1 引言
　　现代船舶正在大型化、高速化、信息化的道路方向上迅猛发展，尤其内河航运业的快速发展，导致船舶数量与水域交通密度及危险货物装载数量不断增加，严重影响了内河船舶航行安全及内河流域生态环境。我们有必要在长期研究航行安全保障技术中加强认识船舶之间和船岸之间信息交换的重要性。近年来，伴随着移动通信技术的高速发展，信息科学技术己经成为国际航运业新的强大推动力。随着我国内河运输及港区物流交通事业的迅速发展，内河港区船舶和岸台之间的数据业务交流也愈加频繁，对数据传输的可靠性、高速率的要求也越来越引起人们的重视。数据通信逐渐成为支撑现代航运业的重要通信手段，如何利用现有的先进的3G 通信标准和通信手段，有效提高船岸之间的数据传输速率，保证船岸间数据传输的高速和可靠性，是一个值得研究的课题，有利于促进整个航运事业的发展。本文将着力探讨WCDMA（3G 三大标准之一）在内河港区通信的应用。
　　2 目前内河港区主要通信方式
　　当前，内河港区的通信方式和数据传输类型中，主要有以下几种方式：
　　1、窄带直接印字电报，简称NBDP。NBDP 设备是一种采用数字通信技术与微机控制技术相结合的先进的通信终端。与摩尔斯电报相比，NBDP 具有速度快、质量高、占用频带窄、抗干扰性能强等特点。
　　2、数字选择性呼叫(DSC)是通信设备的一种终端。DSC 不仅作为遇险报警与选择性呼叫终端使用，还可以进行数据或信息交换。
　　3、船舶自动识别系统，自动连续发出船舶自身的静态信息(编码、船名等)、动态信息(船位、航速、航向等)、航次信息和安全信息，同时也自动接收周围船舶发来的这些消息，为船舶避碰和航行提供辅助决策。AIS 采用GMSK/FM 的调制方式，传输速率为96Kbps。
　　4、VHF（甚高频）通信方式，当前在近距离船—船通信和船—岸通信的海上通信系统中系统中普遍采用的是VHF 通信。国际海事组织等国际组织专门划分出专用的海上VHF通信信道供所有在海上航行以及在港口停泊的船舶实用，同时港口管理部门也在实用相应的VHF 频道与船舶进行通信联络，因为VHF 是近距离海上通信中最重要的手段。但是VHF也有其固有的缺点比如容易受干扰、通信容量小，虽然VHF 至今已经使用了三十几年，可是始终没有更先进的通信系统可以代替。
　　5、海事卫星通信INMARSAT 系统是国际海事卫星组织对海上航行船舶提供全球范围内移动通信服务的系统，可以提供数据业务，但是卫星通信的费用却是一个阻碍其应用的实际问题，我们发现，现有的近海数据通信手段中，由于设备陈旧或相应技术不成熟以及昂贵的通信费用，都不能适应现代化港口数据业务高速发展的需要，存在着如下的一些缺点：
　　1、地面通信系统的数据传输速率低，不能满足高速数据传输的需要；卫星通信系统的通信费用高，很不经济。
　　2、NBDP, DSC, AIS 等通信方式主要提供航行安全信息，为航行安全服务，进行其它数据业务通信能力差，不能满足航运业发展的需要。
　　3、NBDP, DSC 采用副载波调制方式，AIS 采用GMSK 调制方式，没有充分利用信道复用技术，信道频谱的利用率。
　　4、NBDP, DSC 的通信协议比较落后，受编码和纠错方式的局限性，纠错能力差，通信效率低。
　　综上所述，船岸间数据业务的交换，原有的地面通信系统相对落后，传输速率低，频谱利用率不高；而卫星通信系统的高速数据传输由于技术和费用问题因此还没有充分利用起来。
　　3 WCDMA 技术特点研究
　　WCDMA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWideband CDMA 是一种由3GPP 具体制定的，基于GSM MAP 核心网，UTRAN（UMTS 陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。
　　是一项新兴的无线高速数据通信技术，能提供面向互联网的高速连接。
　　WCDMA 由于技术的先进性所以与以前的GSM 等移动通信方式相比具有以下的技术特点：
　　1）更强的无线传输技术WCDMA 是一种直扩序列码分多址技术(DS-CDMA)， 信息被扩展成3.84Mchips，然后在5MHz 带宽内传送它采用了多种技术保证QoS。支持同步/异步基站运行模式，采用上下行闭环加外环功率控制方式，同时使用开环和闭环发射分集方式，上下行采用QPSK 调制，支持Turbo 编码及卷积码。
　　2）更大的系统容量WCDMA 由于自身的带宽较宽，抗衰落性能好，上下行链路实现相干解调，大幅度提高链路容量。WCDMA 系统采用快速功率技术，使发射机的发射功率总是处于最小的水平，从而减少了多址干扰。这些技术都提高了系统容量。系统容量大，单用户设备成本降低，建设WCDMA 网络的投资要比2G 低。
　　3）更多的业务种类WCDMA 系统可以提供和开展的业务种类非常丰富，分为两大类CS 域业务和PS 域业务。其中CS 域业务主要包括：基本电信业务（语音特服紧急呼叫）、补充业务、点对点短消息业务、电路型承载业务、电路型多媒体业务、智能网业务。PS 域业务主要包括：PS 域的短消息业务、移动QICQ、移动游戏、移动冲浪、视频点播、手机收发E-mail、智能网业务等。
　　4）更高的数据速率具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet 业务。现有的移动通信系统主要以提供语音业务为主，一般能提供100~200Kbit/s 的数据业务，GSM 演进到最高阶段能提供384Kbit/s 的数据业务。而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进，支持话音数据和多媒体业务，并且可根据需要提供宽带。
　　第三代移动通信无线传输技术满足以下三种要求。即：
　　快速移动环境：最高速率达144Kbit/s室外到室内或步行环境：最高速率达384Kbit/s室内环境：最高速率达2Mbit/s5）更高的语音质量AMR 语音编码技术，语音传输速率最高达到12.2Kbit/s（R99）。WCDMA 的带宽达到5MHz，使得其具有更大的扩频因子，从而带来更大的处理增益。同时宽带使其具有更强的多径分辨能力，改善RAKE 接收机性能。另外，WCDMA 采用发射分集技术，有效改善下行链路的接收性能。并通过交织和卷积编码技术来有效保证传输误码率。通过采用这些技术，使得WCDMA 网络语音质量接近固定网的语音质量。
　　4 WCDMA 频率规划
　　4.1 WCDMA 系统工作频
　　段我国信息产业部国家无线电管理委员会依据国际电联频率划分技术标准，按照我国无线电频率划分规定，结合我国无线电频谱使用的实际情况，2002 年10 月在信产部无[2002]479号文中，规定了我国第三代公众移动通信系统的频率规划（见图1）。
　　（一）主要工作频段：
　　频分双工（FDD）方式：1920～1980MHz/2110～2170MHz；时分双工（TDD）方式：1880～1920MHz、2010～2025MHz。
　　（二）补充工作频段：
　　频分双工（FDD）方式：1755～1785MHz/1850～1880MHz：
　　时分双工（TDD）方式：2300～2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。
　　（三）卫星移动通信系统工作频段：1980～2010MHz/2170～2200MHz
　　4.2 WCDMA 系统频率使用规划
　　在使用 3G 频率时，首先需要了解当地频率的使用情况，通过测试确定可以使用的频点，但总体原则是从上往下争取，避免与TDD 频段相邻。
　　根据容量配置结果，3G 发展初期湖南移动只需要1 个载频用于室外宏蜂窝层。室内微蜂窝层覆盖可采用异频覆盖或同频覆盖方式，若采用异频覆盖则需单独1 个载频用于室内的覆盖。室内覆盖采用上述异频覆盖方式，可以有效减轻室内外的相互干扰，但是应对室内外交接处如门厅的信号进行优化，减少异频切换的发生。
　　WCDMA 系统所用的频段及保护带不可被其它无线系统占用。系统安装前必须进行现场测试，对可能的干扰源进行分析并清除。
　　4.3 WCDMA 覆盖和容量
　　WCDMA 手机的最大发射功率为125mW (21dbm)，而下行业务信道最大发射功率至少为28dbm(不同业务设定的最大发射功率不同)，故WCDMA 系统的覆盖能力一般受限于上行功率。在覆盖上行受限时，覆盖满足了上行也就满足了下行，上行和下行链路具有不同的链路特性，覆盖能力不同，需要进行链路均衡。功率控制可调整下行功率，使下行覆盖与上行平衡。实际中，覆盖半径的大小受以下几种因素影响：衰落和人体损耗以及穿透损耗；网络环境(多小区环境)下的的邻小区干扰；用户密度(对于用户密度高的区域，网络可能不是覆盖受限，而是干扰受限)；多业务(WCDMA 系统支持多种业务，各种业务的覆盖能力不同)。
　　业务速率要求不同，覆盖能力不同；业务QoS 要求不同，覆盖能力也不同。
　　WCDMA 业务网分为电路交换业务〔CS： Circuit Switch)和分组交换业务(PS：PackageSwitch)，具体有5 种基本业务CSIZ.Zk,CS64k,PS64k,PS144k,PS384k 有着不同的业务速率和质量要求。在满足各自质量要求的情况下，相同发射功率的手机对各业务所能支持的覆盖距离不同，达到基本业务的连续覆盖并不是只有基本业务在网络中是连续覆盖的，对于数据速率低于基本业务的业务，网络能够保证其连续覆盖，对于数据速率高于基本业务的业务，在网络负载相比目标负载较低时，网络也能够保证其连续覆盖，但是当高于一定负载时，对于该业务会出现覆盖空洞，即在小区边缘处不能够提供该业务。因此在网络设计时需要确定保证业务。
　　WCDMA 系统容量不同于以往的系统容量，系统的容量要用硬容量和软容量两方面同时衡量。WCDMA 系统的硬容量是Node B 为每个小区分配的信道数目限制，由基带通道数和倾率资源决定，这与2G 系统相同，它决定每个小区最大可同时处理多少个用户的通信。
　　WCDMA 系统的容量体现为软容量的特性，软容量限制源于WCDMA 的自干扰特性和对多种业务支持的特性。系统会为了减少干扰，保证业务质量而拒绝新的用户接入；在同样情况下，系统可能会拒绝高速业务而允许占用资源少的低速业务申请；在网络繁忙时，降低某种业务质量要求而减少资源占用。
　　可见，容量和覆盖规划在WCDMA 中不再是两个分开的任务，而是交织在一起，需要平衡后综合考虑。呼吸效应会导致覆盖与容量的失衡，基站的发射功率是有限的，随着小区覆盖距离的增加，以及系统用户和业务的增加，下行链路的路径损耗加大，系统可承受的总链路数(容量)就会减少，覆盖与容量成为一种此消彼长的动态关系。
　　5 WCDMA 技术在内河港区通信中的应用(1) WCDMA 是一个全球统一的技术标准，技术相对比较成熟。无论在哪里，只要使用有WCDMA 技术的设备都可以很好地进行通信，这个特点对于海上无线通信来说尤其重要。
　　船舶航行于世界各个港口之间，因此船舶所采用的通信标准必须是统一的。
　　(2) WCDMA 的通信距离远，接入速度快。每个WCDMA 基站可以有6 个扇区，每个扇区内可以容纳60 个终端，每个扇区的系统带宽为70M，这样每个WIMAX 基站可以支持360个终端，总系统带宽为420 M。比如对于上海港这样的港口使用少量WCDMA 基站即可覆盖全港区，从而构成一张功能强大的无线宽带网络，而且网络部署的周期短、成本低。
　　(3)从目前实际应用来看，船到岸的数据通信能力是很有限的，特别是当船舶进入港口之后，虽然与陆地非常近，但是船舶仍然是一个信息孤岛，尽管可以使用其他通信手段，比如卫星通信，但成本会非常高。因此这种局面急需得到改变，WCDMA 将建立一条船到岸的信息高速公路。可以提供一种高速、便捷、低成本船岸之间的数据通信手段。
　　(4) WCDMA 技术研究的最初目的是针对点对点远距离高速无线数据通信方案，后来逐渐加强了其移动性。WCDMA 终端需要架设较为高大的天线，其移动性能不是很好，然而这个缺点对于船舶这样的移动终端来说是完全可以接受的。因为船舶上可以架设高大的天线，并且船舶的移动速度一般不会很大，因此很适合船岸通信。
　　6 WCDMA 技术在内河港区通信中的实现
　　WCDMA 技术应用到港区通信以后，进入港口VTS 覆盖水域的船舶会自动和VTS 中心建立高速数据链接，因此VTS 中心的交通显示器可以自动显示该船的名称、呼号、航向、航速等一些基本的船舶航行资料，这一切都和目前正在使用的AIS 系统非常类似，所不同的是WCDMA 提供的通信带宽、船速速率要远远大于AIS 系统，而且其覆盖范围和信息容量也是AIS 系统所无法比拟的，因此WCDMA 系统在内河港区通信中所具有的优势明显。
　　WCDMA 主要有以下功能：
　　(1) WCDMA 技术扩展了VTS 的覆盖区域，实现对船舶的远程监控，并提高VTS 的识别精度。VTS 可使用WCDMA 网络与一艘、多艘采用WCDMA 设备的船舶进行通信，与VTS 中心建立高速数据链接，连续的发射与接收和处理静态信息、动态信息，及时掌握该船的名称、呼号、识别码、船位、航向、航速等一些基本的航行资料，发布航行计划、靠泊指令、航行警告、突发事件及水文气象信息、VTS 状态信息、电子图表、校正信息、交通图像数据、其它信息与数据(援助、拖船、引水、供油、供水、物料)等。此外，VTS 可用WCDMA 设备监测航道与航标，为移动船舶提供定位服务。
　　(2)可以提供语音通信。目前进港船舶普遍使用VHF 语言通信，但其弊端也是比较明显的，通过VoIP (Voice over IP)技术完全可以取代目前的VHF 语言通信，彻底改变目前港口使用VHF 通信的现状，使得VHF 频道不再拥挤不堪，通话会更清晰，抗干扰能力会更强，同一时刻可以多人通话，大大提高管理效率。还可以在WCDMA 覆盖范围内可以与其他WCDMA 终端进行语音及数据通信。
　　(3)可以建立远程视频连接。这样VTS 中心的管理人员可以和船舶驾驶员面对面地交流。
　　对于水上视频会议、水上搜救、远程医疗救助等方面会非常有帮助。
　　(4)船岸之间会架起一条便捷的信息桥梁。凡是进入港口VTS 覆盖水域的船舶不再是信息孤岛，可以通过WCDMA 连接因特网，船员就可以通过船上的局域网轻松上网，丰富船员生活，了解外界信息。如图2 所示：
　　(5)完全实现VTS 系统的网络化和数字化。每条VTS 覆盖水域内的船舶都将成为VTS系统网络上的一个终端。由于采用的是标准的网络协议，因此各个港口的VTS 系统可以做到相通互联。全国甚至于全世界的各个港口的VTS 系统都可以融合成一张巨大的VTS 网络，在这样的网络上不论我们身处何处，只需要轻点鼠标就可以实时观察到各个船舶的动态信息。
　　7 结论
　　本论文利用无线通信技术、WCDMA 通信协议标准、WCDMA 通信网络规划设计原理，在内河港区建立一套完整的3G 移动通信服务区，利用HSDPA 技术、射频拉远等一系列手段实现网络优化，增加3G 信号的覆盖范围和深度，使基站信号能全面覆盖到内河港区，从而构成一张功能强大的3G 无线通信网络。