福建沿海船岸无线宽带专网规划布局研究
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作者:陈兵 王辰 林新宇 陈琼 王国发
摘要：为支持保障海洋强国、交通强国战略实施，贯彻落实“e航海”战略建设要求，根据福建沿海海上通信应用现状，研究分析了沿海近岸航路的海上宽带通信专网定位及建设需求，提出了基于TD-LTE技术的福建沿海航路船岸无线宽带专网规划布局思路，并仿真证了TD-LTE技术可用于福建沿海船岸无线宽带专网建设，可基本满足福建沿海近岸航路水域海事监管、搜救应急、航海保障等业务的宽带通信需求。研究成果为后续工程项目的建设提供了有益探索和实践。
关键词：TD-LTE;无线宽带专网;福建沿海
中图分类号：U675.75文献标识码：x文章编号：1006―7973（2022）08-0075-03
1引言
近年来，我国陆地公共移动通信系统发展迅猛，已建成世界上规模最大的蜂窝通信系统，并引领5G技术的应用和发展。得益于陆地发达的通信手段和信息化技术的发展，陆地信息化服务水平整体较高。相比之下，我国海上通信发展落后于陆地通信发展步伐，已成为海事监管、搜救应急、航海保障、救助打捞等海上交通管理业务现代化、信息化发展的瓶颈。
福建沿海是我国沿海南北海上运输的交通要道，又是闽台之间海上直航的唯一通道，水上交通繁忙，历年来通航环境复杂，一直为我国沿海高风险水域之一。当前福建沿海船岸宽带通信链路主要依靠卫星通信网络，如VSAT系统及海事F站系统等，仅部分船舶安装，卫星通信费用高，带宽不足，极大地限制了移动执法、移动办公、及应急搜救等业务的有效开展。随着海洋强国、交通强国战略的实施，福建沿海近岸航路的船岸数据业务不断增加，现有的通信系统已无法满足现代航海保障所包含的海测数据实时回传、海上移动执法、海上应急协同作战指挥、海图船舶海上更新等多元化、精准化服务需求，迫切需要研究适应海上通信的无线接入技术，提升海上通信沟通效率和应急通信保障能力。
2现状与专网建设需求
2.1移动通信系统建设现状
目前，在福建沿海海岸线5km以内，移动建设有9258个基站，海岛基站建设有514个。受制于维护成本大、接入用户少等因素，福建沿海海上的公共移动通信系统建设速度缓慢，陆地基站的信号仅能向海洋延伸不到5-10公里，沿岸近海航路水域的船岸通信服务有待提升。
2.2服务对象
福建沿海船岸无线宽带专网的服务对象主要为海上交通运输管理部门和涉海（水）政企用户。其中海上交通运输管理部门主要包括海事部门、航海保障部门、救捞部门等，用于开展应急搜救、视频监控、移动办公执法、电子巡航以及数据回传等业务。涉海（水）政企用户主要包括海洋、海警、渔政等政府部门和海上风电场管理部门、海上施工企业、海上旅游企业等企业用户，用于获取导助航和海上安全信息等方面的信息、确保应急通信链路畅通等。
2.3通信需求
根据业务需求，与移动公网下行通信为主不同，本文研究的专网通信以上行通信为主，具体为：在覆盖率90%情况下，小区边缘上行通信带宽R1Mbps。单小区上行最大通信带宽20Mbps，下行最大通信带宽50Mbps。
2.4覆盖需求
福建沿海船舶交通流量大，沿海船舶的活动主要集中在海峡中线至福建沿岸之间，根据统计，沿岸主航迹带宽度在4～10nmile之间，航迹带中心距福建沿岸4～9nmile，即沿岸主航迹带离岸9～14nmile。
3基站布局研究
3.1技术选择
4G-LTE通信技术成熟，可根据业务类型灵活配置TD-LTE帧的上下行配比。本文采用TD-LTE技术进行福建沿海航路无线宽带通信专网布局研究。
3.2频率选择
工信部已规划1785-1805MHz频段用于各行业用户专网，包括电力、石油、交通等行业。本论文主要用于交通行业专网建设，拟采用1785-1805MHz频段。
3.3设备选型
为了保证满足各级用户通信范围和带宽需求，本文建议采用的设备参数信息如表1、图2所示。
3.4基站布局
通过调研，本文在福建沿海选取11座基站，站点布局及基本信息如图3、表2所示。
3.5仿真分析
根据路径损耗=基站每子载波等效全向发射功率-终端最小信号接收电平-慢衰减和干扰余量，以1800MHzTDD20M带宽下的使用CPE终端视频回传业务为例，按照小区边缘速率1024kbps、覆盖率90%的覆盖目标，基站海面传输模型中最大路径损耗计算结果如表3所示。
由表得，33dbm的CPE在1024kbps业务边缘RSRP为-115.99，覆盖极限距离为41.6km，仿真结果如图4、5所示。
由图得，通过沿海11座基站的布局，基本可以实现福建沿海近岸15nmile以内水域的无线宽带通信网络覆盖，可满足福建沿海近岸航路水域海事监管、搜救应急、航海保障等业务的宽带通信需求。
4结语
船岸宽带通信是开展海上交通运输管理业务的发展基础，未来面对智能航运的快速发展，高通量、高速率、高可靠、低延时、多连接的船岸宽带通信需求更为迫切。本文结合福建沿海近岸航路水与船岸宽带通信需求，提出了基于TD-LTE技术的福建沿海航路船岸无线宽带专网规划布局思路，并进行了仿真分析。仿真结果表明，TD-LTE技术可以用于福建沿海船岸无线宽带专网建设，可基本满足福建沿海近岸航路水域海事监管、搜救应急、航海保障等业务的宽带通信需求。研究成果为后续工程项目的建设提供了有益探索和实践。
当前，作为“新基建”战略的重要内容，我国5G网络建设发展迅猛。2020年4月1日，工信部发布《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，正式将广电700MHz频段划归移动通信系统，为我国低频段5G发展提供频率保障。700MHz频段具有传播损耗小，穿透能力强等无线传播特性，同时具有高达100M带宽的频谱资源，适合沿海水域大范围网络覆盖、船岸宽带通信需求，且能够显著降低组网基站要求。因此，700MHz5G无线网络也将是沿海船岸无线宽带通信专网建设的另一选择，有待进一步研究论证。
参考文献：
[1]徐亮.基于4G-LTE的海上油田智能化设备巡检系统研究与设计[J].数据技术与应用，2020（5），38（5）：132-134.
[2]段建丽，林彬，王莹，何荣希.海上无线宽带网络架构研究现状及相关技术展望[J].电讯技术，2018（8），58（8）：981-988.
[3]彭义东，庞越凡.基于TD-LTE技术的无线集群网在海上油气平台区域覆盖及应用研究[J].工艺技术，2017，18：170-172.
[4]李正茂，王晓云.TD-LTE技术与标准.北京：人民邮电出版社，2013.8.
[5]刘晓庆.基于TD-LTE的市域快速轨道交通无线综合通信网方案研究[J].铁路技术创新，2019（5）：78-82.
[6]张松轶，付楠楠.TD-LTE专网海面覆盖链路预算应用研究[J].计算机与网络，2019，45（8）：68-71.
[7]张婵，付楠楠，张松轶.基于TD-LTE专网系统的多场景链路预算软件设计[J].计算机与网络，2021，06：56-59.
论文依托项目：东海航海保障中心科技项目《福建沿海航路船岸无线宽带专网规划布局研究》
nlc202209191120
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