全球視點！5G 幾年了，高鐵信號怎么還是這么差
21 世紀(jì)什么最重要？當(dāng)然是網(wǎng)絡(luò)信號！?。?/p>
【資料圖】
可是最近很多朋友都在吐槽：都進入 5G 時代了，為啥乘坐高鐵時上網(wǎng)還這么慢？
不妨先來了解一下：為了提高通信質(zhì)量，高鐵移動通信技術(shù)是如何演進的？
高鐵移動通信技術(shù)的演進
GSM-R
目前，GSM-R 是我國鐵路全面使用的專用數(shù)字移動系統(tǒng)。
GSM-R 是 GSM 技術(shù)在鐵路系統(tǒng)的延伸，沿襲了 GSM 基本功能。
不同之處在于，GSM-R 服務(wù)于鐵路系統(tǒng)，這就意味著它對如下問題更有針對性：
列車高速前進所帶來的信號快速衰減、頻移現(xiàn)象
列車經(jīng)過隧道、山谷等特殊地形條件下的信號覆蓋問題
基站小區(qū)之間的切換頻繁帶來的系統(tǒng)效率低下
然而 GSM-R 是一種窄帶通信系統(tǒng)，工作的頻譜只有窄窄的 4 MHz。在這個頻譜范圍內(nèi)，大部分的頻譜用來承載語音（打電話）業(yè)務(wù)，少部分用來承載數(shù)據(jù)（上網(wǎng)）業(yè)務(wù)，這就導(dǎo)致我們在高鐵上網(wǎng)時常常網(wǎng)絡(luò)卡頓。
LTE-R
隨著高速鐵路的快速發(fā)展，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求越來越高，GMS-R 已經(jīng)無法滿足需求，產(chǎn)業(yè)鏈萎縮，鐵路通信逐漸過渡到了 LTE-R。
LTE-R 使用調(diào)制技術(shù)提升了網(wǎng)絡(luò)速度和容量，無論是傳輸技術(shù)還是系統(tǒng)架構(gòu)，都有很大的革新。
不僅完全繼承了 GSM-R 的全部業(yè)務(wù)，提升了鐵路運營的安全性和高效性，而且可為用戶提供多媒體集群調(diào)度、可視電話、實時視頻監(jiān)控、客運綜合信息發(fā)布等功能。
此外，LTE-R 的語音解決方案能夠為旅客提供更為豐富的數(shù)據(jù)體驗和更多更準(zhǔn)確的常規(guī)化增值服務(wù)。
5G-R
后來，中國國家鐵路集團有限公司也啟動了鐵路下一代移動通信系統(tǒng)相關(guān)的研究工作，針對鐵路 5G 專用移動通信（5G-R），明確了研究計劃及建設(shè)目標(biāo)。
5G-R 的主要業(yè)務(wù)類型以下兩類。
行車類應(yīng)用：調(diào)度通信、行車調(diào)度命令、CTCS-3 級列控系統(tǒng)以及自動駕駛等；
運營維護類應(yīng)用：運維語音、運維數(shù)據(jù)及運維視頻。
5G-R 承載的業(yè)務(wù)仍然以行車應(yīng)用為主，對設(shè)備安全性、可靠性要求高。
未來 5G-R 在鐵路系統(tǒng)中的三大應(yīng)用場景：
| 鐵路正線廣域區(qū)域通信 | 調(diào)度通信語音、調(diào)度通信多媒體、行車安全數(shù)據(jù)、行車信息數(shù)據(jù)、車上作業(yè)人員語音等。 |
| 鐵路站場 / 樞紐等熱點區(qū)域覆蓋 | 車上視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、站場維護作業(yè)多媒體通信、編組站通信等。 |
| 鐵路沿線地面設(shè)施監(jiān)控 | 地面基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送。 |
高鐵移動通信技術(shù)的挑戰(zhàn)
鐵路通信系統(tǒng)發(fā)展得如此迅速，為什么我們?nèi)匀桓杏X網(wǎng)速慢？
這是因為 5G 信號覆蓋高鐵場景雖然前景廣闊，但也面臨著諸多的挑戰(zhàn)。
01、信號的穿透損耗和傳播損耗大
高鐵列車車體多采用不銹鋼、合金等金屬全封閉式的結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的車內(nèi)用戶直接與車外基站直接通信的架構(gòu)，使得信號在車內(nèi)穿透損耗較大、掉線率升高、切換成功率和連接成功率降低，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。
02、多普勒效應(yīng)帶來頻偏
多普勒效應(yīng)：物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高；在運動的波源后面時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。
在移動通信中，當(dāng)移動臺移向基站時，頻率變高，遠離基站時，頻率變低，所以在移動通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。
高鐵的速度越快，頻偏越大，也將使基站接收信號的性能下降。多普勒效應(yīng)是瞬時變化的，高速引起接收機的解調(diào)性能下降，這是一個非常大的挑戰(zhàn)。
03、瞬間網(wǎng)絡(luò)負荷大
當(dāng)高鐵過境時，基站區(qū)域內(nèi)用戶數(shù)劇增，網(wǎng)絡(luò)負荷過高，用戶感知下降。
04、頻繁切換影響感知
由于高鐵沿線基站單站覆蓋范圍有限，在高速行駛狀態(tài)下，列車穿越單站覆蓋所需的時間非常短。
在列車運行中，為保持車地之間通信的連續(xù)性，需將通信鏈路從一個基站小區(qū)信道轉(zhuǎn)換到另一個基站小區(qū)信道。
因此，用戶在使用移動網(wǎng)絡(luò)時會產(chǎn)生頻繁的小區(qū)切換和重選，當(dāng)其無法滿足切換、重選所需的時間開銷時，極易出現(xiàn)切換慢、切換失敗、掉線等網(wǎng)絡(luò)問題，影響用戶感知。
解決方案
01、如何解決信號的穿透損耗和傳播損耗大的問題？
采用移動中繼技術(shù)。簡而言之，就是設(shè)置“中間轉(zhuǎn)發(fā)”性質(zhì)的設(shè)備，讓整個通信的過程分為兩個部分 —— 外部基站與中繼設(shè)備之間，以及中繼設(shè)備與用戶之間。由中繼設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)來自基站和車內(nèi)用戶的信號。
02、如何解決多普勒效應(yīng)帶來的頻偏問題？
合理設(shè)置基站站址，降低多普勒頻移影響。在射頻單位進行頻偏矯正 / 問題，也就是基帶信號的處理問題。
03、何解決瞬間網(wǎng)絡(luò)負荷大和越區(qū)頻繁切換的問題？
小區(qū)合并：一個基站處理單元 (BBU) 連接多個射頻拉遠單元 (RRU)，在邏輯上將多個小區(qū)設(shè)為同一小區(qū)，這樣就使“小區(qū)切換”變?yōu)椤靶^(qū)協(xié)作”，提高網(wǎng)絡(luò)性能、增大覆蓋距離、減少切換次數(shù)。
切換算法優(yōu)化：一般而言是對切換流程中涉及到的切換參數(shù)進行優(yōu)化，有效地預(yù)防乒乓效應(yīng)和無線鏈路的連接中斷，提高切換成功率。
鐵路專用無線通信正在向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)演進，相信在不久的將來，5G 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用將為鐵路無線專網(wǎng)的建設(shè)添磚添瓦。
在這之前，不妨放下手機，看看沿途的風(fēng)景。
本文來自微信公眾號：中興文檔 （ID：ztedoc）
標(biāo)簽：
