淺談700M 5G 技術在多功能航標上的應用

張志江 程萬慶 徐 明

（交通運輸部東海航海保障中心寧波航標處，浙江寧波 315470）

0 引 言

航標是船舶在近海航行過程中較為重要的助航設備,對過往船舶起著良好的導向作用。近年來,由于中國港航業的迅速發展,中國沿海海域航標配布量也日益增加,截至2021年底,寧波舟山港海域共有1 500 余座航標，部分海域已經配備了多功能航標。該類航標除具有傳統導航功能外，還具備了水文、氣象、CCTV 監控等信息采集功能，發揮著良好的效能，但是在數據傳輸中,存在傳輸速度慢、網絡延遲等問題。目前，我國的5G 工程正在如火如荼建設中,因為700 M 波段具備了覆蓋面寬、衍射能力強、覆蓋范圍廣、信號更穩的優勢，所以700M 5G 技術也在全國范圍內各行各業已經在廣泛的應用中。依托該技術的良好性能，如果在部分重點海域部署使用,應用到多功能航標中，可以解決多功能航標網絡傳輸技術問題。本文將著重對700M 5G 技術在多功能航標上的運用進行研究,以增強航標助導航的多樣化,提高在大航海時代的航海保障能力。

1 700M 5G 技術的優勢

700M 5G 頻率也被稱之為中國發展移動通信領域的黃金頻率,由于其具有空間傳輸損失較少、穿透能力強、覆蓋距離遠的特點和能力，它作為新一代移動通信技術，滿足各種應用場景的需求。

1.1 覆蓋效果好

電磁波在空氣中是以正弦曲線的形態進行傳輸,根據公式:C=λf,C 是遙感技術,λ 是波段,f 是頻譜,因為遙感技術速度恒定,所以波段與頻譜是成反比的,即波段越長,頻譜越低，反之亦然，即波段越短越趨向于以垂直傳遞,在不同環境中的傳輸損耗就越大,折射與繞射力量也差,波段愈短則透過力量越差。在同樣的范圍內,700M 5G 的信號強度都要比其他頻段的信號強度高;在不同區域內,700M 覆蓋高度都要遠遠超過其他5G 頻段,所以在比較遼闊繁忙的航道,優越性也是相當突出的。

1.2 頻率低

在移動通信中,假如在不同的時間發出了同樣的訊號,從接收端得到的信息卻不一樣,這個時間變性在移動通信系統中的最具體反映一點,便是多普勒頻移。△f=(v/λ)cosθ,這里的θ 為相應于運動頻率方位與信號到達方位的夾角。由上式中可發現,△f(多普勒頻偏)與v(相對運動頻率)成正比;△f(多普勒頻偏)與λ(長度)也成反相關,所以,假如運動速率一樣,則長度較小,頻偏大。而由于700M 的波段相對時間更長如果移動速率也一樣,且入射角度相等則多普勒頻偏更小,因此高速移動的時候穩定性更佳,而700M 5G 頻率的多普勒頻偏會大大低于其他運營商的5G 頻率,因此有利于高速、繁忙地點的基站部署,像寧波舟山港蝦峙門航道。

1.3 繞射能力強

障礙物對電磁波的干擾是從波段作為時間單元判斷的,相同物理距離的障礙物,若訊號頻段越低,其波段較長則易于繞射過去,而波段越短的高頻則會輕易被反彈回去。700M 5G 頻率波段,由于它具有較長的波段所以具備強大的繞射力。

2 多功能航標簡介

一般導助航標志具有傳統的助航作用,如標示航道方向、界限、礙航物等的作用,而隨著現代科技的發展和航海用戶需求的提高，航海保障服務趨向具象化、全面的要求，實現航標功能多樣化,已成為現代航海事業發展的必然趨勢。

目前，在寧波舟山港區海域,部分傳統航標在原來導助航的基礎上,增設能見度檢測、風速方向檢測、表面流檢測和CCTV視頻監控等多個功能系統,可以獲取轄區海域航運、氣象、水文等數據,并通過網絡傳送至岸基數據管理中心,經處理計算后轉送給港口航道等有關管理部門和企業,成為監管部門和企業運轉的工作依據。讓航行者等用戶獲取更安全、有效助航服務,成為航標管理部門的一項工作重點。

3 部分多功能航標工作原理

簡單來說，多功能航標就是在原來傳統航標的基礎上，增加一些數據采集和傳輸設備，在保證原有導助航效能的基礎上，對其他數據進行采集。水文等要素采集的功能,主要是由流速儀、測深儀等設備,通過串口和終端通訊來完成。利用這種串口,終端就能夠接收到由流速儀和測深儀等設備量測到的實時數值,數據包含:采集日期、溫度、流量和水深等。然后終端再利用網絡技術,按規定的協議打包后發優勢返回監測平臺,由監測平臺對接收的數據包進行分解并智能管理,可以把某點或多點的流量和水深,按公式或某測定的資料模型轉化成某截面流速和某點水位,在平臺終端上真實、動態、直觀地表現出來,并按統一的數據格式保存在數據庫中方便日后檢索。

4 700M 5G 技術多功能航標上的應用實例

2021 年12 月，寧波航標處在位于寧波舟山港蝦峙門航道的“蝦峙門燈船”上成功安裝了一組具備700 MHz 頻率的5G 通信終端、視頻監控、氣象等六要素等設備，實時通過5G 網絡將燈船周邊海域通航以及氣象、能見度等情況傳輸到寧波航標處的接收設備上。此項應用案例，利用700M 5G 的超遠傳輸、超大范圍覆蓋、超低時延性能等獨有資源，實現了基站覆蓋范圍60 km 的高清視頻傳輸。寧波舟山港海域現代海上通信技術與航標非傳統領域的結合，解決轄區偏遠海域因處在網絡信號空白區而存在的航道、船舶、島礁、海洋環境等狀況實時感知、監控難問題的5G+多功能航標建設上取得實質性進展。

5 應用結論

700M 5G 技術在傳統多用途航行標志上的運用是一個有益的嘗試和創新的突破,針對不同海域的不同狀況和不同要求專門設計,進一步掌握目標海域水文氣象狀況等數據確保通航安全。雖然目前700M 5G 技術在多功能航標上的應用還處在小規模實驗階段,但700M 5G 技術在多功能航標上應用效果明顯，解決了傳輸速度慢、網絡延遲等網絡技術問題。

隨著“陸海空天”一體化水上交通運輸安全保障體系和全要素水上“大交管”建設目標任務的逐步實現，我們相信運用700M 5G 技術等新一代信息技術，在航標上逐步增加感知設備以及信息發送設備，拓廣智能航海保障應用，探索建立集采集與分析航標基礎信息、水位氣象、交通流量等要素于一體的智慧航標（航道）管理平臺，可以促進海上民生領域數字化和智能化。