《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于伺服天线CPE的海域5G覆盖扩展研究与验证
电子技术应用
李志军1，2，卢晓春1，陆恒3
1.中国电信股份有限公司北京研究院；2.中国电信股份有限公司；3.中国电信股份有限公司上海分公司
摘要： 随着海域覆盖扩展的研究，船舶内部署小基站可以减少海上船舶舱体内部的穿透损耗。然而小基站的数据需通过IPRAN或者STN等有线方式回传至陆地的核心网，海洋条件无法满足，采用普通CPE做回传功率小，上行传输有限。因此，提出一种扩展海域5G覆盖的方案，在岸基基站和小基站联合组网的基础上，引入大功率CPE和高增益伺服天线系统，大功率CPE通过伺服天线系统接入岸基基站，并采用有线连接的方式下挂小基站，将小基站数据回传至岸基基站，由岸基基站回传至陆地核心网，实现海域5G网络扩展覆盖。特别地，利用船上多个终端设备的无线网络搜索过程获取岸基宏站的列表信息，解决了现网建设中岸基宏站列表信息获取难的问题，并通过多个终端设备的协作优化了伺服天线的目标岸基小区接入算法。现网结果显示提出的方案具有良好的性能。
中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257519
中文引用格式： 李志軍，盧曉春，陸恒. 基于伺服天線CPE的海域5G覆蓋擴(kuò)展研究與驗(yàn)證[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2026，52(3)：8-13.
英文引用格式： Li Zhijun，Lu Xiaochun，Lu Heng. Research and verification on 5G coverage expansion in marine areas based on servo antenna CPE[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(3)：8-13.
Research and verification on 5G coverage expansion in marine areas based on servo antenna CPE
Li Zhijun1，2，Lu Xiaochun1，Lu Heng3
1.China Telecom Research Institute Beijing Branch；2.China Telecom Corporation Limited；3.China Telecom Corporation Limited Shanghai Branch
Abstract： For the research on the expansion of marine area communication coverage, deploying small base stations(SBSs) inside ships reduces the penetration loss for cabin. However, the marine limits the wired backhaul for SBSs via internet protocol radio access network(IPRAN) or STN to transmit data back to the core network on land. Moreover, ordinary customer premise equipment(CPE) for backhaul of SBSs has low power and limited uplink transmission. Therefore, to solve marine communication problem, a scheme for expanding 5G coverage is proposed via introducing high-power CPE and high-gain servo antenna systems for heterogeneous network based on the macro BS(MBS) near coast and SBSs in marine areas. The high-power CPE provides backhaul for SBSs in cabin with wired connection. The servo antenna system is used to enhance uplink(UL) for the CPE to connect to the MBS. In particular, the list information about MBS is used for the wireless network searching process of multiple user equipments(UEs), and optimizes the target shore-based cell access algorithm for the servo antenna through collaboration of multiple UEs. The current network results show good performance for the scheme proposed.
Key words : marine 5G coverage；servo antenna CPE；cell random access；heterogeneous network

引言

隨著人工智能、非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-terrestrial Network, NTN）等新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，海上通信業(yè)務(wù)多元化發(fā)展，海上巡航、遠(yuǎn)洋探索等海洋工作需要無(wú)處不在的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，新興的高清直播、視頻通話以及監(jiān)控等業(yè)務(wù)需要大帶寬、低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)保障[1]。小基站體積小巧、功率靈活可調(diào)，可根據(jù)船艙的空間布局和信號(hào)需求，在船艙內(nèi)部進(jìn)行針對(duì)性部署，有效解決信號(hào)死角問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)船艙內(nèi)的全面覆蓋。同時(shí)，在船舶內(nèi)部署小基站能夠提供更接近用戶終端的信號(hào)源，減少信號(hào)傳輸路徑上的干擾和損耗，實(shí)現(xiàn)海上精準(zhǔn)覆蓋，極大提升海上用戶的通信質(zhì)量[2]。

目前現(xiàn)網(wǎng)基站普遍采用有線回傳的方式，如圖1所示，通過(guò)基于IP技術(shù)的無(wú)線接入網(wǎng)或者智能傳輸網(wǎng)（Smart Transport Network, STN）進(jìn)行回傳，還可以通過(guò)低速率端口接入無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network, PON）回傳。然而，受限于特殊的海洋環(huán)境，海上回傳需要將海上設(shè)備的數(shù)據(jù)回傳至陸地的核心網(wǎng)[3]。因此，在遠(yuǎn)洋通信網(wǎng)絡(luò)中部署小基站需要優(yōu)化小基站的回傳方式，低功耗、低成本的海域回傳方案對(duì)于提高海域覆蓋范圍和提高數(shù)據(jù)速率具有重要作用[4]。

岸基基站、在海上部署無(wú)人機(jī)設(shè)備以及衛(wèi)星通信等能夠?qū)崿F(xiàn)海上通信的超遠(yuǎn)覆蓋技術(shù)，對(duì)于岸基基站，采用選取高遠(yuǎn)地區(qū)安裝岸基基站或者改造岸基基站的方式[5]，文獻(xiàn)[6]在現(xiàn)網(wǎng)中建設(shè)雙微波岸基基站采用拋物面天線實(shí)現(xiàn)船舶甲板通信，但是單純依靠岸基基站無(wú)法滿足高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)需求，且對(duì)于擴(kuò)大海洋覆蓋范圍作用有限，船艙內(nèi)也需利用雙?；竞褪曳痔炀€實(shí)現(xiàn)船內(nèi)Wi-Fi和手機(jī)信號(hào)的全覆蓋。對(duì)于在海上部署無(wú)人機(jī)設(shè)備，文獻(xiàn)[7]建立了近海面無(wú)人機(jī)通信感知一體化信號(hào)模型，優(yōu)化了波形設(shè)計(jì)，仿真表明具有良好的通信和感知性能，然而算法復(fù)雜度高，難以在現(xiàn)網(wǎng)部署實(shí)施，且無(wú)人機(jī)部署功耗高，成本高，續(xù)航短[8];文獻(xiàn)[9]采用衛(wèi)星通信的方式，提出基于跳波束技術(shù)的增強(qiáng)覆蓋方案，僅能保障基本語(yǔ)音短信等業(yè)務(wù)，且成本高，對(duì)終端設(shè)備要求高，需支持衛(wèi)星通信[10]。

圖片1.png

圖1　回傳網(wǎng)絡(luò)

不同于上述方案，本文將客戶端設(shè)備（Customer Premise Equipment, CPE）和高增益伺服天線系統(tǒng)融合設(shè)計(jì)，創(chuàng)造性地引入伺服天線CPE，通過(guò)高速實(shí)時(shí)自動(dòng)姿態(tài)計(jì)算，自動(dòng)連續(xù)姿態(tài)調(diào)整，高增益天線指向目標(biāo)基站，提升覆蓋電平，降低干擾，不僅利用CPE為船載小基站提供無(wú)線回傳，同時(shí)大幅度提升海面通信覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)海域5G網(wǎng)絡(luò)超遠(yuǎn)覆蓋設(shè)計(jì)。特別地，本文提出一種基于終端協(xié)作的伺服天線CPE的岸基基站動(dòng)態(tài)選擇方法，定義了一種終端協(xié)作的測(cè)量與報(bào)文傳輸機(jī)制，利用船上的多個(gè)用戶終端協(xié)作完成岸基基站的獲取和信號(hào)測(cè)量，通過(guò)空口發(fā)送給船載小基站，小基站再采用有線連接傳輸至CPE，形成協(xié)作式搜網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)減少重復(fù)搜索開(kāi)銷(xiāo)，提高搜網(wǎng)效率，提升整體系統(tǒng)效率。CPE完成伺服天線系統(tǒng)對(duì)岸基基站列表的獲取和目標(biāo)小區(qū)接入，優(yōu)化伺服天線系統(tǒng)的搜網(wǎng)和小區(qū)接入流程，提高接入穩(wěn)定性和切換成功率，避免頻繁切換。本文在實(shí)際組網(wǎng)中進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，船載一體化小基站和伺服天線CPE系統(tǒng)極大提升了船舶的海上覆蓋距離，接入穩(wěn)定性和切換成功率有所提升。


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http://www.ihrv.cn/resource/share/2000006994


作者信息：

李志軍1，2，盧曉春1，陸恒3

（1.中國(guó)電信股份有限公司北京研究院，北京 102209；

2.中國(guó)電信股份有限公司，北京 100033；

3.中國(guó)電信股份有限公司上海分公司，上海 200135）

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