qū)組網(wǎng)需求。綜合海上移動通信組網(wǎng)的技術(shù)難點，可歸結(jié)如下：

（1）地球球面曲率問題導(dǎo)致電波信號的頻率和傳輸距離呈反比關(guān)系，3G較2G工作頻段更高，為保證足夠的覆蓋范圍則需建設(shè)更多基站，而基站建設(shè)常受限于海洋自身特性，因此優(yōu)化海面前、后向覆蓋范圍是解決擴大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模問題的關(guān)鍵技術(shù);（2）空曠的海面原本易于構(gòu)建近距離、大范圍的傳輸鏈路，而洋山的海霧問題會使信號產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，因此并接RRU射頻提高信號發(fā)射頻率，應(yīng)用大功率軟件技術(shù)提升信號發(fā)射功率，都可作為改善通信質(zhì)量的重要手段;（3）CDMA系統(tǒng)的自干擾特性，使遠(yuǎn)距離覆蓋給控制小區(qū)間的干擾帶來了困難，設(shè)計過程中實現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾和低噪聲極為重要;（4）海面存在弱覆蓋及導(dǎo)頻污染現(xiàn)象，弱覆蓋問題可使用優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)基站遠(yuǎn)距離覆蓋能力的方法;導(dǎo)頻污染可采用設(shè)立海面覆蓋專用頻點的優(yōu)化方案。

4 建設(shè)規(guī)劃展望

洋山港綜合信息平臺依托整體建設(shè)規(guī)劃，合理利用光纜等成熟資源，通過布設(shè)基站、熱點等方式，可建成信號覆蓋港區(qū)兩岸及航道水域的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通過向靠（離）泊船舶智能導(dǎo)航終端推送助航安全信息，將有效滿足霧航條件下駕引人員接收實時助航、預(yù)警信息的需求。系統(tǒng)架構(gòu)主體以CDMA或LTE兩種制式為比選，2G標(biāo)準(zhǔn)的CDMA超遠(yuǎn)覆蓋技術(shù)，技術(shù)實現(xiàn)簡單，建網(wǎng)成本較低，超過100公里的覆蓋能力便于控制基站數(shù)量，但在系統(tǒng)容量和帶寬上存在瓶頸?？紤]到未來船舶終端將更多承載電子海圖、氣象傳真、實時視頻等業(yè)務(wù)需求，基于4G的LTE技術(shù)支持更大帶寬及傳輸速率的特性，使信號覆蓋半徑小于10公里，基站建設(shè)數(shù)量和后期管理維護等難題變?yōu)楸仨毠タ说碾y題。

參考文獻(xiàn)

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Application and Prospect of 3G/4G/WIFI Technology in Yangshan Deepwater Port

PAN Xiao-ying， SHEN Li

（Donghai Navigation Safety Administration（DNSA）MOT Shanghai Communication Center， Shanghai 201210）

Abstract：Shanghai Communication Center， as the responsible party to undertake the support of information technology and water safety communication business in port area， should make rational use of the existing water communication resources， actively respond to the needs of port-bound ship navigation assistance services， and keep up with the overall planning progress of communication operators. This paper analyses and studies the application and Prospect of 3G/4G/WIFI technology in Yangshan Deepwater Port.

Key words：Yangshan Port; Water Safety Communication; 4G; WIFI