对海南洋浦港小铲湾作业区的无线宽带集群系统的研究
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作者:盛秋实
摘 要：本文主要对海南洋浦港小铲湾作业区的无线宽带集群系统进行研究，阐述了系统架构、基站规划、核心网规划、调度系统规划、物理组网等设计思路。
关键词：信息采集;通航管理;决策支撑;平台设计
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）04-0039-03
洋浦港区小铲滩作业区建设3个5万吨级泊位，远期可升级为10万度级泊位，泊位总长782m，近期设计年吞吐量为件杂货180 万吨，集装箱60 万TEU。
TD-LTE，即 Time Division Long Term Evolution（分时长期演进），是4G网络的一种模式，由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定， 包含大量中国的专利，由中国主导，同时得到了广泛国际支持，现今成为了国际标准; TD-LTE具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能型好、通信质量高等特点[1]。在小铲滩作业区中有管理、调度、安保人员实时进行语音通信的需求、有大型机械在中控室中远程监控、操作和维护的需求、还有港口计算机管理系统（简称为TOS系统）实时管理港口运作流程的需求，而TD-LTE宽带集群系统可以很好的满足以上需求。
1 系統设计
1.1整体架构
根据港口需求，系统方案采用如下的系统架构： LTE 基站系统、LTE 核心网系统、LTE 调度系统（分为调度机、调度台）、LTE 基站配套设备及终端设备。各自完成不同的功能，共同构成TD-LTE 宽带集群系统。同时，从网络规模、成本角度的考虑，调度台和网管合用一台服务器。
基站设备由基带控制单元（简写为eBBU） 和射频拉远单元（简写为eRRU） 组成[2]。基站eBBU安装在机房，或利用室外机柜安装于室外需要的位置，主要功能包括：处理相关传输协议栈;成上下行基带信号处理;集中管理整个基站系统;提供时钟接口、告警监控接口、USB 接口等。基站eRRU，安装在室外，直接连接天线。主要完成基带信号和射频信号的发射、调制解调、数据处理、合/分路等功能。核心网为整个专网的核心，放置在中心机房，为基站设备提供移动管理、会话管理这两大基本功能，包括用户上下文和移动状态管理，分配用户临时身份标识等功能。调度系统分为调度机和调度台，共同实现语音集群调度功能。调度机的作用是完成语音集群调度各个业务功能，调度台和调度终端都必须连接到调度机才能够正常工作;调度机可以通过各种通信制式的网关实现与其他通信系统的互联。由硬件和软件两部分构成，调度台通过IP 协议连接到调度机，从而实现各种调度业务操作。调度台将与网管服务器合用一台设备。基站配套设备主要为整个系统提供服务保障和管理手段，如网管系统[3]。终端设备包括，车载式无线终端、手持式无线终端、集卡终端和语音手持对讲终端.。均支持LTE 通讯功能，与TD-LTE 宽带集群系统集成，提供业务应用。
1.2基站规划
根据港区要求，提出以下预制条件，预估网络整体情况：频段范围：1785-1805MHz;系统带宽： 5 MHz;基站天线高度：20 米;基站天线类型：4T4R;TDD 上/下行时隙配置：2：2;集群组数：20 组;集群组数：20 组;业务单用户单向速率57.6kbps（上下行一致）;数据业务并发数：60 个;大型起重机远程控制监视（简称RCMS） 业务单用户单向速率100kbps（上行）;RCMS 并发数：20 个。
1.3 业务链路预算
根据项目业务需求，需要支持集群、数据业务以及RCMS 业务。在所有业务中，RCMS 业务对链路的要求最高，所以，以RCMS 业务为准进行链路预算，满足RCMS 最低门限即可满足所有业务应用。
1.4 容量规划
（1）上行：集群单业务上行速率（12.2k 语音）= （288+24）bit/20ms = 15.6kbps;集群上行容= 5.6k*20 = 312kbps =0.312Mbps ;TOS 业务上行速率=57.6k*60=3.456Mbps ;RCMS 上行容需求=100k*20 = 2Mbps;上行容总需求=0.312+3.456+2=5.768Mbps
（2）下行 ：下行集群资源分配按照固定 MCS 分配， 集群业务占用下行资源比例=20（小区需要支持群组数）*5（单个集群需要分配 RB 个数）/275（ 20ms 系统提供下行 RB 个数*下行负荷）=36% ;集群业务下行容需求= 6.152M*36% =2.215Mbps ;TOS 业务下行容需求=57.6k*60=3.456Mbps;下行容总需求=2.215+3.456=5.671Mbps 。由以上结果可以看出，上行需要 3 小区满足容需求，下行 1 小区即可满足需求。
1.5 站点选择
根据以上规划选择 1 个站点 3 扇区覆盖，建在堆场中部变电站旁边。单站点 3 扇区覆盖仿真见上图。
由上图可以看出，3 扇区方案不但满足了容的需求，覆盖了整个堆场，且同样能够覆盖到港区的边缘，进出闸口等，并且在覆盖区域内电平值较高，这样对提升容也有一定的帮助，综上所述，建议采用 3 扇区方案。 建站位置高度建议在 20 米左右，同时需要提供 220V 不间断电源和通讯光缆铺设。
1.6规划结果
站点：1 个，3 个小区 ;eRRU：1.8GHz 4T4R、3 个 ;定向天线：4path、3 副 ;eBBU：1 个。根据基站设备规划结果和用户容需求，本期核心网络规划如下： 核心网采用交换网关 eSCN，最大可支持 30 套基站， 2Gbps 数据容，4000 个用户。调度机：采用 eMDC ;调度台：与网管合设。端设备：车载式无线终端35台，用于大型流动机械;手持式无线终端40台，地面人员使用;集卡终端，用于集装箱卡车等小型机械;语音手持对讲终端，地面人员语音对讲用。 1.7 物理组网
终端与 eRRU：兼容 TD-LTE 空中接口协议，工作频率：1785-1805Mhz ;基站天线与 eRRU：N 头接口，射频电缆连接 ;eRRU 与 eBBU：SFP 接口，光纤连接，CPRI 协议 ;eBBU 与核心网：RJ45 接口，网线连接 ; 核心网与交换机：RJ45 接口，网线连接 ;网管/调度台与交换机：RJ45 接口，网线连接;
eBBU、核心网、交换机，调度系统和基站配套系统部署在中心机房。 eRRU 与 eBBU 间距小于 10 公里，eRRU 通过光纤直连拉远部署在现场覆盖区内，天线尽靠近 eRRU。为了保证覆盖效果和覆盖范围，天线应尽挂高。 eRRU 供电要求：可支持 AC220V 和 DC-48V 供电，建议铁塔安装采用DC-48V 供电。
2 业务提供
码头集装箱货管人员需进行查询箱号、作业指令、输入集装箱信息等活动，工程为货管人员配备手持无线终端，通过无线宽带系统与集装箱计算机管理系统通信。集装箱卡车车身较小，在集装箱间的通导穿行作业，工程为集卡配置小屏幕车载终端，通过无线宽带网络与集装箱计算机管理系统通信。码头轮胎吊和轨道龙门吊体型大，高度高，活动区域广，操作要求精度高，工程为其配备了大屏幕图形化车载终端，使控制中心的作业要求以图形化的方式发至吊机上，操作人员更方便快捷的操作。
大型起重机远程控制监视系统的各项功能是以起重设备的 PLC 产生的周期性数据为基础，无线宽带网络将 PLC 数据传输至 RCMS 服务器，服务器再将数据整合、计算实现不同功能。港区无线宽带系统可以让港区中控室对大型起重机实时监控，实时在监控室显示大机的各机构信息，使管理人员可以更好的掌握大机位置、状态、故障信息等，更好的对港区作业进行规划。
3结语
TD-LTE是很适合现代港口工程无线集群通信的一种网络模式，在建设该系统前，需对系统的基站、业务链、容量进行规划，并对基站的设置位置进行仿真模拟，根据仿真结果部署系统设备软、硬件，从而建立一个完整先进的港口网络系统。
参考文献：
[1] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技術原理与系统设计。北京：人民邮电出版社，2010年，第一版.
[2] 郑君里，应启垳，杨为理。信号与通信.北京：高等教育出版社.2018，第3版.
[3] 曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M].北京：清华大学出版社，1992.
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