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高铁上打电话、上网不再“闹心”了

来源:科技日报 作者:矫阳 2017年02月13日 09:59
[导读] 

                                 
 高铁上打电话、上网不再“闹心”了(图片来源:科技日报)
  对于须臾不离手机的现代人而言,打电话信号差、手机上网无4G信号,可谓乘坐高铁体验最差的闹心事。
  不过,从本月开始,搭乘海南环岛高铁的旅客已经惊喜地发现,整条高铁悄然实现了全线的4G信号覆盖。在高速行驶的动车组上,一边欣赏窗外的椰风海韵,一边顺畅地上传即时拍下的美景照片,成了旅客们的最爱。在实现高速、安全的基础上,中国高铁的进步,如今更多体现在人性化的细节服务之中。

基站频繁切换导致通话难

海南联通计划建设部总经理蒋应良告诉记者,高铁4G全覆盖是个世界性难题。因为要保持信号畅通,手机需要在不同基站服务区域间进行切换“接力”,速度越快,切换的频率越高,很难保证通话连贯。通常打一个电话会切换几十个基站。这种频率下,通话质量能不差吗。
  频繁切换基站与打电话“断线”率高是什么关系?在回答记者这个问题前,蒋应良首先提到一个概念,即蜂窝移动通信。
  “蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网,通过无线通道,连接终端和网络设备,实现用户之间的相互通信。”蒋应良说,其主要特征是终端的移动性,并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。
  原来,通讯运营商是用基站子系统和移动交换子系统等设备,组成蜂窝移动通信网,为用户提供话音、数据、视频图像等服务。
  “由于4G本身的特点以及高铁时速300公里的超高速,使得每800米就要有一个基站。而时速300公里的高铁,意味着每秒需前进83米,不到10秒就会经过一个基站,打一个电话可能已经切换了几十个基站,断线掉话的几率非常高。”海南联通计划建设部总经理助理李航宇说。
  总之,高铁速度太快,当手机用户几乎同时发起切换请求时,被请求的基站就会顾此失彼。
  据测试经验数据,现有网络覆盖的高速铁路,接通率一般只能达到70%—80%,而掉话率高达20%—30%。

同行的方法治标不治本

 作为世界高铁运营时间最早的国家,日本电信电话株式会社NTT的方法是,在铁轨旁边布设同轴泄露电缆和中继站,完全可支持350公里时速以上的车速。
  “同轴泄露电缆在国内主要用于隧道等复杂场景,如武广高速客运专线和长达15公里的大瑶山隧道等。但是这种方法因为发射功率较小,只有2M的速率,而且沿途敷设造价过高。”李航宇说。
  再看看我国台湾地区,采用的是光载无线通信术。即把一个基站用光纤给拉成一大长条。“打个短电话,一个长条基站基本可以解决,规避了切换问题。但是,这个长条基站再长也是有限的,两个长条基站之间还得有切换,问题并没有根本解决。”蒋应良说。
  还有一个办法,是在列车上设置车载台,乘客的手机通过它来跟基站联系。由于列车在过区切换时只有车载台一个用户,基站就显得十分从容。但列车车载台本身有容量瓶颈,且缺乏基站所具备的智能调度能力,增加了传输时延。

“小区合并”成熟合理
  什么办法最优?
  “小区合并技术是目前最佳的选择。”蒋应良回答的十分干脆。为解决频繁的信源切换产生的信号中断问题,移动通信界探索出将多个小区合并为一个小区,即延长小区覆盖范围,减少切换次数,提高信号稳定性。
  “这就是小区合并技术。一个基站通常由三个小区组成,每个小区有独立的信道资源,涉及覆盖范围和业务容量。小区合并就是让多个小区共享相同信道资源,让合并的小区不发生切换。”李航宇解释说。
  蒋应良说,“小区合并”技术是通过软件升级达到的。即控制在硬件上独立的多个射频单元,使之发射同一个无线电信号参数,从而实现逻辑上的小区合并。目前,这一技术成熟,造价合理。
  既然“小区合并”是成熟技术,为何今年春运才在环岛高铁上实现4G全覆盖?
  蒋应良告诉记者,虽然“小区合并”是成熟技术,但在高铁沿线运用这项技术进行网络系统建设非常复杂,是一个系统工程。由于海南环岛高铁具有相对独立的特点,被有关部门选为网络建设的试验点。

沿线建网最艰辛
  可以看到,“小区合并”技术,本身并不构成难题。沿高铁线建设4G网络,才是解决问题的关键所在。
  “一边是站点建设难;一边是必须完全掌握全程网络结构,用好小区合并技术功能,并探索参数设置技巧。”蒋应良说。
  在高铁沿线选择一个基站位置,看似简单,实际绝非易事。这是因为高铁对安全要求非常高,绝不能干扰铁路调度通信,再加上高时速引起的多普勒频移和频繁切换,使得这类场景的网络建设难度远高于其它场景。
  “高速列车运动时,通话接收频率与无线通话频率标准不一致,这样,多普勒频移便影响通话质量。解决这个问题,就是想办法让两者一致。”李航宇说。

让两者一致的办法是什么?
  “估算多普勒频移,对偏差进行补偿。”蒋应良回答。
  基站建好后,运用好“小区合并”技术功能和参数设置技巧,则是一个更严峻的考验。“技术是固有的,难点是对参数设置要求非常精细。要靠通信工程师反复测试、勘察。”李航宇说,在两个基站间,如果重叠覆盖区域偏小,就要考虑调整设备功率,或是改变天线角度,这些都需要严格计算并测试。
  为完成全长653公里的环岛高铁4G全覆盖工程,海南联通与海南高铁公司共同攻关,共耗时14个月。辛勤的付出,最终换来丰盈的回报。
  2月4日现场实测数据显示,西环高铁的4G信号覆盖率保持在97%,东环高铁的4G信号覆盖率达92.78%,峰值速率可达85Mbps左右,平均速率稳定在40Mbps左右,可以满足旅客在列车运行中全程流畅观看超清视频。(记者 矫阳)

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[责任编辑:chenjie]
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