利用长距离WiFi技术解决船岸数据通信实测分析

　　摘 要：在海洋经济繁荣发展，信息技术日新月异的时代，实现船岸之间的低成本高速率数据通信是时代的呼唤。本文通过在厦门湾进行长距离WiFi技术的通信实测，分析利用该技术实现船岸数据通信的可行性和改善空间。

　　关键词：长距离WiFi 数据通信 实测

　　1.背景

　　早在春秋时代，《管子·海王》篇就曾提出“观山海”“以为国”的思想，前瞻地察觉到海洋蕴含的财富作用对于国家强盛的重要性。近代先驱孙中山指出港口是“中国与世界交通运输之关键”。十八大报告首提“海洋强国”，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国。然而，当今城市居民几乎可以随时随地不受限制地使用Internet 和各种数据服务，占地球表面积70%以上的大部分海洋区域却几乎无法接收到无线宽带网络信号，海上通信主要依靠卫星通信、单边带短波电台(SSB)和甚高频通信(VHF)且海上卫星通信设备投入和使用成本高昂，SSB和VHF主要用于语音传输，数据传输速率过低。

　　近年来我国海洋运输、船运贸易、海洋资源开发等经济活动蓬勃发展，海上应急搜救、港口生产调度、船舶导助航等业务对海上网络通信服务提出了新的需求，互联网、大数据、云计算、人工智能和区块链等新一代信息技术必将推动整个航运业进入网络化发展的新时代。在这样的背景下，厦门通信中心利用基于长距离WiFi技术的宽带通信系统进行船岸之间的数据传输测试，通过测试获得第一手资料，探索适合我国国情的高速率、高可靠、全覆盖、低成本的海上宽带高速通信网络。

　　2.常技术分析

　　船岸高速数据通信需要考虑到足够的传输距离、较高的数据传输速率、船舶移动特性、多用户等因素，目前为实现船岸之间的数据通信常用的技术手段如下：

　　(1)VHF频段，主要有VEDS系统，该系统包含岸基和天基(卫星)系统，可以实现非常大的覆盖方位，但是该系统数据传输速率较低，目前测试情况来看，只能实现300K左右的传输速度。

　　(2)UHF频段，如警用图传系统，该系统可以实现类似蜂窝网的系统布局，可以实现较大传输速率，但在多用户的情况下，该系统带宽还是显得不足。目前该类系统主要用于但应急指挥方面。

　　(3)SHF频段，如TD-LTE、长距离WiFi、WiMAX等，微波波段是视距传输，绕射能力较差，但有较高宽，可获得较高的数据传输速率。

　　近岸域，4G/5G信号覆盖较好，但是4G/5G信号覆盖区之外的沿海，船舶活动也非常频繁。从解决近岸数据通信的角度分析，频谱特点来看，基于VHF、UHF频率适合海上环境的传输特性，且有较好的绕射能力，但其可用带宽过窄。SHF为超高频段，可使用带宽较大，能够实现高速数据通信。

　　3.厦门湾测试情况

　　本次测试出于覆盖范围大、传输距离远、终端设备通用性高的目的，采用了5.8GHz长距离WiFi设备作为测试设备，以视距通信(LOS)为主，而依靠反射、散射和衍射方式达到非視距通信(NLOS)在远距离通信方面基本不起作用，本文将不予考虑。由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限，如图(1)所示。

　　本次测试分别考虑到船舶移动特性，船舶上只安装全向天线。岸基分别安装全向天线和定向天线进行测试。测试设备的技术指标表及全向天线如(图2)、定向天线(图3)的方向图及增益天线：

　　测试情况介绍：

　　(1)船载基站和岸基基站都全向天线时，船岸之间最大通信据图约为10公里，发送和接收的速度均为2Mbps，实测数据如图4。当船岸距离超过超过10公里时，通信基本中断。

　　(2)船载基站配备全向天线、岸基配备定向天线时，可稳定通信距离约30KM，发送和接收的发送和接收速度均为2Mbps，最大速度可达3Mbps，船舶航行轨迹以及实测数据如图5。

　　(3)视频传输的测试：在船舶航行过程中接入在测试中接入摄像头，视频传输清晰流畅。通过手机微信视频聊天，视频流畅不卡顿，语音清晰。

　　4.实测分析

　　通过对测试过程和采集的数据进行初步分析，可以认为：在设备功率和天线增益较低的情况下，在30公里的传输距离处还能够保持稳定通信，距离良好通信距离35.7公里也仅有5.7公里的差距，理论上通过增加设备灵敏度、发射功率、天线增益、天线高度及编码方式是可以实现更大的通信范围和频率资源的使用效率;船舶摆动过程中未发现传输速率明显下降情况，因遇障碍物通信中断后不需干预可迅速恢复通信，说明现有设备比较成熟稳定;测试途中多处无4G信号，交管VHF通信也中断的情况下，测试系统还可以保持船岸视频通话，可见长距离WiFi能为船岸通信能发挥较大作用;当遇有大船等障碍物遮挡时通信会出现通信中断，说明该频段绕射能力较差，也难以靠依靠非视距通信实现稳定通信。

　　5.实现的功能及建议

　　(1)过本次对基于长距离WiFi技术的高速通信网络的测试，初步认为在合理布设基站的情况下，可以较大范围内实现船岸之间的高速数据通信网。对打造低沉本、高速率的船岸数据通信，或者作为船岸异构网络中的一环具备一定的价值。

　　(2)该系统对实现海巡船艇等公务船实现船岸间高速通信有较大的帮助，可为海上交通安全监管和救助的决策指挥协调提供通信保障。

　　(3)该系统可以能为船员提供上网等互联网应用，对丰富船员业余生活有很大的帮助。

　　(4)由于本次长距离WiFi设备的使用频率为5.8GHz的WiFi专用频率，对功率使用要求有较大的限制，不利于开展大功率、高增益的设备使用和研发，需要考虑专有的频率的规划。

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