面向5G海域覆盖的无线创新解决方案——海舟宝
我国作为海洋大国，海岸线总长度超过32600千米，其中大陆海岸线长18400千米，拥有约300万平方公里海域，海洋资源丰富。2023年前三季度海洋生产总值7.2万亿元，同比增长5.8%，海洋经济潜力巨大。2021年，国务院正式批复《十四五”海洋经济发展规划》，要求加快构建现代海洋产业体系，山东、福建、广东、海南、江苏、浙江、广西等沿海省份均将海洋经济写入本省十四五规划纲要。本月刚刚结束的中央经济工作会议再次强调，要大力发展海洋经济，建设海洋强国。海洋产业中，产值最高的依次为海洋旅游业、海洋交通运输业、海洋化工业和海洋渔业，均对信息化程度有很高要求。
随着智慧海洋概念的提出，海洋信息化建设需求迫切。相对于卫星通信的有限带宽和昂贵资费，5G无疑是更具性价比的近中海通信覆盖方案。但雨雾天气、终端高度、海水介质、海浪高度、小区间干扰等复杂因素会导致海面5G信号及其不稳定，给网络质量带来恶劣影响。海域用户通信集中在船舱内，而普通渔船舱体信号屏蔽已达到10dB以上，大型船只的情况则更差，因此海域室内用户或终端往往处于弱覆盖区。当前业界主要通过海岸基站配合大功率直放站进行大型船只的信号延伸覆盖，缺乏满足大众需求的普适性方案，因此面对海域场景开发船载覆盖设备具有广阔的市场前景。
02“海舟宝”系统架构简介针对上述问题，“海舟宝”提出船载信号增强方案，重点解决近中海区域船舱内5G弱覆盖问题。
“海舟宝”选择从船只（终端）侧设计方案首先是用户需求考量，近中海区域主要是C端用户的蜂窝移动通信业务需求，考虑到当前沿海地区5G基站覆盖普遍已满足近中海距离要求，最直接有效的方案既在船只上进行5G信号中继。其次是成本考量，当前海岸基站覆盖能力并非关键制约因素，从基站侧进行方案设计所带来的成本提升相对较大，且并非全网适用，而船载侧方案更为灵活，针对有需求的使用环境可做到精准部署。
“海舟宝”方案基于中继通信技术，基本原理是延伸海岸基站的覆盖范围至船舱内部。通过天线将船只甲板覆盖强点处的基站信号接收，经过中继设备放大后由舱内天线提供覆盖。硬件结构主要由三部分组成，回传天线负责与海岸通信，接收基站信号、回传终端信号。主机单元负责对接收信号做滤波、放大等处理工作。接入天线安装于弱覆盖区域，完成舱内区域信号覆盖及终端信号的接收。
图 1 “海舟宝”系统方案结构示意
除了基本的通信需求，B端用户通常希望可以远程实时监控船只的网络质量和位置信息，“海舟宝”方案针对该需求在中继设备中额外引入一路监控信息通道和一路定位信息通道，支持复用通信通道回传至指定监控平台。03“海舟宝”产品特色与功能定位
（一）最佳信号接收——持续提供稳定覆盖
作为船载侧解决方案，如何能在船只移动的状态下稳定接入基站是首要考虑问题。“海舟宝”在回传天线上做了如下几个创新设计。
第一，信源择优选择能力。“海舟宝”回传天线由多个定向天线组成多扇区结构，主机内置5G模组，可动态解调各扇区天线接收的下行信号，系统通过对比各扇区天线接收基站信号质量自适应选择最佳扇区工作，确保在船只与基站的相对位置发生变化后，天线依然能保证最佳性能。进一步的，系统通过解调PCI信息选择当前扇区下的最优信源频点工作，真正实现最佳信号接收。
图 2 “海舟宝”波束自动对焦技术及天线仿真结构
第二，合理设计天线垂直波束宽度。“海舟宝”回传天线负责与基站通信，其垂直波宽的设计首先需要保证在设计工作区域内始终保证主瓣覆盖基站，即回传天线与海岸基站天线夹角小于回传天线的垂直波束宽度。其次，在海面风浪导致船体产生纵向摇摆下，回传天线垂直波束宽度能够刚好抵抗纵摇角度。
（二）自动增益控制与智能开关——节能降干扰
由于中继类设备会同时放大频带内所有信号，且自身会引入噪声，所以除了考虑船只在近中海域的信号覆盖，还需要考虑船只靠近基站后如何降低“海舟宝”可能对基站和终端带来的干扰。“海舟宝”具备自动增益控制（AGC）能力，根据输入信号强度动态调整有源增益大小，一方面保证了在输入信号强度波动时输出信号的稳定，另一方面也避免了终端距离接入天线过近时上行输出信号功率激增可能带来的基站底噪抬升。
另外，“海舟宝”自动开关功能可根据基站信号质量及终端业务状态智能开启/关闭放大通道，在船只处于近站强覆盖区下降低网络干扰，允许终端直连基站完成高质量的多流业务。
（三）监控&定位能力——网络和位置实时感知
“海舟宝”集成监控和定位模块，支持北斗、GPS等多种定位系统，可向后台实时上报网络质量、设备工作状态、经纬度等信息，极大地方便了后台维护工作，且提供了MDT能力。此外，“海舟宝”还允许后台对设备进行远程参数配置和软件升级，大大简化了产品功能升级和演进难度。
（四）小型化和高可靠性设计——降低安装维护难度
“海舟宝”室内部分的主机体积小于3升，无需安装。接入天线则更小，支持挂墙和粘贴，安装便利性极高。室外部分的回传天线支持标准抱杆安装方式，安装周期可控制在1小时内。
图 3 “海舟宝”主机渲染图（左：正面，右：侧面）
此外，海面高盐高湿环境对设备的防水能力、抗腐蚀能力有更高要求。“海舟宝”方案中的各级设备需采用密封防水设计，暴露在外的金属结构具备抗腐蚀涂层，主机和回传天线防护等级分别达到IP54和IP65水平。04
“海舟宝”试点情况
2023年，“海舟宝”方案及产品已在福建、山东、浙江、广东、江苏5个省份开展多轮试点验证，测试场景包括近海小型渔船、中型货轮、大型客轮、海岛民房，且在长江航线同样开展了测试。试点结果显示，“海舟宝”方案及产品在海域、江域弱覆盖区能够改善船舱内RSRP平均25dB，下行速率提升50%以上，上行速率改善更为明显，平均达到2倍甚至数倍提升。拉远测试结果显示，在150米基站高度环境下，“海舟宝”将有效覆盖距离从36公里提升至50公里，提升幅度达到39%。此外，网络监控和定位能力也在试点中得到验证，后台网管平台可从“海舟宝”获取实时网络质量信息和位置信息,并在地图上实时打点。05
总结与展望
“海舟宝”是中国移动自主产品满格宝系列的新成员，面向700M海域超远覆盖需求研发，能够在移动环境下有效放大基站信号，解决舱体带来的信号衰减问题，可应用于船只客舱、渔排建筑、海上作业平台、孤岛民房等场景，有效提高海上5G覆盖范围和覆盖质量，是海域覆盖的优秀解决方案之一。2023年6月28日在上海举办的2023世界移动通信大会上，中国移动研究院与中国移动福建公司联合发布了智慧海域覆盖创新产品·海舟宝，这是双方依托“鹊桥计划”平台合作研发的首个创新成果，旨在为海域用户提供更高效、更稳定、更安全的5G服务。随着海洋信息化建设推进，越来越多的产业和服务将依托5G进行产业升级和业务创新。未来，“海舟宝”将向多频段、多功能、智能化方向逐步演进，为用户提供更优质的解决方案，并与产业一起为国家发展海洋经济，建设海洋强国目标做出贡献。参考文献1、新华社：《前三季度海洋生产总值达7.2万亿元》，2023-11。2、国务院：《国务院关于“十四五”海洋经济发展规划的批复》，2021-12。3、自然资源部：《2022年中国海洋经济统计公报》，2023-4。
审稿：无线与终端技术研究所 | 李男
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