機(jī)場數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇建利

（中國電子工程設(shè)計(jì)院）

機(jī)場數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇建利

（中國電子工程設(shè)計(jì)院）

智慧機(jī)場的一個(gè)主要基礎(chǔ)平臺(tái)就是通信的統(tǒng)一平臺(tái)，如何在機(jī)場范圍內(nèi)搭建一個(gè)無線寬帶的通信網(wǎng)絡(luò)是此文所論述的重點(diǎn)。此文通過對(duì)1800M數(shù)字無線集群通信的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，為機(jī)場無線寬帶通信提供一種解決思路和方法。

智慧機(jī)場；1800M無線寬帶專網(wǎng)；數(shù)字集群通信

1 引言

智慧機(jī)場是目前一個(gè)很熱門的話題，無論智慧機(jī)場如何定義，均離不開機(jī)場范圍內(nèi)各種信息的采集及傳遞。而目前在航站樓及附屬建筑物內(nèi)，信息的采集及傳遞主要是通過有線的方式進(jìn)行，如機(jī)場內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)、內(nèi)部通信調(diào)度系統(tǒng)等，但在機(jī)坪及更大范圍內(nèi)還沒有一種很好的信息采集及發(fā)布渠道。如何搭建一個(gè)覆蓋全區(qū)域、高速、無線的通信系統(tǒng)是目前機(jī)場實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化，并建造智慧機(jī)場所面臨的主要且非常迫切的問題。

在傳統(tǒng)模式下，機(jī)坪的通信主要是采用數(shù)字800M集群通信系統(tǒng)，通過手持對(duì)講機(jī)與機(jī)場管理部門進(jìn)行通話聯(lián)系，而語音信號(hào)所占的帶寬比較窄，大約在300Hz～3400kHz，而機(jī)場數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞則需要比較寬的帶寬，數(shù)字800M系統(tǒng)已無法承載數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞。目前我國在無線通信技術(shù)上從2G過渡到3G，局部地區(qū)已經(jīng)采用了4G進(jìn)行通信，但在企業(yè)級(jí)專網(wǎng)上建設(shè)，目前還是3G技術(shù)為主流。根據(jù)原國家信息產(chǎn)業(yè)部《信部無[2003]408號(hào)文》，1785～1805MHz共20M帶寬內(nèi)可以為本地?zé)o線專用使用。因此選擇工作在1785～1805MHz頻段內(nèi)的無線通信系統(tǒng)是解決機(jī)場無線接入最合理也最有效的方法。

2 設(shè)計(jì)思路

機(jī)場范圍內(nèi)采用1800M制式的無線通信系統(tǒng)，其主要實(shí)現(xiàn)的功能包括用以替代傳統(tǒng)的數(shù)字800M實(shí)現(xiàn)基本的集群通信調(diào)度功能，同時(shí)搭建一個(gè)機(jī)場無線寬帶的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集和傳遞。數(shù)字機(jī)場的各項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，特別是面向機(jī)坪運(yùn)行服務(wù)的系統(tǒng)，可以通過該平臺(tái)，使其安全、可靠的運(yùn)行。

考慮到網(wǎng)絡(luò)通信的安全性，系統(tǒng)必須是企業(yè)專網(wǎng)性質(zhì)的，與公共隔離，防止內(nèi)部信息的泄露，同時(shí)也可以提高本系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)還需要與機(jī)場內(nèi)部通信調(diào)度系統(tǒng)之間建立標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，以實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部通信系統(tǒng)的對(duì)講通信及內(nèi)外部語音通信的統(tǒng)一融合。

3 系統(tǒng)組成

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

寬帶無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，包括核心層、無線接入層及終端應(yīng)用層。

3.2 核心層

核心層為1800M無線集群通信系統(tǒng)的核心，包括運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)、集群調(diào)度通信系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、接口以及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.2.1 系統(tǒng)運(yùn)維平臺(tái)

運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)包括EMS服務(wù)器、Radius服務(wù)器、DHCP服務(wù)器等，系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)通過IP網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備進(jìn)行互通。其中EMS服務(wù)器完成對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單元的管理與維護(hù)功能，Radius服務(wù)器提供加密、鑒權(quán)、認(rèn)證等功能，DHCP服務(wù)器提供動(dòng)態(tài)IP地址分配的功能。

3.2.2 集群通信調(diào)度系統(tǒng)

集群通信調(diào)度系統(tǒng)包括集群調(diào)度服務(wù)器、調(diào)度臺(tái)、錄音服務(wù)器等主要設(shè)備。

1）集群調(diào)度服務(wù)器

圖1 寬帶無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)對(duì)各種調(diào)度終端進(jìn)行語音、指令以及可視化調(diào)度，完成終端的集群調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)群呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等服務(wù)。

2）多媒體調(diào)度臺(tái)

多媒體調(diào)度臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)音、視頻一體化調(diào)度，極大提高了調(diào)度操作的易用性和便利性；可視化圖形調(diào)度界面，使調(diào)度用戶的狀態(tài)一目了然；一鍵式語音呼叫和視頻調(diào)度，為用戶提供高效率的調(diào)度操作；多渠道配置資源，提高了使用靈活性并豐富了調(diào)度手段。

3）錄音服務(wù)器

錄音服務(wù)器不僅可以為多臺(tái)設(shè)備同時(shí)提供高質(zhì)量的錄音服務(wù)，還可將記錄的錄音文件進(jìn)行集中管理；為用戶提供可視化的管理平臺(tái)，如提供多種圖形化報(bào)表信息，可隨時(shí)查詢、下載、播放錄音文件，極大地滿足了用戶對(duì)錄音管理的需求。

3.2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

包括其他業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等，該部分可以根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)展以及業(yè)務(wù)的需要，靈活增加或暫時(shí)緩建；暫時(shí)緩建也不影響系統(tǒng)最基本的支持語音調(diào)度的功能實(shí)現(xiàn)。

3.2.4 接口

通過語音網(wǎng)關(guān)與內(nèi)部通信系統(tǒng)最多可同時(shí)實(shí)現(xiàn)支持8路連接，這樣航站樓內(nèi)安裝有內(nèi)部通信系統(tǒng)終端的崗位也可以通過內(nèi)通話機(jī)撥叫移動(dòng)的對(duì)講終端。

3.2.5 IP網(wǎng)絡(luò)

IP網(wǎng)絡(luò)包括企業(yè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)路由交換設(shè)備，可完成IP數(shù)據(jù)包的路由交換，將不同類型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)路由至對(duì)應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器，提供相應(yīng)的服務(wù)。

3.3 接入層

無線接入層設(shè)備主要為基站設(shè)備，提供無線終端的接入、空中資源分配、IP業(yè)務(wù)的透明承載、數(shù)據(jù)安全、QoS保證等服務(wù)。將終端的業(yè)務(wù)通過無線空中接口接入到有線網(wǎng)絡(luò)中，承載集群調(diào)度語音、視頻、上網(wǎng)等業(yè)務(wù)。

3.3.1 室外基站

機(jī)場區(qū)域主要包括三種類型的地形或地貌：一是面積較大的機(jī)坪區(qū)域；二是體量達(dá)幾十萬平方米、高度在四五十米的航站樓；三是機(jī)場周邊配套的貨運(yùn)區(qū)及其他業(yè)務(wù)辦公樓。其中航站樓由于體量巨大，因此采用室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)的覆蓋，其他區(qū)域可以根據(jù)空間三維測(cè)算，安裝室外基站進(jìn)行覆蓋。

室外基站包括基站單元及室外天線。室外天線高度結(jié)合建筑物的情況或單獨(dú)立桿安裝或建在建筑物屋面，通過調(diào)節(jié)天線的傾角及發(fā)射功率調(diào)整其覆蓋范圍。天線的安裝高度一般要求在25～30m之間，如果覆蓋區(qū)域較大，則天線的安裝高度也將增高。

3.3.2 室內(nèi)分布系統(tǒng)

由于航站樓體積大，其中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻、鋼結(jié)構(gòu)支撐網(wǎng)架對(duì)無線信號(hào)會(huì)造成極大的衰減，因此，室外基站的信號(hào)基本不能覆蓋到航站樓內(nèi)，所以必須單獨(dú)在航站樓內(nèi)建設(shè)無線信號(hào)室內(nèi)分布系統(tǒng)，以達(dá)到樓內(nèi)信號(hào)的全覆蓋。目前，國內(nèi)機(jī)場航站樓內(nèi)均由無線運(yùn)行商進(jìn)行樓內(nèi)無線公網(wǎng)的室內(nèi)覆蓋，如中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信均在樓內(nèi)設(shè)有室內(nèi)無線覆蓋系統(tǒng)，航站樓管理部門可以通過商務(wù)租賃或其他商務(wù)談判的方式，采用與運(yùn)營商合路的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航站樓內(nèi)的無線信號(hào)覆蓋，這樣從建設(shè)成本、建設(shè)周期、建設(shè)難度上都有很大程度的降低。無線室內(nèi)覆蓋原理如圖2所示。

圖2 無線室內(nèi)覆蓋原理

3.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層包括各種應(yīng)用終端，例如CPE、手持調(diào)度終端、攝像頭、傳感器等。終端應(yīng)用層將數(shù)據(jù)、語音、視頻等媒體流經(jīng)由無線基站接入用戶業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

4 系統(tǒng)建設(shè)

4.1 頻率申請(qǐng)

機(jī)場建設(shè)無線專網(wǎng)，需先到本地?zé)o線電管理委員會(huì)進(jìn)行申請(qǐng)，申請(qǐng)批復(fù)后方可在本區(qū)域使用該無線頻率。1800M國家批復(fù)的頻率在1785～1805MHz，系統(tǒng)的帶寬是5M，因此，需要批復(fù)至少5M的帶寬。對(duì)于大型機(jī)場，其覆蓋面積大、用戶數(shù)量多，應(yīng)盡量申請(qǐng)3個(gè)頻段15M的帶寬，同時(shí)考慮到中國移動(dòng)DCS通信制式的下行頻率是1805～1820MHz，如果雙方的射頻器件存在帶外泄露，則易造成頻率重疊，相互影響通信，因此，1800M專網(wǎng)申請(qǐng)的頻率范圍最好是1785～1800MHz。

4.2 站址選擇

站址的初步選擇應(yīng)結(jié)合機(jī)場需要覆蓋的范圍、覆蓋區(qū)內(nèi)建筑的高度以及基本的空間鏈路衰減進(jìn)行規(guī)劃，規(guī)劃好后需進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核?，F(xiàn)場復(fù)核是采用測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)包括所有覆蓋區(qū)域，對(duì)于使用終端比較密集的區(qū)域、無線覆蓋陰影區(qū)、跨基站的切換區(qū)等地點(diǎn)則需要增多采樣數(shù)據(jù)。結(jié)合測(cè)試結(jié)果以及安裝基站的實(shí)際條件，確定基站安裝的位置、天線的安裝高度及安裝形式。機(jī)場范圍內(nèi)天線基本上可以考慮安裝在機(jī)坪高桿燈、高大建筑物的屋頂、航站樓的屋面等處。由于機(jī)場的特殊環(huán)境，基站的選擇及天線安裝必須以不影響空管通信、空防安全為前提。

4.3 IP規(guī)劃

在對(duì)用戶IP的分配管理中，需要配置DHCP Server，在DHCP Server為每個(gè)BS分配一個(gè)IP Pool，用戶接入時(shí)，從中分配對(duì)應(yīng)的IP地址。用戶在接入期間將一直使用此IP地址，即使用戶切換到其他BS上去。

為便于管理，每個(gè)BS對(duì)應(yīng)一個(gè)子網(wǎng)，用戶從哪個(gè)BS初始接入，就從此子網(wǎng)中為用戶分配IP地址。

系統(tǒng)還具備DHCP Relay的功能，以實(shí)現(xiàn)用戶能通過標(biāo)準(zhǔn)的DHCP協(xié)議獲取IP地址。

為提高系統(tǒng)的可靠性，整個(gè)系統(tǒng)可配置多個(gè)DHCP Server，滿足備份功能。

5 系統(tǒng)功能

1800M數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)可以提供基本語音、集群調(diào)度、多媒體集群、上網(wǎng)數(shù)傳、定位業(yè)務(wù)、即時(shí)通信等多種業(yè)務(wù)功能，滿足機(jī)場地面營運(yùn)管理對(duì)語音、數(shù)據(jù)、圖像和定位等方面的綜合需求，提供可靠的語音對(duì)講通話、航班信息及調(diào)度指令發(fā)布、車輛定位、無線圖像及視頻傳輸?shù)榷喾N功能，從而提升機(jī)場在多業(yè)務(wù)運(yùn)作模式下的保障能力和監(jiān)管水平。

5.1 集群調(diào)度業(yè)務(wù)功能

系統(tǒng)具備完善的集群調(diào)度業(yè)務(wù)功能，滿足機(jī)場各部門對(duì)集群調(diào)度業(yè)務(wù)功能的需求。系統(tǒng)具有通信接續(xù)功能、調(diào)度管理功能、視頻管理功能、語音管理功能、出局呼叫連接功能。其中的調(diào)度管理功能主要包括組呼、廣播、多優(yōu)先級(jí)呼叫、強(qiáng)插強(qiáng)拆、動(dòng)態(tài)重組、呼叫限制、錄音等功能。

5.2 視頻業(yè)務(wù)功能

1800M數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)提供與監(jiān)控?cái)z像頭、視頻編碼器對(duì)接的通信終端設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)無線、移動(dòng)視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)功能，視頻帶寬可達(dá)到1Mbps以上，并能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；支持視頻會(huì)議、視頻對(duì)話、視頻監(jiān)控以及多媒體調(diào)度等相關(guān)業(yè)務(wù)。

5.3 數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)功能

5.3.1 固定上網(wǎng)

為未解決數(shù)據(jù)接入的區(qū)域提供上網(wǎng)服務(wù)，最大下行數(shù)據(jù)速率應(yīng)達(dá)到18.7Mbps。

5.3.2 移動(dòng)上網(wǎng)

滿足移動(dòng)人員（包括工作人員、巡檢人員）的移動(dòng)上網(wǎng)需求。

5.3.3 數(shù)據(jù)采集控制

對(duì)行業(yè)相關(guān)的各種數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制設(shè)備提供雙向的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

5.4 人員/車輛定位業(yè)務(wù)功能

在系統(tǒng)終端上配置GPS模塊，通過與GIS平臺(tái)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作人員、現(xiàn)場車輛等實(shí)時(shí)定位管理的功能。系統(tǒng)通過無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，將位置信息傳送到網(wǎng)絡(luò)中去，并且及時(shí)在調(diào)度臺(tái)界面上進(jìn)行顯示；也可以將歷史位置信息保存起來，通過軌跡回放，獲得形象準(zhǔn)確的位置信息。根據(jù)位置信息保存的時(shí)間，即可清楚地知道在某個(gè)具體位置點(diǎn)的具體時(shí)間。

5.5 移動(dòng)信息發(fā)布業(yè)務(wù)功能

系統(tǒng)利用業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，同機(jī)場航班信息發(fā)布與管理系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)時(shí)發(fā)布航班信息給機(jī)場工作人員、機(jī)場周邊物流及其他服務(wù)行業(yè)人員。

5.6 終端與調(diào)度系統(tǒng)集成

系統(tǒng)支持機(jī)場關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)應(yīng)用、終端和多種傳感器相連，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和視頻監(jiān)控，解決一線工作人員的數(shù)據(jù)采集問題。

5.7 管理功能

系統(tǒng)具備完善的設(shè)備管理功能，能檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀況，能對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位和告警，方便系統(tǒng)維護(hù)人員的管理與維護(hù)工作。

10.13655/j.cnki.ibci.2014.06.023