5G時代智慧機場無線網(wǎng)建設(shè)研究

萬 芬

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司，湖北 武漢 430023）

1 智慧機場發(fā)展趨勢

隨著2020年1月《推進四型機場建設(shè)行動綱要（2020—2035年）》的正式印發(fā)，我國全面推進四型機場的工作拉開了序幕，“全面建成安全高效、綠色環(huán)保、智慧便捷、和諧美好的四型機場”成為新時代機場建設(shè)者的美好愿景。

四型機場是以“平安、綠色、智慧、人文”為核心，依靠科技進步，改革創(chuàng)新和協(xié)同共享，通過全過程、全要素、全方位優(yōu)化，實現(xiàn)安全運行保障有力、生產(chǎn)管理精細智能、旅客出行便捷高效、環(huán)境生態(tài)綠色和諧以及充分體現(xiàn)新時代高質(zhì)量發(fā)展要求的機場。其中，“智慧”是建成四型機場的方式，是新技術(shù)與運行模式、服務(wù)模式、管理模式的深度融合，通過全方位創(chuàng)新驅(qū)動來提升整個機場敏捷、高效、迭代迅速的智慧化能力。

要想推進智慧機場建設(shè)，必須運用信息和通信技術(shù)手段來感測、分析、整合機場運行系統(tǒng)的各類關(guān)鍵信息，智能響應(yīng)機場相關(guān)的運營、安全、旅服、等業(yè)務(wù)需求。智慧機場的實質(zhì)是將信息技術(shù)與機場需求相結(jié)合，實現(xiàn)智慧化管理和運行，從而對現(xiàn)有機場進行提質(zhì)增效。

而基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是機場數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。隨著公用移動通信網(wǎng)絡(luò)從4G向5G的發(fā)展，承載著機場諸多業(yè)務(wù)的機場無線集群專網(wǎng)也面臨新一輪的迭代。

2 機場無線集群系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，機場地面信息化服務(wù)在多個方面都面臨嚴格的要求，多個部門之間要求相輔相成、環(huán)環(huán)相扣，必須保證部門間的通信聯(lián)系暢通，因此通常機場都建設(shè)了無線集群專網(wǎng)。目前，我國機場的無線集群經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。

2.1 第一階段：模擬集群通信（1990—2009年）

這一階段的無線集群制式以800 M為主，800 MHz頻段集群通信系統(tǒng)指配的頻率為806～821 MHz（移動臺發(fā)、基站收）和851～866 MHz（移動臺收、基站發(fā)）兩段，每段帶寬為15 MHz，信道間隔為25 kHz，共600對頻點，收發(fā)頻率間隔為45 MHz。

1994年年底，北京、廣州、沈陽機場采用了MOTOROLA公司的SMARTNET-Ⅱ型系統(tǒng)組網(wǎng)，上海虹橋、浦東機場采用SMARTZONE型系統(tǒng)組網(wǎng)。隨后幾年，成都、西安、鄭州、福州、昆明、哈爾濱、大連、重慶、桂林、深圳和烏魯木齊等20多個大中型機場陸續(xù)建成了SMARTNET-Ⅱ系統(tǒng)。目前，福州、重慶等個別大型機場的SMARTNET-Ⅱ系統(tǒng)運行20多年仍然在發(fā)揮作用。2009年，烏魯木齊機場重新建設(shè)一套MPT1327信令12信道的模擬集群系統(tǒng)。

2.2 第二階段：機場無線集群發(fā)展到窄帶數(shù)字集群通信。

目前，我國沈陽、西安、昆明、哈爾濱、重慶、鄭州和三亞等20多個大中型機場均陸續(xù)采用EADS或MOTO的TETRA 800 MHz系統(tǒng)組網(wǎng)實現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，這是我國大中型機場地面調(diào)度指揮主要的通信手段，而且福州機場正在實施模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的建設(shè)。除了TETRA，其他體制的數(shù)字集群在民航中也有應(yīng)用，如新疆采用建伍NEXEDGE 400 MHz頻分復(fù)用數(shù)字集群系統(tǒng)，長沙黃花機場采用海能達PDT 400 MHz數(shù)字集群系統(tǒng)組網(wǎng)。

2019年11月，工信部印發(fā)了關(guān)于調(diào)整800 MHz頻段專網(wǎng)通信頻率使用規(guī)劃的通知，在保留原有TETRA技術(shù)體制的基礎(chǔ)上，明確PDT技術(shù)體制可用于800 MHz頻段，GOTA和GT800這兩種專網(wǎng)集群技術(shù)分別由中興通訊和華為開發(fā)，不再規(guī)劃使用800 Hz頻段。工信部這一舉措不僅僅是簡單的行業(yè)管理行為，還意味著我國專網(wǎng)通信市場導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變、對國內(nèi)自主研發(fā)的倡導(dǎo)。未來，PDT技術(shù)的市場占有率將大幅度提升。

2.3 第三階段：機場無線集群發(fā)展到寬帶數(shù)字集群通信

隨著民航運輸?shù)陌l(fā)展，駐場各單位已對專網(wǎng)大數(shù)據(jù)的傳送提出需求，如高精度車輛與人員定位、飛機情報數(shù)據(jù)傳遞、貨運數(shù)據(jù)掃描入庫、工單系統(tǒng)和無線視頻監(jiān)控等。機場地面調(diào)度指揮寬窄帶融合的話題不斷升溫，目前已在機場應(yīng)用和測試的寬帶數(shù)字集群有3種。

2.3.1 1.8GHZ TD-LTE專網(wǎng)

工信部指配給交通、電力等行業(yè)的寬帶集群專網(wǎng)頻段為1 785～1 805 MHz，共20 MHz帶寬。1.8 GHz TD-LTE專網(wǎng)技術(shù)與4G公網(wǎng)相對應(yīng)，20 MHz帶寬的數(shù)據(jù)傳輸理論值可達上行50 Mb/s、下行100 Mb/s的高速率。目前，上海、鄭州、南寧、三亞、呼和浩特幾個機場已率先采用鼎橋、虹信的1.8 GHz TD-LTE系統(tǒng)建成寬帶數(shù)字集群專網(wǎng)。

2.3.2 基于公網(wǎng)的寬帶集群虛擬專網(wǎng)

民航某空管局與普天合作，開發(fā)了基于中國移動通信公司4G公網(wǎng)的寬帶集群虛擬專網(wǎng)，即采用集群交換機接入移動公司4G公網(wǎng)交換機，使用頻率為1.88～1.9 GHz、2.32～2.37 GHz 、2.575～2.635 GHz的公網(wǎng)基站。這種方式不需要申請專網(wǎng)頻段，一機呼遍全市。目前，長沙黃花機場采用該方式與移動合作聯(lián)合運營，每部終端每月向移動公司繳納服務(wù)費或者流量費。

2.3.3 機場航空地面移動通信系統(tǒng)

機場航空地面移動通信系統(tǒng)（Aeronautical Mobile Airport Communication，AeroMACS）是基于面向無線網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802.16標(biāo)準的無線寬帶通信技術(shù)，其發(fā)展優(yōu)勢在于使用5G頻段。該系統(tǒng)在某大型機場完成了2年的運行測試，計劃在大中型機場中推廣，但目前網(wǎng)絡(luò)載體僅限于空管局飛服中心的飛行情報數(shù)據(jù)包，寬帶集群的其他應(yīng)用還有待進一步開發(fā)。

近年來，機場專網(wǎng)窄帶集群經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，從國外制式向國內(nèi)自主研發(fā)制式的轉(zhuǎn)變；隨著無線公網(wǎng)從4G向5G的發(fā)展，機場專網(wǎng)寬帶集群正經(jīng)歷從4G到5G的演變。

3 機場無線集群專網(wǎng)發(fā)展方向

機場無線集群業(yè)務(wù)的主要功能有：語音組呼，可視組呼；廣播呼叫，緊急呼叫；話權(quán)管理，遲后接入；業(yè)務(wù)優(yōu)先級；調(diào)度臺、管理臺功能；故障弱化，單站運行，脫網(wǎng)直通。在這些傳統(tǒng)集群業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，近年新開展的數(shù)字集群業(yè)務(wù)有：車輛運行管理等數(shù)據(jù)傳輸；動態(tài)地址和靜態(tài)地址分配；用戶數(shù)據(jù)管理；視頻單呼和視頻組呼的多媒體業(yè)務(wù)，包括終端和調(diào)度臺的發(fā)起；集群系統(tǒng)內(nèi)的點到多點廣播數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如集團短消息、視頻以及圖片分發(fā)等。隨著信息技術(shù)的迭代發(fā)展，目前機場行業(yè)需求旺盛的應(yīng)用功能有定位功能、視頻監(jiān)控、終端功能控制（進入/離開工作區(qū)域），靈活控制終端上語音、短信、拍照等功能的關(guān)閉/打開等。

通過對機場內(nèi)相關(guān)部門及駐場單位的調(diào)研了解到，在業(yè)務(wù)需求方面無線專網(wǎng)的需求強烈，業(yè)務(wù)也最豐富，許多部門及單位都對5G業(yè)務(wù)應(yīng)用提出了需求，具體如下。

（1）站坪集群調(diào)度。站坪集群調(diào)度將地面各種車、人等資源按照民航業(yè)的標(biāo)準完成地面服務(wù)保障，滿足機場各個部門集群調(diào)度的需求，確保航空運輸安全。

（2）A-CDM系統(tǒng)。A-CDM系統(tǒng)是一個專門負責(zé)集成機場、空管、航空公司等相關(guān)方的統(tǒng)一平臺，用來實現(xiàn)機場營運管理和協(xié)同決策。它能匯集各方數(shù)據(jù)，完成以機場為中心、各個運營方資源調(diào)配工作，保障航班安全運行，實現(xiàn)運行效率提升。

（3）應(yīng)急指揮通信。發(fā)生緊急事件時能高效找到、看到相關(guān)人員、車輛及物品各種資源的位置，并實時調(diào)度到事件發(fā)生點，快速、安全處理事件。

（4）車輛運行指揮管理。對機場內(nèi)行駛的車輛，可通過地圖化顯示，實時定位和追蹤車輛位置，并對車輛運行軌跡進行記錄和回放，實時監(jiān)控車輛運行狀態(tài)并進行安全分析，對車輛進行調(diào)度管理。

（5）視頻監(jiān)控。結(jié)合機場有線監(jiān)控系統(tǒng)，全區(qū)域無死角、動態(tài)監(jiān)控機場區(qū)域內(nèi)的人、車、物，以預(yù)防突發(fā)事件，并及時報警和記錄。

（6）工單派發(fā)。對于站坪工作人員，室外噪音較大，除語音指揮其各種工作外，還可通過工單派發(fā)的方式，將相應(yīng)的業(yè)務(wù)流電子化，一鍵派工，降低語音說和聽的錯誤發(fā)生概率，保證航空運輸安全、高效。

（7）集群指揮調(diào)度。實現(xiàn)航空公司食品、加油、機務(wù)、行李、保潔等各個部門高效協(xié)調(diào)，高效保證飛機快速進出港。

（8）貨運管理。對行李、貨物等掃描進出庫，動態(tài)管理貨運系統(tǒng)。

（9）資產(chǎn)管理。對于企業(yè)、各種公司資產(chǎn)，在出入庫、報廢申請、采購以及變更等方面，可通過OA系統(tǒng)進行日常管理和記錄。

以上業(yè)務(wù)需求決定了未來機場建設(shè)與發(fā)展的重點是服務(wù)旅客出行，做到全程無縫連接、主動感知、高效出行、智能聯(lián)動，打造全流程極致出行體驗。未來機場應(yīng)具備物聯(lián)化、個性化、可視化、智能化、精細化和虛擬化能力，均需要5G的引入來實現(xiàn)。而國家相關(guān)部門尚未對5G的行業(yè)專網(wǎng)頻段進行官方指定或者分配。近年來，民航總局積極開展了相關(guān)前沿技術(shù)的研究和測試，但民航業(yè)5G專網(wǎng)標(biāo)準仍未出臺。

4 機場無線專網(wǎng)部署思路

4.1 主 用

自2013年4G專網(wǎng)頻段指定之后，2016年起機場開始建設(shè)4G集群專網(wǎng)，目前4G專網(wǎng)能滿足現(xiàn)階段大部分的業(yè)務(wù)需求。但是，隨著信息通信的發(fā)展，整個社會各行各業(yè)正經(jīng)歷著一場數(shù)字化變革，數(shù)字創(chuàng)新正在與各個垂直領(lǐng)域深度融合，智慧機場的打造體現(xiàn)了多元化新興業(yè)務(wù)正在飛快發(fā)展。新興業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求非常高，隨著時間的推移，4G網(wǎng)絡(luò)將無法有效滿足新業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，5G專網(wǎng)將成為新的主用專網(wǎng)。2025年左右，目前使用4G專網(wǎng)的機場將會部署5G專網(wǎng)。對于2025年左右通航的新建設(shè)機場，可以考慮直接一步到位，部署5G專網(wǎng)[1]。

4.2 備用與應(yīng)急

根據(jù)《民用運輸機場突發(fā)事件應(yīng)急救援管理規(guī)則》中的相關(guān)規(guī)定：第二十九條要求機場管理機構(gòu)應(yīng)設(shè)立用于應(yīng)急救援的無線電專用頻道；第三十三條要求機場管理機構(gòu)應(yīng)配備現(xiàn)場指揮的車輛，用于機場應(yīng)急救援。該車應(yīng)配有無線通信、傳真、攝像、視頻傳輸、電腦和照明等設(shè)備。

目前，我國機場對紅線外8 km救援區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以800 MHz為主，備用手段有運營商網(wǎng)絡(luò)、公安350 M專網(wǎng)或者海事局專網(wǎng)，如果窄帶集群只能解決語音業(yè)務(wù)，而有些機場有視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，還會選擇租用衛(wèi)星通信信道或者配備應(yīng)急通信指揮車。總體通信系統(tǒng)建設(shè)以應(yīng)急救援管理要求為導(dǎo)向，注重業(yè)務(wù)覆蓋，兼顧建設(shè)成本，體現(xiàn)“平安”理念。

針對應(yīng)急需求，在新建5G專網(wǎng)尚有許多問題未能落地的情況下，機場應(yīng)有備用的無線專網(wǎng)，而這張備用專網(wǎng)必須能滿足應(yīng)急救援的需求。備用網(wǎng)絡(luò)可以有兩個選擇，窄帶集群800 MHz或者寬帶集群1.8 GHz/1.4 GHz[2]。

步入2020年——5G商用年之后，新建機場的無線專網(wǎng)將會以5G專網(wǎng)為主，而大部分現(xiàn)有機場以800 MHz集群為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。雖然近年來各種寬帶集群方式不斷出現(xiàn)，但是原有的800 MHz網(wǎng)絡(luò)均未停止服務(wù)，其原因一部分是習(xí)慣，另一部分是保護原有投資。部分機場出具的測試報告表明，1.8 GHz LTE專網(wǎng)能替代800 MHz的原有功能，導(dǎo)致出現(xiàn)了部分新建機場是否有必要建設(shè)800 MHz作為備用專網(wǎng)的問題。雖然寬帶替代窄帶是技術(shù)發(fā)展的趨勢，但是兼顧建設(shè)成本和運營能力，也可以“一場一策”。新建機場和擴建機場根據(jù)原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)選擇建設(shè)方案，新建機場根據(jù)自己的建設(shè)時間節(jié)點也可選用不同的制式。根據(jù)當(dāng)?shù)貭I商環(huán)境，對于專網(wǎng)也可以有自建和租用多種形式。還可以根據(jù)實際情況采取不同的聯(lián)合建設(shè)策略，如與其他單位商榷合資合建，共用某頻段，降低投資。如果未來3年5G專網(wǎng)落地使用的實際情況超過預(yù)期，可能不再需要備用網(wǎng)絡(luò)就能解決包括應(yīng)急救援在內(nèi)的所有機場需求。

不管機場的無線專網(wǎng)采用何種制式，遵循哪條演進路線，總體上應(yīng)將專網(wǎng)和公網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃，協(xié)同基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)建設(shè)，通過科學(xué)籌劃、協(xié)同部署，才能最大程度地降低網(wǎng)絡(luò)投資，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)效益。