為什么高鐵上手機(jī)信號很差？

2017-02-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

大家應(yīng)該都有坐過高鐵的經(jīng)歷,那么在高鐵上使用手機(jī)時,有沒有發(fā)現(xiàn)手機(jī)信號會變得很差呢?今天小編就幫各位解答下“為什么高鐵上手機(jī)信號很差”這個問題。

1. 應(yīng)用現(xiàn)狀

在回答這個問題前,首先要提到的一個概念就是蜂窩移動通信,蜂窩移動通信(Cellular Mobile Communication)是采用蜂窩無線組網(wǎng)方式,在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道連接起來,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶在活動中可相互通信。其主要特征是終端的移動性,并具有越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動漫游功能。蜂窩移動通信業(yè)務(wù)是指經(jīng)過由基站子系統(tǒng)和移動交換子系統(tǒng)等設(shè)備組成蜂窩移動通信網(wǎng)提供的話音、數(shù)據(jù)、視頻圖像等業(yè)務(wù)。

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高速鐵路的移動通信覆蓋是個世界性難題。要保持信號暢通,手機(jī)需要在不同基站服務(wù)區(qū)域間進(jìn)行切換“接力”。

而京津高速鐵路是我國迄今速度最快的鐵路,平均時速高達(dá)300公里,峰值時速達(dá)到350公里,同時新型全封閉車廂對手機(jī)信號的衰耗會超過24dB以上,即意味著信號強(qiáng)度減少為原強(qiáng)度的1/256,或者覆蓋半徑縮小為原來的大約1/5。

據(jù)中國移動技術(shù)人員介紹,如果在這么快的速度下依靠現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋京津高鐵,乘客可能就會發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號雖好,但手機(jī)基本無法完成切換“接力”,即很難打通,或是接通后又掉話,語音質(zhì)量也是差強(qiáng)人意。據(jù)測試經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),如果用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)去覆蓋高速鐵路,接通率一般只能達(dá)到70-80%,而掉話率高達(dá)20-30%。

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2. 有哪些技術(shù)難題?

(1)車體穿透損耗大

高鐵列車采用全封閉式車體結(jié)構(gòu),且部分車型采用金屬鍍膜玻璃,車體穿透損耗高達(dá)24dB以上,為了克服車體穿透損耗,要求室外的信號發(fā)射機(jī)功率增強(qiáng),要求更高的基站接收機(jī)靈敏度或者要求用戶終端(UE)的發(fā)射信號增強(qiáng)。

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(2)高速帶來頻繁的切換

超過250km/h的時速將使列車內(nèi)用戶在非常短的時間內(nèi)穿過多個信號小區(qū),容易引起信令風(fēng)暴,導(dǎo)致掉話。

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(3)重疊區(qū)難以滿足切換和重選的需求

手機(jī)在不同基站間切換至少需要6s,而全速行速的高鐵列車通過兩個基站切換區(qū)時間要經(jīng)常小于6s,手機(jī)基本往往無法正常完成切換,易引起掉話.

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(4)高速帶來的多普勒效應(yīng)難以克服

目前移動通信終端的載波頻率均采用跟蹤下行空口頻率機(jī)制,運(yùn)動中,終端會帶著2倍的瞬時多普勒頻偏發(fā)射信號;

經(jīng)過基站時,上下行信號會產(chǎn)生強(qiáng)烈變化;

在切換區(qū)域,下行信號多普勒頻偏突變;

由多徑引起多普勒擴(kuò)展,使得接收信號畸變。

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3. 專網(wǎng)解決方案:

(1)普通公網(wǎng)覆蓋高鐵難以兼顧普通低速場景及高速場景

普通公網(wǎng)組網(wǎng)不會單獨(dú)考慮高速場景的覆蓋,通常與其他場景合為一體統(tǒng)一地由室外宏蜂窩大網(wǎng)提供覆蓋,無法兼顧高鐵這種特殊場景(車體損耗大、頻繁的小區(qū)切換、重疊區(qū)的設(shè)計、強(qiáng)烈的多普勒頻移)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,因此高鐵必須使用專網(wǎng)覆蓋才可能有較好的覆蓋效果。

(2)專網(wǎng)覆蓋困難重重

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃困難:為了保證高速列車中用戶的網(wǎng)絡(luò)信號接受質(zhì)量,抵御車廂的穿透損耗,基站間距需要盡可能縮短;而另一方面,為滿足切換的需要以及減少切換及小區(qū)重選的次數(shù),基站間又要保持盡量長的距離,進(jìn)退兩難。

群切換和多普勒頻移問題仍然無法解決:車廂內(nèi)用戶仍然通過車廂外基站接入,車廂外密集的專網(wǎng)覆蓋導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的群切換問題;同時,旅客終端無法應(yīng)用先進(jìn)的算法以應(yīng)對復(fù)雜多普勒頻移場景。

巨額的經(jīng)濟(jì)成本是運(yùn)營商不能承受之重:使用專網(wǎng)覆蓋,為保證覆蓋質(zhì)量,2G網(wǎng)絡(luò)站間距一般1~1.5km,3G網(wǎng)絡(luò)一般為500~800m. 2015年中國將建設(shè)造成的高鐵3萬公里,據(jù)此計算,完全使用專網(wǎng)覆蓋高鐵,三家運(yùn)營商六張網(wǎng)(每家運(yùn)營商2G、3G網(wǎng)絡(luò)各一張)總共需要20~25萬臺基站,而具有全球最大GSM網(wǎng)絡(luò)的中國移動的基站總數(shù)也不過40萬臺,隨著后續(xù)高鐵的繼續(xù)建設(shè),所需基站數(shù)量還將持續(xù)攀升。

3. 4G LTE解決方案

為了經(jīng)濟(jì)、高效的解決高鐵通信問題,華為公司基于業(yè)界最為先進(jìn)的4G LTE技術(shù),為高鐵量身定做了HRC端到端解決方案。

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(1)克服車體損耗:車地回傳使用目前業(yè)界最先進(jìn)的LTE技術(shù),HRC車載臺天線部署在車廂外頂端;在車廂內(nèi),車載臺匯聚、分發(fā)車載2G/3G基站設(shè)備的Abis,Iub接口數(shù)據(jù);高鐵旅客通過車廂內(nèi)綜合接入設(shè)備接入2G/3G網(wǎng)絡(luò),無車體損耗問題。

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(2)消除頻繁的群切換問題:高鐵旅客進(jìn)入車廂后,即通過車廂內(nèi)2G/3G網(wǎng)絡(luò)接入,在列車運(yùn)行過程中,2G/3G沒有小區(qū)間切換問題,更不存在群移動導(dǎo)致的信令風(fēng)暴問題。

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(3)解決重疊區(qū)對切換和重選的需求:LTE扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和精簡的信令流程,保證切換可在幾百毫秒內(nèi)完成,遠(yuǎn)小于GSM的5~6S,大大降低切換區(qū)設(shè)計難度。

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(4)克服多普勒效應(yīng):應(yīng)用了經(jīng)430Km/h磁懸浮驗(yàn)證的華為特有的F-AFC算法、快速切換算法,消除高速對列車的多普勒效應(yīng)。通過F-AFC功能糾偏后的系統(tǒng)的高階解調(diào)能力大幅提升,接近無多普勒頻移的解調(diào)能力。

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