對海南洋浦港小鏟灣作業區的無線寬帶集群系統的研究

盛秋實

摘 要：本文主要對海南洋浦港小鏟灣作業區的無線寬帶集群系統進行研究，闡述了系統架構、基站規劃、核心網規劃、調度系統規劃、物理組網等設計思路。

關鍵詞：信息采集;通航管理;決策支撐;平臺設計

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）04-0039-03

洋浦港區小鏟灘作業區建設3個5萬噸級泊位，遠期可升級為10萬度級泊位，泊位總長782m，近期設計年吞吐量為件雜貨180 萬噸，集裝箱60 萬TEU。

TD-LTE，即 Time Division Long Term Evolution（分時長期演進），是4G網絡的一種模式，由3GPP組織涵蓋的全球各大企業及運營商共同制定， 包含大量中國的專利，由中國主導，同時得到了廣泛國際支持，現今成為了國際標準; TD-LTE具有通信速度快、網絡頻譜寬、通信靈活、智能型好、通信質量高等特點[1]。在小鏟灘作業區中有管理、調度、安保人員實時進行語音通信的需求、有大型機械在中控室中遠程監控、操作和維護的需求、還有港口計算機管理系統（簡稱為TOS系統）實時管理港口運作流程的需求，而TD-LTE寬帶集群系統可以很好的滿足以上需求。

1 系統設計

1.1整體架構

根據港口需求，系統方案采用如下的系統架構： LTE 基站系統、LTE 核心網系統、LTE 調度系統（分為調度機、調度臺）、LTE 基站配套設備及終端設備。各自完成不同的功能，共同構成TD-LTE 寬帶集群系統。同時，從網絡規模、成本角度的考慮，調度臺和網管合用一臺服務器。

基站設備由基帶控制單元（簡寫為eBBU） 和射頻拉遠單元（簡寫為eRRU） 組成[2]。基站eBBU安裝在機房，或利用室外機柜安裝于室外需要的位置，主要功能包括：處理相關傳輸協議棧;成上下行基帶信號處理;集中管理整個基站系統;提供時鐘接口、告警監控接口、USB 接口等。基站eRRU，安裝在室外，直接連接天線。主要完成基帶信號和射頻信號的發射、調制解調、數據處理、合/分路等功能。核心網為整個專網的核心，放置在中心機房，為基站設備提供移動管理、會話管理這兩大基本功能，包括用戶上下文和移動狀態管理，分配用戶臨時身份標識等功能。調度系統分為調度機和調度臺，共同實現語音集群調度功能。調度機的作用是完成語音集群調度各個業務功能，調度臺和調度終端都必須連接到調度機才能夠正常工作;調度機可以通過各種通信制式的網關實現與其他通信系統的互聯。由硬件和軟件兩部分構成，調度臺通過IP 協議連接到調度機，從而實現各種調度業務操作。調度臺將與網管服務器合用一臺設備。基站配套設備主要為整個系統提供服務保障和管理手段，如網管系統[3]。終端設備包括，車載式無線終端、手持式無線終端、集卡終端和語音手持對講終端.。均支持LTE 通訊功能，與TD-LTE 寬帶集群系統集成，提供業務應用。

1.2基站規劃

根據港區要求，提出以下預制條件，預估網絡整體情況：頻段范圍：1785-1805MHz;系統帶寬： 5 MHz;基站天線高度：20 米;基站天線類型：4T4R;TDD 上/下行時隙配置：2：2;集群組數：20 組;集群組數：20 組;業務單用戶單向速率57.6kbps（上下行一致）;數據業務并發數：60 個;大型起重機遠程控制監視（簡稱RCMS） 業務單用戶單向速率100kbps（上行）;RCMS 并發數：20 個。

1.3 業務鏈路預算

根據項目業務需求，需要支持集群、數據業務以及RCMS 業務。在所有業務中，RCMS 業務對鏈路的要求最高，所以，以RCMS 業務為準進行鏈路預算，滿足RCMS 最低門限即可滿足所有業務應用。

1.4 容量規劃

（1）上行：集群單業務上行速率（12.2k 語音）= （288+24）bit/20ms = 15.6kbps;集群上行容= 5.6k*20 = 312kbps =0.312Mbps ;TOS 業務上行速率=57.6k*60=3.456Mbps ;RCMS 上行容需求=100k*20 = 2Mbps;上行容總需求=0.312+3.456+2=5.768Mbps

（2）下行 ：下行集群資源分配按照固定 MCS 分配， 集群業務占用下行資源比例=20（小區需要支持群組數）*5（單個集群需要分配 RB 個數）/275（ 20ms 系統提供下行 RB 個數*下行負荷）=36% ;集群業務下行容需求= 6.152M*36% =2.215Mbps ;TOS 業務下行容需求=57.6k*60=3.456Mbps;下行容總需求=2.215+3.456=5.671Mbps 。由以上結果可以看出，上行需要 3 小區滿足容需求，下行 1 小區即可滿足需求。

1.5 站點選擇

根據以上規劃選擇 1 個站點 3 扇區覆蓋，建在堆場中部變電站旁邊。單站點 3 扇區覆蓋仿真見上圖。

由上圖可以看出，3 扇區方案不但滿足了容的需求，覆蓋了整個堆場，且同樣能夠覆蓋到港區的邊緣，進出閘口等，并且在覆蓋區域內電平值較高，這樣對提升容也有一定的幫助，綜上所述，建議采用 3 扇區方案。 建站位置高度建議在 20 米左右，同時需要提供 220V 不間斷電源和通訊光纜鋪設。

1.6規劃結果

站點：1 個，3 個小區 ;eRRU：1.8GHz 4T4R、3 個 ;定向天線：4path、3 副 ;eBBU：1 個。根據基站設備規劃結果和用戶容需求，本期核心網絡規劃如下： 核心網采用交換網關 eSCN，最大可支持 30 套基站， 2Gbps 數據容，4000 個用戶。調度機：采用 eMDC ;調度臺：與網管合設。端設備：車載式無線終端35臺，用于大型流動機械;手持式無線終端40臺，地面人員使用;集卡終端，用于集裝箱卡車等小型機械;語音手持對講終端，地面人員語音對講用。

1.7 物理組網

終端與 eRRU：兼容 TD-LTE 空中接口協議，工作頻率：1785-1805Mhz ;基站天線與 eRRU：N 頭接口，射頻電纜連接 ;eRRU 與 eBBU：SFP 接口，光纖連接，CPRI 協議 ;eBBU 與核心網：RJ45 接口，網線連接 ; 核心網與交換機：RJ45 接口，網線連接 ;網管/調度臺與交換機：RJ45 接口，網線連接;

eBBU、核心網、交換機，調度系統和基站配套系統部署在中心機房。 eRRU 與 eBBU 間距小于 10 公里，eRRU 通過光纖直連拉遠部署在現場覆蓋區內，天線盡靠近 eRRU。為了保證覆蓋效果和覆蓋范圍，天線應盡掛高。 eRRU 供電要求：可支持 AC220V 和 DC-48V 供電，建議鐵塔安裝采用DC-48V 供電。

2 業務提供

碼頭集裝箱貨管人員需進行查詢箱號、作業指令、輸入集裝箱信息等活動，工程為貨管人員配備手持無線終端，通過無線寬帶系統與集裝箱計算機管理系統通信。集裝箱卡車車身較小，在集裝箱間的通導穿行作業，工程為集卡配置小屏幕車載終端，通過無線寬帶網絡與集裝箱計算機管理系統通信。碼頭輪胎吊和軌道龍門吊體型大，高度高，活動區域廣，操作要求精度高，工程為其配備了大屏幕圖形化車載終端，使控制中心的作業要求以圖形化的方式發至吊機上，操作人員更方便快捷的操作。

大型起重機遠程控制監視系統的各項功能是以起重設備的 PLC 產生的周期性數據為基礎，無線寬帶網絡將 PLC 數據傳輸至 RCMS 服務器，服務器再將數據整合、計算實現不同功能。港區無線寬帶系統可以讓港區中控室對大型起重機實時監控，實時在監控室顯示大機的各機構信息，使管理人員可以更好的掌握大機位置、狀態、故障信息等，更好的對港區作業進行規劃。

3結語

TD-LTE是很適合現代港口工程無線集群通信的一種網絡模式，在建設該系統前，需對系統的基站、業務鏈、容量進行規劃，并對基站的設置位置進行仿真模擬，根據仿真結果部署系統設備軟、硬件，從而建立一個完整先進的港口網絡系統。

參考文獻：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術原理與系統設計。北京：人民郵電出版社，2010年，第一版.

[2] 鄭君里，應啟垳，楊為理。信號與通信.北京：高等教育出版社.2018，第3版.

[3] 曹志剛，錢亞生.現代通信原理[M].北京：清華大學出版社，1992.