基于5G的智慧機(jī)場(chǎng)無(wú)線專網(wǎng)規(guī)劃思路探討

（CWW）2020年1月，民航局印發(fā)了《中國(guó)民航四型機(jī)場(chǎng)建設(shè)行動(dòng)綱要（2020-2035年）》，提出以“平安、綠色、智慧、人文”為核心，加快機(jī)場(chǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化運(yùn)行。而5G作為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，是“新基建”的重要組成部分，正推動(dòng)各行各業(yè)數(shù)字化應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展，而建設(shè)基于5G的機(jī)場(chǎng)無(wú)線專網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)未來(lái)各種新技術(shù)應(yīng)用、提升智慧化運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

5G具有高速率、低時(shí)延、大連接等特點(diǎn)，3GPP定義了增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)和海量機(jī)器類通信(mMTC)三大類應(yīng)用場(chǎng)景，其中增強(qiáng)移動(dòng)寬帶主要面向大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn)；超高可靠低時(shí)延通信主要面向工業(yè)控制、智能制造、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等垂直行業(yè)應(yīng)用需求；海量機(jī)器類通信主要面向以傳感和數(shù)據(jù)收集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，如智慧城市、智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等。2020年6月凍結(jié)的R16版本，對(duì)5G切片的功能進(jìn)行增強(qiáng)，對(duì)垂直行業(yè)應(yīng)用能力進(jìn)一步擴(kuò)展。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商的5G定制網(wǎng)也朝著深層次發(fā)展，以滿足行業(yè)用戶多樣化的需求。智慧機(jī)場(chǎng)的建設(shè)需要根據(jù)其具體業(yè)務(wù)特點(diǎn)，選擇定制一張技術(shù)先進(jìn)、合理、適用、經(jīng)濟(jì)的5G專用網(wǎng)絡(luò)。

(資料圖)

5G智慧機(jī)場(chǎng)無(wú)線專網(wǎng)規(guī)劃思路

智慧機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)需求

智慧機(jī)場(chǎng)建設(shè)就是運(yùn)用先進(jìn)的信息和通信技術(shù)手段，感測(cè)、分析、整合機(jī)場(chǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括服務(wù)運(yùn)營(yíng)、安全、后勤保障等輔助功能在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)智慧式管理和運(yùn)行，提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率，進(jìn)而為旅客提供良好的服務(wù)，促進(jìn)機(jī)場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)這樣一張網(wǎng)絡(luò)滿足機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有的生產(chǎn)業(yè)務(wù)需要，同時(shí)能夠承載機(jī)場(chǎng)智慧化建設(shè)中的變革創(chuàng)新類業(yè)務(wù)承載需求。智慧機(jī)場(chǎng)主要的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求如表1所示。

表1智慧機(jī)場(chǎng)主要業(yè)務(wù)應(yīng)用需求

覆蓋規(guī)劃

覆蓋規(guī)劃主要基于鏈路預(yù)算，首先根據(jù)機(jī)場(chǎng)不同區(qū)域提供的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)速率、質(zhì)量目標(biāo)及相關(guān)參數(shù)，估算出滿足覆蓋業(yè)務(wù)要求允許的最大路徑損耗（MAPL），并利用校正后的傳播模型測(cè)算出單站點(diǎn)的覆蓋半徑，從而測(cè)算出覆蓋區(qū)域內(nèi)需要的總基站數(shù)量。其中，3GPP TR 38.901定義了適用于0.5～100 GHz頻段的5G傳播模型，包含Uma(城區(qū)宏站)、UMi（城區(qū)微站）、RMa（農(nóng)村宏站）和InH（室內(nèi)熱點(diǎn)）四類場(chǎng)景，并各自分視距與非視距（LOS&NLOS）兩種情況，機(jī)場(chǎng)區(qū)域的傳播模型主要考慮Uma、UMi的場(chǎng)景，并通過(guò)典型區(qū)域的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行校正。目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商普遍采用宏微結(jié)合、高中低頻段協(xié)同組網(wǎng)的方式，以選用Uma-NLOS模型、2.6G頻段為例，站間距約在300m~400m左右。

容量規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃容量應(yīng)能滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景下，不同類型的應(yīng)用終端最大并發(fā)業(yè)務(wù)的承載需求，智慧機(jī)場(chǎng)的主要應(yīng)用終端包含手持多功能終端、車載終端、高清視頻監(jiān)控終端、智能機(jī)器人及各類傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。

若智慧機(jī)場(chǎng)的專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)選擇基于公網(wǎng)切片的組網(wǎng)方式，在容量規(guī)劃中還應(yīng)綜合考慮公網(wǎng)業(yè)務(wù)、信令等各種無(wú)線空口資源的需求。結(jié)合典型配置下單基站的容量能力，可以測(cè)算出滿足總?cè)萘啃枨蟮囊?guī)劃站點(diǎn)數(shù)量。在實(shí)際部署中還可以引入移動(dòng)性負(fù)載均衡機(jī)制、雙連接、載波聚合、上行補(bǔ)充載波等技術(shù)手段，滿足局部高帶寬業(yè)務(wù)的需求，避免小區(qū)間擁塞。容量規(guī)劃應(yīng)與覆蓋規(guī)劃相結(jié)合，最終的規(guī)劃結(jié)果應(yīng)能同時(shí)滿足覆蓋與容量的需求。

站址規(guī)劃

5G智慧機(jī)場(chǎng)無(wú)線專網(wǎng)需滿足機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)智慧運(yùn)營(yíng)、應(yīng)急保障等通信需求，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)包括航站樓、貨運(yùn)區(qū)、飛行區(qū)、配套設(shè)施等在內(nèi)的全部區(qū)域的室內(nèi)外進(jìn)行信號(hào)覆蓋。其中，航站樓作為旅客高密度集中區(qū)域，需做重點(diǎn)保障。室內(nèi)建議以室分為主、有源室分和無(wú)源室分相結(jié)合的方式進(jìn)行覆蓋，并綜合考慮室內(nèi)布局、單天線覆蓋能力等，合理規(guī)劃點(diǎn)位和安裝方式，室分信源建議統(tǒng)一收斂至各個(gè)弱電間。室外以宏基站為主、微站為輔的方式進(jìn)行覆蓋，宏基站選址應(yīng)符合規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求，在滿足機(jī)場(chǎng)限高要求的前提下，合理地利用建筑屋頂、監(jiān)控桿、停機(jī)坪高燈桿、跑道外的圍界桿等配套資源。同時(shí)，通過(guò)在外墻、廊橋頂、路燈桿等掛裝微站的方式，對(duì)局部熱點(diǎn)區(qū)域行補(bǔ)充覆蓋。

仿真分析

利用上述規(guī)劃方案形成的站點(diǎn)清單進(jìn)行仿真分析，檢查仿真結(jié)果中的覆蓋、質(zhì)量、速率是否滿足規(guī)劃指示的要求。對(duì)達(dá)不到要求的局部區(qū)域，結(jié)合無(wú)線環(huán)境等因素進(jìn)行初步原因分析，并通過(guò)天饋優(yōu)化、站址調(diào)整等方式對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行調(diào)整。每次方案調(diào)整后應(yīng)重新仿真，確保仿真結(jié)果能達(dá)到預(yù)期的效果，并輸出規(guī)劃站點(diǎn)清單和仿真效果圖。在基站選址時(shí)應(yīng)盡量保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合規(guī)劃的蜂窩結(jié)構(gòu)要求，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)也應(yīng)對(duì)相關(guān)方案進(jìn)行優(yōu)化，并重新進(jìn)行仿真分析。

組網(wǎng)方式

目前各運(yùn)營(yíng)商均推出5G定制網(wǎng)業(yè)務(wù)，可靈活滿足行業(yè)用戶對(duì)安全隔離、業(yè)務(wù)質(zhì)量保障、業(yè)務(wù)服務(wù)范圍等的不同需求。針對(duì)智慧機(jī)場(chǎng)特殊業(yè)務(wù)場(chǎng)景的差異化組網(wǎng)方式，主要包擴(kuò)獨(dú)立部署、與公網(wǎng)完全共享、與公網(wǎng)部分共享3種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式。

●獨(dú)立部署

獨(dú)立部署場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包擴(kuò)5G無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)等在內(nèi)的所有網(wǎng)元均獨(dú)立部署，與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)完全物理隔離，產(chǎn)權(quán)歸機(jī)場(chǎng)方所有，由機(jī)場(chǎng)方負(fù)責(zé)整體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)等全部工作。

優(yōu)勢(shì)：與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)完全物理隔離，含控制面和用戶面的所有數(shù)據(jù)均不出機(jī)場(chǎng)園區(qū)，安全性高；專網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行管理、參數(shù)操作、用戶配置信息等均在機(jī)場(chǎng)園區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)和管理，自主控制，不受制于運(yùn)營(yíng)商；控制面網(wǎng)元路由無(wú)迂回、UPF獨(dú)享，時(shí)延低；頻率資源獨(dú)享，業(yè)務(wù)速率有保障。

劣勢(shì)：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由機(jī)場(chǎng)方投資，成本較高；目前工信部暫未出臺(tái)5G專網(wǎng)獨(dú)立部署的相關(guān)政策，也未劃撥獨(dú)立的頻段資源，存在一定政策風(fēng)險(xiǎn)；機(jī)場(chǎng)方需要配置專網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化、運(yùn)維的專業(yè)人才隊(duì)伍，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的升級(jí)換代、新技術(shù)應(yīng)用等，需要增加額外的投資。

獨(dú)立部署適用于極個(gè)別需要超高安全性且對(duì)成本不敏感的特殊行業(yè)。

圖1 獨(dú)立部署場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

●與公網(wǎng)完全共享

公網(wǎng)完全共享場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，機(jī)場(chǎng)5G無(wú)線專網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)完全共享無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)等所有網(wǎng)元，產(chǎn)權(quán)歸運(yùn)營(yíng)商所有，機(jī)場(chǎng)5G無(wú)線專網(wǎng)通過(guò)租用運(yùn)營(yíng)商定制的5G切片方式實(shí)現(xiàn)，其中運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)一般集中部署在省會(huì)等中心城市，UPF由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)業(yè)務(wù)需求，一般統(tǒng)一部署于地市級(jí)或區(qū)縣級(jí)機(jī)房。通過(guò)針對(duì)性的定制5G網(wǎng)絡(luò)切片，滿足用戶業(yè)務(wù)安全和隔離的要求，其中無(wú)線空口資源可選用QoS相對(duì)優(yōu)先調(diào)度、RB資源預(yù)留等方式，承載網(wǎng)可選用基于FlexE的硬隔離或基于VPN+QoS的軟隔離方式，核心網(wǎng)則在控制面和用戶面完全共享。

優(yōu)勢(shì)：無(wú)需增加建設(shè)成本，只需向運(yùn)營(yíng)商訂購(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)能力；網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備的升級(jí)換代、新技術(shù)應(yīng)用等均由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)，運(yùn)營(yíng)成本低；可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，選擇針對(duì)性的定制服務(wù)，能提供端到端差異化保障的網(wǎng)絡(luò)連接。

劣勢(shì)：UPF不下沉至機(jī)場(chǎng)園區(qū)內(nèi)機(jī)房，數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)本地卸載，路由較長(zhǎng)，時(shí)延相對(duì)較高；設(shè)備的運(yùn)行管理、參數(shù)操作、用戶配置信息存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)上，數(shù)據(jù)會(huì)出園區(qū)，且受制于運(yùn)營(yíng)商；與公網(wǎng)混用,在網(wǎng)絡(luò)安全和容量方面不如獨(dú)立部署模式。

通常適用于對(duì)安全隔離要求不高的公眾網(wǎng)、通用行業(yè)的普通消費(fèi)者業(yè)務(wù)。

圖2 與公網(wǎng)完全共享場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

●與公網(wǎng)部分共享

與公網(wǎng)部分共享場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示，機(jī)場(chǎng)5G無(wú)線專網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)共享無(wú)線接入網(wǎng)，共享核心網(wǎng)的控制面網(wǎng)元，核心網(wǎng)的用戶面網(wǎng)元下沉至機(jī)場(chǎng)園區(qū)內(nèi)的機(jī)房，用戶面數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地卸載。產(chǎn)權(quán)歸運(yùn)營(yíng)商所有，機(jī)場(chǎng)5G無(wú)線專網(wǎng)通過(guò)租用運(yùn)營(yíng)商定制的5G切片方式實(shí)現(xiàn)，其中運(yùn)營(yíng)商控制面網(wǎng)元一般集中部署在省會(huì)等中心城市。

優(yōu)勢(shì)：同與公網(wǎng)完全共享模式，且因在核心網(wǎng)用戶面?zhèn)扰c公網(wǎng)完全物理隔離，用戶面的數(shù)據(jù)不出園區(qū)，安全性較高；UPF下沉獨(dú)享，用戶面數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地卸載，時(shí)延低。

劣勢(shì)：共享網(wǎng)元的運(yùn)行管理、參數(shù)操作、用戶配置信息存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)上，控制面數(shù)據(jù)會(huì)出園區(qū)，且受制于運(yùn)營(yíng)商。

與公網(wǎng)部分共享模式成本適中，能在網(wǎng)絡(luò)性能、安全隔離度和成本之間找到平衡點(diǎn)，從而滿足大多數(shù)通用行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)切片分級(jí)需求。

圖3 與公網(wǎng)部分共享場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

智慧機(jī)場(chǎng)5G無(wú)線專網(wǎng)規(guī)劃和部署應(yīng)在滿足機(jī)場(chǎng)差異化業(yè)務(wù)需求的前提下，綜合考慮投資效益和運(yùn)維成本等因素，通過(guò)設(shè)定合理的業(yè)務(wù)目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)手段，選擇適合的5G定制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

*本文首發(fā)于《通信世界》

2022年11月10日 第21期 總第907期

原文標(biāo)題：基于5G的智慧機(jī)場(chǎng)無(wú)線專網(wǎng)規(guī)劃思路探討

關(guān)鍵詞： 智慧機(jī)場(chǎng) 無(wú)線專網(wǎng)