基于5g基站的錨地超長距離覆蓋解決方案

基于5g基站的錨地超長距離覆蓋解決方案

0g專網(wǎng)服務(wù)體系建設(shè)2019年6月6日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了5g商業(yè)許可證，向中國運(yùn)營商、電信、運(yùn)營商和中國廣播電視管理局發(fā)放了5g商業(yè)許可證。各運(yùn)營商積極建設(shè)5G商用網(wǎng)絡(luò)，并推動5G生態(tài)建設(shè)，2019年“中國廣電”在全國范圍內(nèi)正式籌建試驗網(wǎng)絡(luò)，各省廣電網(wǎng)絡(luò)積極響應(yīng)，山東廣電網(wǎng)絡(luò)有限公司作為中國廣電重要組成部分，利用自身優(yōu)勢，在完成自有業(yè)務(wù)承載（5G+4K、5G+8K）后，積極推進(jìn)其他領(lǐng)域5G創(chuàng)新研究。2020年7月，為應(yīng)對海事部門近海錨地5G覆蓋業(yè)務(wù)需求，山東廣電網(wǎng)絡(luò)在青島某港口部署700M頻段5G基站一座，進(jìn)行港外錨地超遠(yuǎn)距離覆蓋。1服務(wù)的下一步建設(shè)錨地是船舶在水上拋錨以便安全停泊、避風(fēng)防臺、等待檢驗引航、從事水上過駁、編解船隊及其他作業(yè)的主要水域，是港口碼頭的基礎(chǔ)配置之一。通過5G網(wǎng)絡(luò)，將錨地服務(wù)入口從線下移到線上，通過在線預(yù)約、網(wǎng)上受理、線下服務(wù)等多種便于操作的使用方式，有效提升船岸服務(wù)效率。某港港外有兩個錨地，第一錨地距離塔址約9.5海里（約17.6公里），第二錨地距離塔址約20海里（約37公里），首先實現(xiàn)第一錨地5G信號覆蓋。通過船載的5GCPE為錨地船舶提供5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足網(wǎng)頁瀏覽，圖片上傳及視頻回傳等業(yè)務(wù)。港口、錨地信息如圖1所示。基站建設(shè)在某港雷達(dá)塔上，該塔位于港口防波堤上，四方體塔體上有兩層平臺，高度大約在45m，平臺之上還有一座三角塔，塔高約15m。基站安裝高出平臺5m，總高度50m。2自由空間傳播模型超遠(yuǎn)距離覆蓋需要進(jìn)行電磁波傳播模型估算，700M頻段5G屬于FDD頻分技術(shù)，頻率越低波長越長，天線較大，目前700M基站普遍為4T4R制式，移動終端多為1T2R或2T4R，采用自由空間傳播模型進(jìn)行損耗計算，由于是超遠(yuǎn)距離計算，同樣需考慮地球曲面是否超視距問題。2.1進(jìn)行視距分析電磁波在海域傳播幾乎沒有阻擋，損耗較小，接近自有空間傳播，受地球曲面影響，會存在傳播盲區(qū)，需要進(jìn)行視距分析其中Ht是基站天線掛高，Hr是終端高度，d1是海面?zhèn)鞑ツＰ虯段距離，d2是海面?zhèn)鞑ツＰ虰段距離，Re是地球半徑。Ht為50m,Hr為20m，則d1距離為25公里，d2距離為16公里。得出以下結(jié)論第一錨地（17.6公里）在d1距離以內(nèi)，第二錨地（37公里）在d1+d2距離以內(nèi)。2.2接收值的確定其中f(MHz）為工作頻率，d(km）為收發(fā)天線之間的距離。按照700M單天面1T1R最大60W功率計算，發(fā)射功率為47.78dBm，在不考慮饋線損耗、干擾余量、OTA損耗、穿透船體損耗等因素的理想狀況下，接收器能有–56.67dBm的接收值。基于此，為保證近海覆蓋的效果，基站需配置最大發(fā)射功率1T1R60W，終端應(yīng)配置船體外置增益天線，克服船體穿透損耗2.3碼5gnr隨機(jī)接入隨機(jī)接入指終端UE與基站建立無線鏈路的必須過程，包含取得上行同步、申請上行資源兩個基本功能。隨機(jī)接入分為競爭性和非競爭性兩類，兩類隨機(jī)接入過程中終端UE都是首先發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)碼5GNR隨機(jī)接入前導(dǎo)碼分為長序列和短序列兩種。長序列前導(dǎo)包括format0/1/2/3，短序列前導(dǎo)包括formatA1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、C0、C1、混合A1/B1、混合A2/B2、混合A3/B3。能夠支持17.6km的隨機(jī)接入僅有長格式符合要求其中能夠支持17.6km以上小區(qū)半徑的為Format1和Format2，在理論上能夠支持超遠(yuǎn)距離覆蓋，但是目前700M頻段5G基站目前只支持Format0格式，隨機(jī)接入前導(dǎo)碼主要是在多小區(qū)組網(wǎng)時影響接入門限，如果海面保證單小區(qū)覆蓋時，不會受Format0帶來的影響。2.4基站設(shè)計方案基站掛高50m，位于雷達(dá)塔頂部三角塔，設(shè)計參數(shù)如表2所列。2.57試驗開通及分組現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)5G頻段703MHz至733MHz,758MHz至788MHz上下行存在干擾，故該試驗站按照六分之一頻段進(jìn)行試驗開通，即上行703MHz至708MHz，下行758MHz至763MHz。2.6港內(nèi)帶寬及信噪分析測試選取公網(wǎng)測試軟件，未對公網(wǎng)測試站點進(jìn)行優(yōu)化，SpeedTest站點為ShanDongCMCC5G，互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬等因素對測試數(shù)據(jù)具有一定影響，后期進(jìn)行公網(wǎng)測速優(yōu)化，測速數(shù)據(jù)將有較大改善。1.速率指標(biāo)由于700M頻段存在較多干擾，僅能夠選取上下行各5MHz開展基站部署，通過測試可以發(fā)現(xiàn)，在輪船泊位，由于兩面天線同時進(jìn)行覆蓋，平均上行、平均下行速率能夠達(dá)到5MHz下理論帶寬數(shù)值。港口內(nèi)部存在連片的大型橋吊和礦石堆場，對信號的穿透和反射帶來較多屏蔽影響，引起港內(nèi)上下行帶寬均值小于海面的情況，后期如需要增強(qiáng)港內(nèi)信號，應(yīng)在港內(nèi)選擇合適地點增加1～2個基站，海面數(shù)據(jù)為18.2公里的上下行均值帶寬數(shù)據(jù)，故小于泊位數(shù)據(jù)，如表3所列。2.接收電平平均接收電平值在–90dBm以上，該電平強(qiáng)度能夠有效保障數(shù)據(jù)通信的可靠性，特別是海面平均電平值高達(dá)–84.54dBm，充分證明海面無線信號傳播近似自由空間傳播，能量損耗小。3.信噪指標(biāo)由于該處僅有一個基站，僅需考慮三個扇區(qū)間的同頻干擾，泊位可接收兩個天線的信號，故SINR值較高，在空口優(yōu)化中應(yīng)予以重點考慮，調(diào)整兩個扇區(qū)的最小接入電平值，達(dá)到均衡覆蓋的效果，如表4所列。電平指標(biāo)與信噪指標(biāo)采用全程記錄的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并依據(jù)地圖形成軌跡圖，通過圖示顏色清晰判斷問題出現(xiàn)的位置，以供后期進(jìn)行分析定位，軌跡圖如圖3、圖4所示。3g賦能下的視頻傳播700M作為5G黃金頻率可以有效的進(jìn)行海面遠(yuǎn)距離覆蓋，近海雙向測試，從港口駛?cè)虢?，從近海返港，?8.2公里左右700M低發(fā)射功率普通商用設(shè)備出現(xiàn)斷網(wǎng)，改造后附帶外置增益天線的CPE仍能正常工作，在18.2公里范圍內(nèi)，丟包現(xiàn)象很少出現(xiàn)，在21公里出現(xiàn)長時間丟包。在第一錨地17.6公里業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，各類終端連接