论文部分内容阅读
【摘要】 随着国家海洋战略的推进和发展，海洋经济开发方式已逐步由传统的单向开发向现代综合利用发展型转变。由于现代海洋开发设备的智能化、海事业务领域对信息通信技术的需求日益迫切，传统的通信方式已适应不了发展的要求，本文阐述了5G 700MHz通信网络在海域通信覆盖方面的可行性及助力于智慧海洋建设，在海事管理、海上搜救、海洋生态等海上各类生产活动等相关领域的新业务和新应用，将有效助力提升海洋领域的智能化发展，并助力我国海洋强国战略发展。
【关键词】 5G 700MHz 海域覆盖 应用
一、5G通信发展
5G，即第五代移动通信技术，一方面大幅提升个人用户高带宽移动互联网 业务体验，创造出新的生活娱乐应用场景;另一方面契合大带宽、大连接、低时延等5G网络能力，与其他基础共性能力，如：人工智能、物联网、云计算、 大螂和边缘计算等构成信息基础设施，成为推动传统行业数字化转型升级与数字经济社会发展的重要基石。5G通信网络通过采取更先进和更多样的技术，统一融合网络接口，实现移动互联网和物联网间的广泛连接，应用在政务、交通、医疗、教育、工农业、金融、应急救灾等多个领域。
二、 5G能力特点和频段优缺点分析
2.1 5G能力特点
5G网络能力、基础共性能力、行业共性能力三者的结合，称为5G能力[1]。其中：
5G网络能力：具有三大特点，增强型移动宽带（eMBB，简称大带宽）、海量机器类通信（mMTC，简称大连接）及低时延高可靠通信（uRLLC，简称低时延）。
基础共性能力：包括人工智能、物联网、云计算、大数据和边缘计算五种能 力。基础共性能力和5G网络能力相互融合，为5G应用开发与运营提供信息基础。
行业共性能力：包括视频监控、VR/AR、无人机、机器人等。 行业共性能力犹如5G应用中的神经末梢，担负着信息收集、展现与执行的重要作用，是5G垂直行业应用中的关键组成部分，例如：智慧城市、安防管理;基于无人机的各类应用场景;基于 AR技术的工业产品、目标人员检验识等。5G网络能力与基础共性能力的融合，会使行业共性能力得到充分发挥，推进行业共性能力产品研发与产业升级。
2.2频段优缺点分析
目前我国已在城市城区、乡镇镇区及高价值热点区域建有商用2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等中高频段的5G通信网络，具有超大带宽、超高速率等优势[2]。欠发达地区、一些偏远地区及农村由于受限于现网中高频段的传播性能和建网成本过高的影响，5G网络尚未广泛覆盖，人们还没有享受到信息基础建设发展的红利。700MHz频段在我国以前一直用于广播信号。工业和信息化部在2020年3月25日发布了工信部无〔2020〕50号文《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，将部分原用于广播电视业务的频谱资源重新规划用于移动通信系统，并明确了移动通信系统双工方式、无线电频率使用许可和无线电台（站）设置使用许可权限、移动通信系统与现有无线电业务完成协调的相关要求等。
对比现有的5G频段，700MHz频段是无线频率中的黄金频段（如表1所示），5G网络采用700MHz频段在覆盖上存在无可比拟的频段优势及建设优势。具有传输效率高;更低的多普勒频谱，信号解调更可靠，绕射能力强，穿透衰耗小，改善室内弱覆盖问题等优势;由空间衰耗小，覆盖广（如图1所示），相比较其他频段覆盖同样面积所需基站数量少，整体建网成本低（如图2所示）。
图1 5G各频段覆盖范围对比图
图2 5G相同基站覆盖范围效果图
综上分析，随着我国5G 700MHz网络的建设实施，可有效改善城区深度覆盖和满足农村、草原、林场、海域、岛礁等重点偏远区域网络广覆盖需求。
三、在海域通信覆盖的应用前景
与陆地通信的信道环境相比，潮汐、海浪、湿度、气压及海水蒸发等综合因素[3]使海域覆盖信道建设环境更加复杂，在建设前需对海洋环境进行全面分析与准确建模，精心部署。我国海域面积有约470万平方公里，大陆海岸线长18000千米，沿海分布着6500个岛屿， 岛屿岸线总长约14000公里。岛屿及其周围海域资源也很丰富，具有广阔的开发前景，又是保卫祖国的海防前哨。大岛可以设港，小岛可以设标，在海洋交通中意义重大。海岛还将祖国海防线向外推进几十甚至几百公里。
3.1助力智慧海洋发展
可以通过基于近岸和岛礁5G 700MHz海域覆盖通信网络，充分利用5G高速度、大容量、低时延、低功耗的特点，构建天、空、岸、海、潜一体化[4]的智慧海洋信息服务平台，涵盖海洋生态环保、海洋预报减灾、海洋执法、海洋渔业等多个方面服务，实现海量设备接入和数据传输提供技術支撑。
1.海洋生态环保：提供智慧海洋环境监测评价信息化服务，涵盖海洋环境监测据的采集、实验室分析管理、环境分析评价、环境质量公报的一键制作、评价信息发布以及海洋工程项目管理等多个方面。
2.海洋预报减灾：提供智慧海洋预报减灾信息化服务，包括多源异构的观测信息的智能化解析集成、数值预报模型服务及精细化报服务、预警报单的智能化制作与发布、预报数据三维可视化、粒子可视化、灾害应急指挥管理等信息化服务。
（3）海洋执法：提供海上执法信息化服务，包括海洋执法情报采集、违法智慧裁判、现场移动执法、执法综合管理、执法智慧决策等信息化服务，能够加强海上违法查处能力，有效提升海域、海岛管理和海洋环境保护工作效率。
（4）海洋资源：提供海域、海岛、海岸线等海洋资源综合管理信息化服务，包括海洋资源审批使用管理、动态监视监测管理等信息化服务，为海洋资源管理提供强有力的信息化支撑。 （5）海洋漁业：以水产品、渔港、渔船、船员为主体，以物联网、云计算、大数据、人工智能等技术为支撑，以政府、企业和公众为服务对象，建立综合型智慧渔业信息化管理和运营服务系统。
3.2宣誓我国的海洋主权
海域通信覆盖，不仅仅是我国科技水平进步的一种的体现，更是宣誓了我国的海洋主权。要充分利用5G技术完善我国周围海区的通信覆盖，可形成一种“信息边疆”的概念，突破传统海陆空边界划分，将我国的信息覆盖能力扩大化，不再局限于“三维疆域”而是扩展为“四维疆域”。
信息边疆的战略意义主要体现在两个方面：一方面5G网络的海域覆盖，体现了一种超地缘的特征，极大的拓展了我国政府行使主权的空间，意味着我国已经完全掌控了我国的信息疆域，另一方面5G网络海域覆盖又促进着我国海洋经济权益的发展，渔权在信息领域得到了保障，渔民的活动范围、活动时间有所增加;智慧海洋体系在5G的帮助下逐渐形成，我国相关企业单位对周围的海洋资源的开发和管理得到了信息领域的保障，如油气田开发、填海造陆等项目均可更好的进行。我国宣誓和维护正当海洋权益得到有力体现。
四、结束语
海洋作为人类赖以生存和发展的重要空间，拥有丰富的物质和能量资源，是各国战略利益竞争的制高点。拥有广泛的海洋战略安全和发展利益。党的十八大提出建设海洋强国的重大战略部署，党的十九大进一步明确坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。海洋信息领域的争夺必将是海洋权益争夺的重点话题，5G的应用，突破了三维疆域的限制，不仅改变了我国传统的海洋经济发展模式，更是彰显和维护了我国的海洋权益。
参 考 文 献
[1]中国移动研究院，5G典型应用案例集锦2019年11月[R];1-3;
[2]秦上古， 700M将成为5G大带宽时代的终极利器[N];电子报2020年6月28日第010版;1-2;
[3]张海君、苏仁伟、唐斌、王成才、隆克平、陆军，未来海洋通信网络架构与关键技术[J];无线电通信技术2021年6月6日第004版;1-10;
[4]刘川，推进智慧海洋工程助力海洋强国建设-2019年智慧海洋高端论坛[N];中国海洋报2019年12月20日第004版;1-4;
【关键词】 5G 700MHz 海域覆盖 应用
一、5G通信发展
5G，即第五代移动通信技术，一方面大幅提升个人用户高带宽移动互联网 业务体验，创造出新的生活娱乐应用场景;另一方面契合大带宽、大连接、低时延等5G网络能力，与其他基础共性能力，如：人工智能、物联网、云计算、 大螂和边缘计算等构成信息基础设施，成为推动传统行业数字化转型升级与数字经济社会发展的重要基石。5G通信网络通过采取更先进和更多样的技术，统一融合网络接口，实现移动互联网和物联网间的广泛连接，应用在政务、交通、医疗、教育、工农业、金融、应急救灾等多个领域。
二、 5G能力特点和频段优缺点分析
2.1 5G能力特点
5G网络能力、基础共性能力、行业共性能力三者的结合，称为5G能力[1]。其中：
5G网络能力：具有三大特点，增强型移动宽带（eMBB，简称大带宽）、海量机器类通信（mMTC，简称大连接）及低时延高可靠通信（uRLLC，简称低时延）。
基础共性能力：包括人工智能、物联网、云计算、大数据和边缘计算五种能 力。基础共性能力和5G网络能力相互融合，为5G应用开发与运营提供信息基础。
行业共性能力：包括视频监控、VR/AR、无人机、机器人等。 行业共性能力犹如5G应用中的神经末梢，担负着信息收集、展现与执行的重要作用，是5G垂直行业应用中的关键组成部分，例如：智慧城市、安防管理;基于无人机的各类应用场景;基于 AR技术的工业产品、目标人员检验识等。5G网络能力与基础共性能力的融合，会使行业共性能力得到充分发挥，推进行业共性能力产品研发与产业升级。
2.2频段优缺点分析
目前我国已在城市城区、乡镇镇区及高价值热点区域建有商用2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等中高频段的5G通信网络，具有超大带宽、超高速率等优势[2]。欠发达地区、一些偏远地区及农村由于受限于现网中高频段的传播性能和建网成本过高的影响，5G网络尚未广泛覆盖，人们还没有享受到信息基础建设发展的红利。700MHz频段在我国以前一直用于广播信号。工业和信息化部在2020年3月25日发布了工信部无〔2020〕50号文《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，将部分原用于广播电视业务的频谱资源重新规划用于移动通信系统，并明确了移动通信系统双工方式、无线电频率使用许可和无线电台（站）设置使用许可权限、移动通信系统与现有无线电业务完成协调的相关要求等。
对比现有的5G频段，700MHz频段是无线频率中的黄金频段（如表1所示），5G网络采用700MHz频段在覆盖上存在无可比拟的频段优势及建设优势。具有传输效率高;更低的多普勒频谱，信号解调更可靠，绕射能力强，穿透衰耗小，改善室内弱覆盖问题等优势;由空间衰耗小，覆盖广（如图1所示），相比较其他频段覆盖同样面积所需基站数量少，整体建网成本低（如图2所示）。
图1 5G各频段覆盖范围对比图
图2 5G相同基站覆盖范围效果图
综上分析，随着我国5G 700MHz网络的建设实施，可有效改善城区深度覆盖和满足农村、草原、林场、海域、岛礁等重点偏远区域网络广覆盖需求。
三、在海域通信覆盖的应用前景
与陆地通信的信道环境相比，潮汐、海浪、湿度、气压及海水蒸发等综合因素[3]使海域覆盖信道建设环境更加复杂，在建设前需对海洋环境进行全面分析与准确建模，精心部署。我国海域面积有约470万平方公里，大陆海岸线长18000千米，沿海分布着6500个岛屿， 岛屿岸线总长约14000公里。岛屿及其周围海域资源也很丰富，具有广阔的开发前景，又是保卫祖国的海防前哨。大岛可以设港，小岛可以设标，在海洋交通中意义重大。海岛还将祖国海防线向外推进几十甚至几百公里。
3.1助力智慧海洋发展
可以通过基于近岸和岛礁5G 700MHz海域覆盖通信网络，充分利用5G高速度、大容量、低时延、低功耗的特点，构建天、空、岸、海、潜一体化[4]的智慧海洋信息服务平台，涵盖海洋生态环保、海洋预报减灾、海洋执法、海洋渔业等多个方面服务，实现海量设备接入和数据传输提供技術支撑。
1.海洋生态环保：提供智慧海洋环境监测评价信息化服务，涵盖海洋环境监测据的采集、实验室分析管理、环境分析评价、环境质量公报的一键制作、评价信息发布以及海洋工程项目管理等多个方面。
2.海洋预报减灾：提供智慧海洋预报减灾信息化服务，包括多源异构的观测信息的智能化解析集成、数值预报模型服务及精细化报服务、预警报单的智能化制作与发布、预报数据三维可视化、粒子可视化、灾害应急指挥管理等信息化服务。
（3）海洋执法：提供海上执法信息化服务，包括海洋执法情报采集、违法智慧裁判、现场移动执法、执法综合管理、执法智慧决策等信息化服务，能够加强海上违法查处能力，有效提升海域、海岛管理和海洋环境保护工作效率。
（4）海洋资源：提供海域、海岛、海岸线等海洋资源综合管理信息化服务，包括海洋资源审批使用管理、动态监视监测管理等信息化服务，为海洋资源管理提供强有力的信息化支撑。 （5）海洋漁业：以水产品、渔港、渔船、船员为主体，以物联网、云计算、大数据、人工智能等技术为支撑，以政府、企业和公众为服务对象，建立综合型智慧渔业信息化管理和运营服务系统。
3.2宣誓我国的海洋主权
海域通信覆盖，不仅仅是我国科技水平进步的一种的体现，更是宣誓了我国的海洋主权。要充分利用5G技术完善我国周围海区的通信覆盖，可形成一种“信息边疆”的概念，突破传统海陆空边界划分，将我国的信息覆盖能力扩大化，不再局限于“三维疆域”而是扩展为“四维疆域”。
信息边疆的战略意义主要体现在两个方面：一方面5G网络的海域覆盖，体现了一种超地缘的特征，极大的拓展了我国政府行使主权的空间，意味着我国已经完全掌控了我国的信息疆域，另一方面5G网络海域覆盖又促进着我国海洋经济权益的发展，渔权在信息领域得到了保障，渔民的活动范围、活动时间有所增加;智慧海洋体系在5G的帮助下逐渐形成，我国相关企业单位对周围的海洋资源的开发和管理得到了信息领域的保障，如油气田开发、填海造陆等项目均可更好的进行。我国宣誓和维护正当海洋权益得到有力体现。
四、结束语
海洋作为人类赖以生存和发展的重要空间，拥有丰富的物质和能量资源，是各国战略利益竞争的制高点。拥有广泛的海洋战略安全和发展利益。党的十八大提出建设海洋强国的重大战略部署，党的十九大进一步明确坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。海洋信息领域的争夺必将是海洋权益争夺的重点话题，5G的应用，突破了三维疆域的限制，不仅改变了我国传统的海洋经济发展模式，更是彰显和维护了我国的海洋权益。
参 考 文 献
[1]中国移动研究院，5G典型应用案例集锦2019年11月[R];1-3;
[2]秦上古， 700M将成为5G大带宽时代的终极利器[N];电子报2020年6月28日第010版;1-2;
[3]张海君、苏仁伟、唐斌、王成才、隆克平、陆军，未来海洋通信网络架构与关键技术[J];无线电通信技术2021年6月6日第004版;1-10;
[4]刘川，推进智慧海洋工程助力海洋强国建设-2019年智慧海洋高端论坛[N];中国海洋报2019年12月20日第004版;1-4;