福建沿海船岸無線寬帶專網規劃布局研究

陳兵，王辰，林新宇，陳瓊，王國發

（1．交通運輸部規劃研究院，北京 100029；2．東海航海保障中心福州通信中心，福建 福州 350004；3．成都鼎橋通信技術有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

近年來，我國陸地公共移動通信系統發展迅猛，已建成世界上規模最大的蜂窩通信系統，并引領5G 技術的應用和發展。得益于陸地發達的通信手段和信息化技術的發展，陸地信息化服務水平整體較高。相比之下，我國海上通信發展落后于陸地通信發展步伐，已成為海事監管、搜救應急、航海保障、救助打撈等海上交通管理業務現代化、信息化發展的瓶頸。

福建沿海是我國沿海南北海上運輸的交通要道，又是閩臺之間海上直航的唯一通道，水上交通繁忙，歷年來通航環境復雜，一直為我國沿海高風險水域之一。當前福建沿海船岸寬帶通信鏈路主要依靠衛星通信網絡，如VSAT 系統及海事F 站系統等，僅部分船舶安裝，衛星通信費用高，帶寬不足，極大地限制了移動執法、移動辦公、及應急搜救等業務的有效開展。隨著海洋強國、交通強國戰略的實施，福建沿海近岸航路的船岸數據業務不斷增加，現有的通信系統已無法滿足現代航海保障所包含的海測數據實時回傳、海上移動執法、海上應急協同作戰指揮、海圖船舶海上更新等多元化、精準化服務需求，迫切需要研究適應海上通信的無線接入技術，提升海上通信溝通效率和應急通信保障能力。

2 現狀與專網建設需求

2.1 移動通信系統建設現狀

目前，在福建沿海海岸線5km 以內，移動建設有9258 個基站，海島基站建設有514 個。受制于維護成本大、接入用戶少等因素，福建沿海海上的公共移動通信系統建設速度緩慢，陸地基站的信號僅能向海洋延伸不到5-10 公里，沿岸近海航路水域的船岸通信服務有待提升。

2.2 服務對象

福建沿海船岸無線寬帶專網的服務對象主要為海上交通運輸管理部門和涉海（水）政企用戶。其中海上交通運輸管理部門主要包括海事部門、航海保障部門、救撈部門等，用于開展應急搜救、視頻監控、移動辦公執法、電子巡航以及數據回傳等業務。涉海（水）政企用戶主要包括海洋、海警、漁政等政府部門和海上風電場管理部門、海上施工企業、海上旅游企業等企業用戶，用于獲取導助航和海上安全信息等方面的信息、確保應急通信鏈路暢通等。

2.3 通信需求

根據業務需求，與移動公網下行通信為主不同，本文研究的專網通信以上行通信為主，具體為：在覆蓋率90%情況下，小區邊緣上行通信帶寬≧1Mbps。單小區上行最大通信帶寬20Mbps，下行最大通信帶寬50Mbps。

2.4 覆蓋需求

福建沿海船舶交通流量大，沿海船舶的活動主要集中在海峽中線至福建沿岸之間，根據統計，沿岸主航跡帶寬度在4～10n mile 之間，航跡帶中心距福建沿岸4～9n mile，即沿岸主航跡帶離岸9～14n mile。

圖1 福建沿海船舶交通軌跡圖

3 基站布局研究

3.1 技術選擇

4G-LTE 通信技術成熟，可根據業務類型靈活配置TD-LTE 幀的上下行配比。本文采用TD-LTE 技術進行福建沿海航路無線寬帶通信專網布局研究。

3.2 頻率選擇

工信部已規劃1785-1805MHz 頻段用于各行業用戶專網，包括電力、石油、交通等行業。本論文主要用于交通行業專網建設，擬采用1785-1805MHz 頻段。

3.3 設備選型

為了保證滿足各級用戶通信范圍和帶寬需求，本文建議采用的設備參數信息如表1、圖2所示。

表1 設備參數表

圖2 天線方向圖

3.4 基站布局

通過調研，本文在福建沿海選取11 座基站，站點布局及基本信息如圖3、表2所示。

圖3 基站布局圖

表2 基站信息表

3.5 仿真分析

根據路徑損耗=基站每子載波等效全向發射功率-終端最小信號接收電平-慢衰減和干擾余量，以1800MHz TDD 20M 帶寬下的使用CPE 終端視頻回傳業務為例，按照小區邊緣速率1024kbps、覆蓋率90%的覆蓋目標，基站海面傳輸模型中最大路徑損耗計算結果如表3所示。

表3 最大路徑損耗計算表

由表得，33dbm 的CPE 在1024kbps 業務邊緣RSRP 為-115.99，覆蓋極限距離為41.6km，仿真結果如圖4、5 所示。

圖4 單站點終端覆蓋極限距離

圖5 福建沿海無線寬帶專網覆蓋仿真圖

由圖得，通過沿海11 座基站的布局，基本可以實現福建沿海近岸15n mile 以內水域的無線寬帶通信網絡覆蓋，可滿足福建沿海近岸航路水域海事監管、搜救應急、航海保障等業務的寬帶通信需求。

4 結語

船岸寬帶通信是開展海上交通運輸管理業務的發展基礎，未來面對智能航運的快速發展，高通量、高速率、高可靠、低延時、多連接的船岸寬帶通信需求更為迫切。本文結合福建沿海近岸航路水與船岸寬帶通信需求，提出了基于TD-LTE 技術的福建沿海航路船岸無線寬帶專網規劃布局思路，并進行了仿真分析。仿真結果表明，TD-LTE 技術可以用于福建沿海船岸無線寬帶專網建設，可基本滿足福建沿海近岸航路水域海事監管、搜救應急、航海保障等業務的寬帶通信需求。研究成果為后續工程項目的建設提供了有益探索和實踐。

當前，作為 “新基建”戰略的重要內容，我國5G網絡建設發展迅猛。2020年4月1日，工信部發布《關于調整700MHz 頻段頻率使用規劃的通知》，正式將廣電700MHz 頻段劃歸移動通信系統，為我國低頻段5G發展提供頻率保障。700MHz 頻段具有傳播損耗小，穿透能力強等無線傳播特性，同時具有高達100M 帶寬的頻譜資源，適合沿海水域大范圍網絡覆蓋、船岸寬帶通信需求，且能夠顯著降低組網基站要求。因此，700MHz 5G 無線網絡也將是沿海船岸無線寬帶通信專網建設的另一選擇，有待進一步研究論證。