洋山深水港3G/4G/WIFI技术的应用与展望

潘小英 沈立

摘要：上海通信中心作为承担港区水上安全通信业务保障与信息技术支撑的责任方，应合理利用现有水上通信资源，积极响应靠港船舶助航服务需求，紧跟通信运营商的整体规划进度。本文分析研究了洋山深水港3G/4G/WIFI技术的应用与展望。

关键词：洋山港;水上安全通信;4G;WIFI

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0023-01

0 引言

当前靠港船舶多基于传统无线电通信方式，通过单边带无线电话及甚高频语音广播获取上海通信中心提供的水上安全通信服务。受洋山港区多发大雾天气等影响，海上复杂多变的环境因素将对无线电通信质量造成严重干扰，产生巨大的安全隐患。随着移动通信迅猛发展，手机成为了船员用户必配的离岸通讯工具，在近海移动蜂窝网络覆盖的区域可自主进行通话、短信及上网等多样化通信，为引入3G/4G/WIFI等技术带来了广阔的应用前景。

1 移动通信现状分析

目前，各家移动运营商投建网络主要基于3G/4G/WIFI等不同标准设计，已投建3G制式分为WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA三种，分别由联通、电信和移动投资建设。信号频段参照工信部派发牌照：联通上行频段1940-1955MHz，下行频段2130-2145MHz;电信上行频段1920-1935MHz，下行频段2110-2125MHz;移动上行频段1880-1900MHz，下行频段2010-2125MHz（上、下行频段间隔5MHz频段，避免信号间干扰）。三种制式频段差异，客观造成了信号最大传输范围的差异，理想状况下三者关系为（为无线信号的最大传输距离）[1]。4G网络是基于3G技术平滑演进的升级系统，以IMT-Advanced标准为代表，理论上传输速率可提供下载速度100Mbps，上传速度20Mbps，足以承载用户全部应用的带宽需求。近年来洋山港尽管发展迅猛，但由于原属浙江且地理偏远，该地区网络资源较为匮乏。实地调查结果显示，上海移动仅能提供2G语音和短信服务， 而3G网络的基站建设方面投用数量极少，蜂窝无线信号的覆盖范围非常有限，应尽快开展实地勘测，掌握港区及航道水面上方的信号质量及频段使用情况。

2 3G/4G/WIFI应用前景

3G/4G应用由运营商掌握牌照及相应频段资源，已具备成熟的技术应用和基站维护能力，考虑到运营商承担的社会服务特性，对港区的组网建设应负有相应职责。但由于洋山港区地处偏远，流量贡献和经济效益较低等客观因素，限制了运营商对港区的投入热情，无法满足近海航行船舶借助移动网络进行登陆的需求。从技术实现角度看，运营商级的CDMA超远距离覆盖和GSM-R、UMTS、LTE等技术均适用海面超远距离的无线信号覆盖能力。综合洋山港海域的实际情况，3G/4G支持网络系统兼具可靠性和稳定性等优势，但在相异制式性能比较，频段资源合理利用，回传链路构建等方面仍需进一步研究分析[2]。

WIFI技术基于IEEE 802.11协议族的短程无线传输设备，允许在电波覆盖的有效范围内采用无线连接方式组建局域网络，常见形式是通过一台无线路由器与公网互联，以构造热点（AP）的方式满足终端的上网需求。优点是工作频段（2.4GHz）无需授权，室内布网灵活，信号性能可靠等，缺点是入网用户数量受限于系统容量和频道资源;室外复杂环境易造成信号的衰减和干扰。以华为WA653DE为例，天线增益和发射功率是信号覆盖能力的决定性因素，外接高增益天线，信号可实现超过5km的最远传输距离及300m以上的全覆盖半径（高功率条件下最远覆盖范围有潜力提升至1-2km）。但WIFI信号热点对用户承载数量和无线覆盖范围要求严苛，设备先天缺陷不适于港区雾航环境下的大量组建，可作为覆盖蜂窝信號盲区，丰富网络组建的补充技术[3]。

3 成功案例研究

CDMA超远距离覆盖方案提供了解决海面信号覆盖问题的有效手段，在广西北部湾海域已成功投入使用。天线挂高50米条件下，普通基站海面覆盖距离仅为30km，更换高增益天线、采用2T4R多天线技术、RRU设备上塔、调整基站发射功率、改善前、后向覆盖、并接RRU射频等改进技术，有效增强了信号对海面的覆盖能力，最大传输距离可提升至120km，完全满足于洋山港区组网需求。综合海上移动通信组网的技术难点，可归结如下：

（1）地球球面曲率问题导致电波信号的频率和传输距离呈反比关系，3G较2G工作频段更高，为保证足够的覆盖范围则需建设更多基站，而基站建设常受限于海洋自身特性，因此优化海面前、后向覆盖范围是解决扩大网络规模问题的关键技术;（2）空旷的海面原本易于构建近距离、大范围的传输链路，而洋山的海雾问题会使信号产生严重衰减，因此并接RRU射频提高信号发射频率，应用大功率软件技术提升信号发射功率，都可作为改善通信质量的重要手段;（3）CDMA系统的自干扰特性，使远距离覆盖给控制小区间的干扰带来了困难，设计过程中实现系统的抗干扰和低噪声极为重要;（4）海面存在弱覆盖及导频污染现象，弱覆盖问题可使用优化现网基站远距离覆盖能力的方法;导频污染可采用设立海面覆盖专用频点的优化方案。

4 建设规划展望

洋山港综合信息平台依托整体建设规划，合理利用光缆等成熟资源，通过布设基站、热点等方式，可建成信号覆盖港区两岸及航道水域的移动蜂窝网络，通过向靠（离）泊船舶智能导航终端推送助航安全信息，将有效满足雾航条件下驾引人员接收实时助航、预警信息的需求。系统架构主体以CDMA或LTE两种制式为比选，2G标准的CDMA超远覆盖技术，技术实现简单，建网成本较低，超过100公里的覆盖能力便于控制基站数量，但在系统容量和带宽上存在瓶颈。考虑到未来船舶终端将更多承载电子海图、气象传真、实时视频等业务需求，基于4G的LTE技术支持更大带宽及传输速率的特性，使信号覆盖半径小于10公里，基站建设数量和后期管理维护等难题变为必须攻克的难题。

參考文献

[1]吴清柏.三种不同3G制式覆盖能力的分析[J].信息通信，2006（4）：39-44.

[2]朱东照，肖清华.中国电信CDMA2000网络发展及频率使用策略分析[J].电信科学，2010（1）：72-76.

[3]徐宝海.WIFI网络工程优化方法研究[J].电脑编程技巧与维护，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