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基站并不少4G全覆盖 高铁信号为何还这么差

2018-08-22 11:15  [来源:]   [编辑:]
  [来源:三湘都市报]      2018-08-22 07:48:47
 

众所周知,我们国家有目前世界上最发达的高速铁路网络。高铁,拉近了城市之间的时间距离,彻底改变了我们的生活。

可是,高铁千好万好,有一点却始终困扰着乘客,那就是高铁上面的手机信号难题。

乘坐高铁的时候,漫漫旅途,寂寞难耐,你一定会掏出手机,以此来打发时间。

不过,你经常会发现,手机信号很不稳定,时好时坏,甚至有时候干脆彻底无信号。

在这种信号质量下使用手机,只能勉强聊聊微信,看看网页。看视频的话,会频繁出现卡顿。玩游戏就更别想了,一定会坑死队友。

那么问题来了,为什么在高铁上手机信号会这么差?这个难题真的无法解决吗?

现状 大部分铁路沿线实现了信号覆盖

2008年之后,进入高铁时代和3G/4G时代,我国基站数量大幅增长。根据2017年底的数据,我国基站总数是604万个,其中3G/4G基站总数为447万个。平均每平方公里0.63个基站,是2008年的9倍。

所以,除了极少数非常偏僻的地区之外,大部分铁路沿线,我们也都实现了信号的覆盖。

在山区修建和维护基站,不是一件容易的事情,成本非常大。而且,如果说普速铁路运营商不太重视的话,高速铁路的信号质量,运营商是不敢不重视的。

很简单,作为国家名片、地区名片的高铁,它上面的信号质量,不仅代表经济效益,更意味着社会影响。如果高铁上自家信号不好,不仅影响用户的满意度,也会影响品牌声誉。

所以,运营商是愿意为高铁信号改善投入资金的。问题的关键在于,有些事情,光靠砸钱建基站,不一定有用。

高铁基站和普通基站有很大不同。

高铁沿线的网络覆盖,主要有两种方式,分别是公网方式和专网方式。

公网方式,是将高铁沿线的覆盖,融入周边大网统一规划和考虑。也就是说,利用周边已有的基站进行覆盖,只不过稍加优化和调整。

专网方式,采用的是单独组网,即高铁专网和周边大网分开,除车站外,高铁专网基站和周边大网基站不设邻区关系,避免发生切换。

科普 邻区和切换

我们在走路或坐车时,是处于运动状态。从一个区域,移动到另一个区域。也就会从一个基站范围,到另一个基站范围。

如果你正在打电话,或者正在上网追剧,为了不让你的电话或网剧中断,系统会进行自动切换。

如果用公网方式,好处是节约了投资。坏处的话,就是即使做了优化,效果也很有限,容易受公网其它基站的影响,导致掉线。(简单从技术角度来说,就是所有基站的频点都是一样的,手机容易“跳来跳去”。)

专网就不一样了,可以理解为独立的一张网络,享受VIP服务。因为专网和公网的频点都不一样,系统上也会做配置,不允许你去“勾搭”外面的公网基站,所以你必须老老实实待在专网里面,掉线的概率会大幅降低。

背景

2008年之前,

我们长期处于2G时代

从通信的角度来看,2008年之前,我们长期处于2G时代,使用的是GSM和CDMA网络。智能手机刚刚起步,我们的通信方式,还是以电话和短信为主。

从铁路的角度来看,2008年之前,我们还没有高铁,铁路出行,基本上都是乘坐普速列车,也就是我们常说的绿皮车、红皮车、蓝皮车。

普速列车,运行速度基本上在80-120km/h左右。普速列车,运行速度基本上在80-120km/h左右。

2008年8月1日,中国第一条真正意义上的高铁——京津城际,正式开通,时速350公里。由此,正式宣告中国进入高铁时代。

2009年1月7日,

中国进入3G时代

不久之后,通信这边也发生巨变,2009年1月7日,工信部正式发放3G牌照,中国进入3G时代。

经过十年的发展,从京津城际,到武广客专,再到京沪高铁,新的高铁线路不断开通,如今中国高铁运营里程已经接近3万公里。

而通信方面,经过短暂的3G时代,中国很快迈入了4G时代。现在,4G网络已经基本实现了全国覆盖。

 

高铁速度太快,信号追不上

这个难题真的无法攻克吗

手机和网络信号都来源于“基站”,是由运营公司搭建的信号覆盖的基站,基站主要负责信号的传输,就目前来说,运营公司还无法做到基站的完全覆盖。

高铁上为什么会信号差?

一、高铁沿途经过区域信号消失

手机和网络信号都是来源于“基站”,都是由运营公司如电信,联通,移动搭建的信号覆盖的基站,基站主要负责信号的传输,就目前来说,运营公司还无法做到基站的完全覆盖,比如高铁经常要经过一些荒无人烟的地区。而在这些地区,要去建立一个信号基站的成本是非常大的。工作人员要翻山越岭,而且很多地方甚至还没有路。都需要人工把线缆扛到山上去。这就导致了高铁在运行过程中,我们的手机信号时好时坏的情况。

二、行车速度快,需要不断切换基站

高铁运行速度很快,每小时可达200-300公里,所以就算运营商在高铁沿线都建立了基站,但是因为一个基站的覆盖范围是有限的,要保证信号不断只有通过不断地切换基站来满足。就像接力赛一样,一个基站断线了另外一个基站赶紧接上。在基站切换的过程中,如果我们的速度慢,是感觉不到延迟的。但是高铁的速度很快,在不断地切换时,切换过程中难免会有信号丢失的情况。

三、室内空间封闭

高铁车厢的玻璃窗配备的是金属涂层,可以减少热量损失,但这些涂层也会阻碍电磁信号的进入,这也就导致了信号变差。这个很好理解,在家里装了个WIFI,买的路由器号称可以穿墙多少米,但是你会发现有时你在封闭的卫生间,或者离得远一点的卧室,信号就会变得很差。

现在你终于知道,为什么高铁上的网络信号有时候会那么差了吧~在互联网日益发达的时代,碰上网络信号差确实很不习惯,不过换一种心态可能也会不一样,比如趁这个时候放下手机,欣赏一下沿途的景色也是不错的选择,你说是不是呢?

数据说话

高铁,你跑得太快了

一个普通WCDMA基站的覆盖范围(1950Hz,郊区,天线挂高45米),是979米。

人走路的速度,每小时6公里(每分钟100米)。

汽车的速度,就算是高速公路吧,每小时120公里(每分钟2000米)。

高铁的速度,每小时差不多是350公里(每分钟5833米)。

按人的运动速度,跨区切换的时间是充足的。汽车也问题不大。但是,高铁的话,根据切换算法时间的估算,3~6秒就要发生一次切换。这样的频率,是非常考验系统覆盖和性能的。

一不小心,切换失败,你也就掉线了。

高铁的高速度,除了会带来频繁的切换之外,还有一个很要命的,就是多普勒效应:即手机运动的速度太快,信号都追不上了……当信号到达的时候,已经错位了……

除了多普勒效应之外,还有多径效应等,也影响信号的传输。

虽然3G/4G会通过专门算法对这些效应进行抑制,但是效果有限。

不过,好消息是,到了5G时代,情况就不一样了。随着5G时代的到来,这些问题都会一一解决。据了解,中国电信提出的“三朵云”(接入云、控制云、转发云)5G网络架构得到国家5G推进组的认可,成为中国5G架构的基准方案。5G的性能指标里面,明确指出,可以支持终端最高移动速度为500km/h。除非是超级高铁(时速1000km/h),不然5G都能hold住。

释疑

基站站址的选择

高铁线路,呈狭长带状分布,区域跨度大,沿途经过车站、地面、高架桥、地堑、隧道和桥梁等多种地形、地貌。

在明确具体的覆盖方案之前,需要结合地形场景、指标要求、列车速度,进行链路预算,确定站址以及站距。

基站是否离列车越近越好?

并不是,离得越远,信号的入射角越大,穿透损耗越小。垂直入射时,损耗最小。

高铁车厢都是金属合金,无线信号的衰减很大。

所以,基站和铁轨之间的距离,要保持在50米以上,最佳间距是100-500米。

天线的高度

不能太低,也不能太高,一般是天线高出轨面15米,保证天线与轨面视通,保证天线朝向正对车窗。

隧道中如何保证信号覆盖

隧道里的信号是咋来的呢?它采用的是漏泄电缆(简称“漏缆”)技术,在正对着窗户的2.1米和2.6米处有两条平行的电缆,由它们把信号从窗户打进车厢。

为啥叫“漏泄”电缆?跟普通的电缆不同,这种电缆在金属屏蔽层上在其外导体上沿长度方向周期性地开有一定形状的槽孔,所以又称为开槽电缆,主要用于较长距离的无线覆盖,相当于连续发射无线信号的小天线。

如果两个隧道距离近,在隧道出口处就会有下图黄色的天线,将漏缆的信号射入到下一个隧道的入口,起到了信号接力棒的作用。

如果两个隧道距离远,就会在洞口处设置场坪站,电波信号会追着远离的列车再送上一程,直到被路边的铁塔基站接管,从而实现隧道内外信号的切换。

 

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