机场数字无线集群通信系统设计

苏建利

（中国电子工程设计院）

机场数字无线集群通信系统设计

苏建利

（中国电子工程设计院）

智慧机场的一个主要基础平台就是通信的统一平台，如何在机场范围内搭建一个无线宽带的通信网络是此文所论述的重点。此文通过对1800M数字无线集群通信的规划、设计，为机场无线宽带通信提供一种解决思路和方法。

智慧机场；1800M无线宽带专网；数字集群通信

1 引言

智慧机场是目前一个很热门的话题，无论智慧机场如何定义，均离不开机场范围内各种信息的采集及传递。而目前在航站楼及附属建筑物内，信息的采集及传递主要是通过有线的方式进行，如机场内部网络系统、有线通信系统、内部通信调度系统等，但在机坪及更大范围内还没有一种很好的信息采集及发布渠道。如何搭建一个覆盖全区域、高速、无线的通信系统是目前机场实现信息化、数字化，并建造智慧机场所面临的主要且非常迫切的问题。

在传统模式下，机坪的通信主要是采用数字800M集群通信系统，通过手持对讲机与机场管理部门进行通话联系，而语音信号所占的带宽比较窄，大约在300Hz～3400kHz，而机场数据信号的传递则需要比较宽的带宽，数字800M系统已无法承载数据信号的传递。目前我国在无线通信技术上从2G过渡到3G，局部地区已经采用了4G进行通信，但在企业级专网上建设，目前还是3G技术为主流。根据原国家信息产业部《信部无[2003]408号文》，1785～1805MHz共20M带宽内可以为本地无线专用使用。因此选择工作在1785～1805MHz频段内的无线通信系统是解决机场无线接入最合理也最有效的方法。

2 设计思路

机场范围内采用1800M制式的无线通信系统，其主要实现的功能包括用以替代传统的数字800M实现基本的集群通信调度功能，同时搭建一个机场无线宽带的网络平台，实现各种业务数据的采集和传递。数字机场的各项业务系统，特别是面向机坪运行服务的系统，可以通过该平台，使其安全、可靠的运行。

考虑到网络通信的安全性，系统必须是企业专网性质的，与公共隔离，防止内部信息的泄露，同时也可以提高本系统的安全性。系统还需要与机场内部通信调度系统之间建立标准的通信接口，以实现与内部通信系统的对讲通信及内外部语音通信的统一融合。

3 系统组成

3.1 网络拓扑结构

宽带无线通信系统的网络拓扑结构如图1所示，包括核心层、无线接入层及终端应用层。

3.2 核心层

核心层为1800M无线集群通信系统的核心，包括运行维护平台、集群调度通信系统、应用系统、接口以及基础网络系统。

3.2.1 系统运维平台

运行维护平台包括EMS服务器、Radius服务器、DHCP服务器等，系统运行平台通过IP网络与系统内各个网络单元设备进行互通。其中EMS服务器完成对系统网络单元的管理与维护功能，Radius服务器提供加密、鉴权、认证等功能，DHCP服务器提供动态IP地址分配的功能。

3.2.2 集群通信调度系统

集群通信调度系统包括集群调度服务器、调度台、录音服务器等主要设备。

1）集群调度服务器

图1 宽带无线通信系统的网络拓扑结构

实现对各种调度终端进行语音、指令以及可视化调度，完成终端的集群调度功能，实现群呼、组呼、强插、强拆等服务。

2）多媒体调度台

多媒体调度台可以实现音、视频一体化调度，极大提高了调度操作的易用性和便利性；可视化图形调度界面，使调度用户的状态一目了然；一键式语音呼叫和视频调度，为用户提供高效率的调度操作；多渠道配置资源，提高了使用灵活性并丰富了调度手段。

3）录音服务器

录音服务器不仅可以为多台设备同时提供高质量的录音服务，还可将记录的录音文件进行集中管理；为用户提供可视化的管理平台，如提供多种图形化报表信息，可随时查询、下载、播放录音文件，极大地满足了用户对录音管理的需求。

3.2.3 应用系统

包括其他业务应用服务器、数据库等，该部分可以根据工程的实际进展以及业务的需要，灵活增加或暂时缓建；暂时缓建也不影响系统最基本的支持语音调度的功能实现。

3.2.4 接口

通过语音网关与内部通信系统最多可同时实现支持8路连接，这样航站楼内安装有内部通信系统终端的岗位也可以通过内通话机拨叫移动的对讲终端。

3.2.5 IP网络

IP网络包括企业业务网络、传输网络及相关路由交换设备，可完成IP数据包的路由交换，将不同类型数据业务路由至对应的应用服务器，提供相应的服务。

3.3 接入层

无线接入层设备主要为基站设备，提供无线终端的接入、空中资源分配、IP业务的透明承载、数据安全、QoS保证等服务。将终端的业务通过无线空中接口接入到有线网络中，承载集群调度语音、视频、上网等业务。

3.3.1 室外基站

机场区域主要包括三种类型的地形或地貌：一是面积较大的机坪区域；二是体量达几十万平方米、高度在四五十米的航站楼；三是机场周边配套的货运区及其他业务办公楼。其中航站楼由于体量巨大，因此采用室内分布系统进行信号的覆盖，其他区域可以根据空间三维测算，安装室外基站进行覆盖。

室外基站包括基站单元及室外天线。室外天线高度结合建筑物的情况或单独立杆安装或建在建筑物屋面，通过调节天线的倾角及发射功率调整其覆盖范围。天线的安装高度一般要求在25～30m之间，如果覆盖区域较大，则天线的安装高度也将增高。

3.3.2 室内分布系统

由于航站楼体积大，其中的钢筋混凝土结构、玻璃幕墙、钢结构支撑网架对无线信号会造成极大的衰减，因此，室外基站的信号基本不能覆盖到航站楼内，所以必须单独在航站楼内建设无线信号室内分布系统，以达到楼内信号的全覆盖。目前，国内机场航站楼内均由无线运行商进行楼内无线公网的室内覆盖，如中国移动、中国联通、中国电信均在楼内设有室内无线覆盖系统，航站楼管理部门可以通过商务租赁或其他商务谈判的方式，采用与运营商合路的技术，实现航站楼内的无线信号覆盖，这样从建设成本、建设周期、建设难度上都有很大程度的降低。无线室内覆盖原理如图2所示。

图2 无线室内覆盖原理

3.4 应用层

应用层包括各种应用终端，例如CPE、手持调度终端、摄像头、传感器等。终端应用层将数据、语音、视频等媒体流经由无线基站接入用户业务网络。

4 系统建设

4.1 频率申请

机场建设无线专网，需先到本地无线电管理委员会进行申请，申请批复后方可在本区域使用该无线频率。1800M国家批复的频率在1785～1805MHz，系统的带宽是5M，因此，需要批复至少5M的带宽。对于大型机场，其覆盖面积大、用户数量多，应尽量申请3个频段15M的带宽，同时考虑到中国移动DCS通信制式的下行频率是1805～1820MHz，如果双方的射频器件存在带外泄露，则易造成频率重叠，相互影响通信，因此，1800M专网申请的频率范围最好是1785～1800MHz。

4.2 站址选择

站址的初步选择应结合机场需要覆盖的范围、覆盖区内建筑的高度以及基本的空间链路衰减进行规划，规划好后需进行现场复核。现场复核是采用测试仪进行测量，测量点包括所有覆盖区域，对于使用终端比较密集的区域、无线覆盖阴影区、跨基站的切换区等地点则需要增多采样数据。结合测试结果以及安装基站的实际条件，确定基站安装的位置、天线的安装高度及安装形式。机场范围内天线基本上可以考虑安装在机坪高杆灯、高大建筑物的屋顶、航站楼的屋面等处。由于机场的特殊环境，基站的选择及天线安装必须以不影响空管通信、空防安全为前提。

4.3 IP规划

在对用户IP的分配管理中，需要配置DHCP Server，在DHCP Server为每个BS分配一个IP Pool，用户接入时，从中分配对应的IP地址。用户在接入期间将一直使用此IP地址，即使用户切换到其他BS上去。

为便于管理，每个BS对应一个子网，用户从哪个BS初始接入，就从此子网中为用户分配IP地址。

系统还具备DHCP Relay的功能，以实现用户能通过标准的DHCP协议获取IP地址。

为提高系统的可靠性，整个系统可配置多个DHCP Server，满足备份功能。

5 系统功能

1800M数字无线集群通信系统可以提供基本语音、集群调度、多媒体集群、上网数传、定位业务、即时通信等多种业务功能，满足机场地面营运管理对语音、数据、图像和定位等方面的综合需求，提供可靠的语音对讲通话、航班信息及调度指令发布、车辆定位、无线图像及视频传输等多种功能，从而提升机场在多业务运作模式下的保障能力和监管水平。

5.1 集群调度业务功能

系统具备完善的集群调度业务功能，满足机场各部门对集群调度业务功能的需求。系统具有通信接续功能、调度管理功能、视频管理功能、语音管理功能、出局呼叫连接功能。其中的调度管理功能主要包括组呼、广播、多优先级呼叫、强插强拆、动态重组、呼叫限制、录音等功能。

5.2 视频业务功能

1800M数字无线集群通信系统提供与监控摄像头、视频编码器对接的通信终端设备，以实现无线、移动视频监控的业务功能，视频带宽可达到1Mbps以上，并能够根据实际情况进行调整；支持视频会议、视频对话、视频监控以及多媒体调度等相关业务。

5.3 数据接入业务功能

5.3.1 固定上网

为未解决数据接入的区域提供上网服务，最大下行数据速率应达到18.7Mbps。

5.3.2 移动上网

满足移动人员（包括工作人员、巡检人员）的移动上网需求。

5.3.3 数据采集控制

对行业相关的各种数据采集和自动控制设备提供双向的数据传输服务。

5.4 人员/车辆定位业务功能

在系统终端上配置GPS模块，通过与GIS平台相结合，可以实现对工作人员、现场车辆等实时定位管理的功能。系统通过无线宽带网络，将位置信息传送到网络中去，并且及时在调度台界面上进行显示；也可以将历史位置信息保存起来，通过轨迹回放，获得形象准确的位置信息。根据位置信息保存的时间，即可清楚地知道在某个具体位置点的具体时间。

5.5 移动信息发布业务功能

系统利用业务应用平台，同机场航班信息发布与管理系统互联，实时发布航班信息给机场工作人员、机场周边物流及其他服务行业人员。

5.6 终端与调度系统集成

系统支持机场关键业务信息系统应用、终端和多种传感器相连，能够进行数据采集和视频监控，解决一线工作人员的数据采集问题。

5.7 管理功能

系统具备完善的设备管理功能，能检测整个系统的工作状况，能对设备出现的故障进行定位和告警，方便系统维护人员的管理与维护工作。

10.13655/j.cnki.ibci.2014.06.023