洋山深水港3G/4G/WIFI技術的應用與展望

潘小英 沈立

摘要：上海通信中心作為承擔港區水上安全通信業務保障與信息技術支撐的責任方，應合理利用現有水上通信資源，積極響應靠港船舶助航服務需求，緊跟通信運營商的整體規劃進度。本文分析研究了洋山深水港3G/4G/WIFI技術的應用與展望。

關鍵詞：洋山港;水上安全通信;4G;WIFI

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

0 引言

當前靠港船舶多基于傳統無線電通信方式，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。受洋山港區多發大霧天氣等影響，海上復雜多變的環境因素將對無線電通信質量造成嚴重干擾，產生巨大的安全隱患。隨著移動通信迅猛發展，手機成為了船員用戶必配的離岸通訊工具，在近海移動蜂窩網絡覆蓋的區域可自主進行通話、短信及上網等多樣化通信，為引入3G/4G/WIFI等技術帶來了廣闊的應用前景。

1 移動通信現狀分析

目前，各家移動運營商投建網絡主要基于3G/4G/WIFI等不同標準設計，已投建3G制式分為WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA三種，分別由聯通、電信和移動投資建設。信號頻段參照工信部派發牌照：聯通上行頻段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，理想狀況下三者關系為（為無線信號的最大傳輸距離）[1]。4G網絡是基于3G技術平滑演進的升級系統，以IMT-Advanced標準為代表，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用的帶寬需求。近年來洋山港盡管發展迅猛，但由于原屬浙江且地理偏遠，該地區網絡資源較為匱乏。實地調查結果顯示，上海移動僅能提供2G語音和短信服務， 而3G網絡的基站建設方面投用數量極少，蜂窩無線信號的覆蓋范圍非常有限，應盡快開展實地勘測，掌握港區及航道水面上方的信號質量及頻段使用情況。

2 3G/4G/WIFI應用前景

3G/4G應用由運營商掌握牌照及相應頻段資源，已具備成熟的技術應用和基站維護能力，考慮到運營商承擔的社會服務特性，對港區的組網建設應負有相應職責。但由于洋山港區地處偏遠，流量貢獻和經濟效益較低等客觀因素，限制了運營商對港區的投入熱情，無法滿足近海航行船舶借助移動網絡進行登陸的需求。從技術實現角度看，運營商級的CDMA超遠距離覆蓋和GSM-R、UMTS、LTE等技術均適用海面超遠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支持網絡系統兼具可靠性和穩定性等優勢，但在相異制式性能比較，頻段資源合理利用，回傳鏈路構建等方面仍需進一步研究分析[2]。

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

3 成功案例研究

CDMA超遠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、RRU設備上塔、調整基站發射功率、改善前、后向覆蓋、并接RRU射頻等改進技術，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組網需求。綜合海上移動通信組網的技術難點，可歸結如下：

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

4 建設規劃展望

洋山港綜合信息平臺依托整體建設規劃，合理利用光纜等成熟資源，通過布設基站、熱點等方式，可建成信號覆蓋港區兩岸及航道水域的移動蜂窩網絡，通過向靠（離）泊船舶智能導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、預警信息的需求。系統架構主體以CDMA或LTE兩種制式為比選，2G標準的CDMA超遠覆蓋技術，技術實現簡單，建網成本較低，超過100公里的覆蓋能力便于控制基站數量，但在系統容量和帶寬上存在瓶頸。考慮到未來船舶終端將更多承載電子海圖、氣象傳真、實時視頻等業務需求，基于4G的LTE技術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，基站建設數量和后期管理維護等難題變為必須攻克的難題。

參考文獻

[1]吳清柏.三種不同3G制式覆蓋能力的分析[J].信息通信，2006（4）：39-44.

[2]朱東照，肖清華.中國電信CDMA2000網絡發展及頻率使用策略分析[J].電信科學，2010（1）：72-76.

[3]徐寶海.WIFI網絡工程優化方法研究[J].電腦編程技巧與維護，2014（20）：99-100.

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