浅谈700M 5G 技术在多功能航标上的应用

张志江 程万庆 徐 明

（交通运输部东海航海保障中心宁波航标处，浙江宁波 315470）

0 引 言

航标是船舶在近海航行过程中较为重要的助航设备,对过往船舶起着良好的导向作用。近年来,由于中国港航业的迅速发展,中国沿海海域航标配布量也日益增加,截至2021年底,宁波舟山港海域共有1 500 余座航标，部分海域已经配备了多功能航标。该类航标除具有传统导航功能外，还具备了水文、气象、CCTV 监控等信息采集功能，发挥着良好的效能，但是在数据传输中,存在传输速度慢、网络延迟等问题。目前，我国的5G 工程正在如火如荼建设中,因为700 M 波段具备了覆盖面宽、衍射能力强、覆盖范围广、信号更稳的优势，所以700M 5G 技术也在全国范围内各行各业已经在广泛的应用中。依托该技术的良好性能，如果在部分重点海域部署使用,应用到多功能航标中，可以解决多功能航标网络传输技术问题。本文将着重对700M 5G 技术在多功能航标上的运用进行研究,以增强航标助导航的多样化,提高在大航海时代的航海保障能力。

1 700M 5G 技术的优势

700M 5G 频率也被称之为中国发展移动通信领域的黄金频率,由于其具有空间传输损失较少、穿透能力强、覆盖距离远的特点和能力，它作为新一代移动通信技术，满足各种应用场景的需求。

1.1 覆盖效果好

电磁波在空气中是以正弦曲线的形态进行传输,根据公式:C=λf,C 是遥感技术,λ 是波段,f 是频谱,因为遥感技术速度恒定,所以波段与频谱是成反比的,即波段越长,频谱越低，反之亦然，即波段越短越趋向于以垂直传递,在不同环境中的传输损耗就越大,折射与绕射力量也差,波段愈短则透过力量越差。在同样的范围内,700M 5G 的信号强度都要比其他频段的信号强度高;在不同区域内,700M 覆盖高度都要远远超过其他5G 频段,所以在比较辽阔繁忙的航道,优越性也是相当突出的。

1.2 频率低

在移动通信中,假如在不同的时间发出了同样的讯号,从接收端得到的信息却不一样,这个时间变性在移动通信系统中的最具体反映一点,便是多普勒频移。△f=(v/λ)cosθ,这里的θ 为相应于运动频率方位与信号到达方位的夹角。由上式中可发现,△f(多普勒频偏)与v(相对运动频率)成正比;△f(多普勒频偏)与λ(长度)也成反相关,所以,假如运动速率一样,则长度较小,频偏大。而由于700M 的波段相对时间更长如果移动速率也一样,且入射角度相等则多普勒频偏更小,因此高速移动的时候稳定性更佳,而700M 5G 频率的多普勒频偏会大大低于其他运营商的5G 频率,因此有利于高速、繁忙地点的基站部署,像宁波舟山港虾峙门航道。

1.3 绕射能力强

障碍物对电磁波的干扰是从波段作为时间单元判断的,相同物理距离的障碍物,若讯号频段越低,其波段较长则易于绕射过去,而波段越短的高频则会轻易被反弹回去。700M 5G 频率波段,由于它具有较长的波段所以具备强大的绕射力。

2 多功能航标简介

一般导助航标志具有传统的助航作用,如标示航道方向、界限、碍航物等的作用,而随着现代科技的发展和航海用户需求的提高，航海保障服务趋向具象化、全面的要求，实现航标功能多样化,已成为现代航海事业发展的必然趋势。

目前，在宁波舟山港区海域,部分传统航标在原来导助航的基础上,增设能见度检测、风速方向检测、表面流检测和CCTV视频监控等多个功能系统,可以获取辖区海域航运、气象、水文等数据,并通过网络传送至岸基数据管理中心,经处理计算后转送给港口航道等有关管理部门和企业,成为监管部门和企业运转的工作依据。让航行者等用户获取更安全、有效助航服务,成为航标管理部门的一项工作重点。

3 部分多功能航标工作原理

简单来说，多功能航标就是在原来传统航标的基础上，增加一些数据采集和传输设备，在保证原有导助航效能的基础上，对其他数据进行采集。水文等要素采集的功能,主要是由流速仪、测深仪等设备,通过串口和终端通讯来完成。利用这种串口,终端就能够接收到由流速仪和测深仪等设备量测到的实时数值,数据包含:采集日期、温度、流量和水深等。然后终端再利用网络技术,按规定的协议打包后发优势返回监测平台,由监测平台对接收的数据包进行分解并智能管理,可以把某点或多点的流量和水深,按公式或某测定的资料模型转化成某截面流速和某点水位,在平台终端上真实、动态、直观地表现出来,并按统一的数据格式保存在数据库中方便日后检索。

4 700M 5G 技术多功能航标上的应用实例

2021 年12 月，宁波航标处在位于宁波舟山港虾峙门航道的“虾峙门灯船”上成功安装了一组具备700 MHz 频率的5G 通信终端、视频监控、气象等六要素等设备，实时通过5G 网络将灯船周边海域通航以及气象、能见度等情况传输到宁波航标处的接收设备上。此项应用案例，利用700M 5G 的超远传输、超大范围覆盖、超低时延性能等独有资源，实现了基站覆盖范围60 km 的高清视频传输。宁波舟山港海域现代海上通信技术与航标非传统领域的结合，解决辖区偏远海域因处在网络信号空白区而存在的航道、船舶、岛礁、海洋环境等状况实时感知、监控难问题的5G+多功能航标建设上取得实质性进展。

5 应用结论

700M 5G 技术在传统多用途航行标志上的运用是一个有益的尝试和创新的突破,针对不同海域的不同状况和不同要求专门设计,进一步掌握目标海域水文气象状况等数据确保通航安全。虽然目前700M 5G 技术在多功能航标上的应用还处在小规模实验阶段,但700M 5G 技术在多功能航标上应用效果明显，解决了传输速度慢、网络延迟等网络技术问题。

随着“陆海空天”一体化水上交通运输安全保障体系和全要素水上“大交管”建设目标任务的逐步实现，我们相信运用700M 5G 技术等新一代信息技术，在航标上逐步增加感知设备以及信息发送设备，拓广智能航海保障应用，探索建立集采集与分析航标基础信息、水位气象、交通流量等要素于一体的智慧航标（航道）管理平台，可以促进海上民生领域数字化和智能化。