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坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  眾所周知

,我們國家有目前世界上最發(fā)達(dá)的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。高鐵
,拉近了城市之間的時(shí)間距離
,徹底改變了我們的生活?div id="4qifd00" class="flower right">
?墒?div id="4qifd00" class="flower right">
,高鐵千好萬好,有一點(diǎn)卻始終困擾著乘客
,那就是高鐵上面的手機(jī)信號難題

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  乘坐高鐵的時(shí)候,漫漫旅途

,寂寞難耐
,你一定會(huì)掏出手機(jī),以此來打發(fā)時(shí)間
。不過
,你經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn),手機(jī)信號很不穩(wěn)定
,時(shí)好時(shí)壞,甚至有時(shí)候干脆徹底無信號
。在這種信號質(zhì)量下使用手機(jī)
,只能勉強(qiáng)聊聊微信
,看看網(wǎng)頁?div id="m50uktp" class="box-center"> ?匆曨l的話
,會(huì)頻繁出現(xiàn)卡頓。玩游戲就更別想了
,一定會(huì)坑死隊(duì)友

  那么問題來了,為什么在高鐵上手機(jī)信號會(huì)這么差?這個(gè)難題真的無法解決嗎?今天

,小編就詳細(xì)和大家聊聊這個(gè)問題

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  首先,我們把目光聚焦在十年之前的2008年

。這一年很重要
,可以說具有劃時(shí)代的意義。

  從通信的角度來看

,2008年之前
,我們長期處于2G時(shí)代,使用的是GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò)
。智能手機(jī)剛剛起步
,我們的通信方式,還是以電話和短信為主

  從鐵路的角度來看

,2008年之前,我們還沒有高鐵
,鐵路出行
,基本上都是乘坐普速列車,也就是我們常說的綠皮車
、紅皮車
、藍(lán)皮車。

  坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

普速列車

,運(yùn)行速度基本上在80-120km/h左右

  2008年8月1日,中國第一條真正意義上的高鐵--京津城際

,正式開通
,時(shí)速350公里。由此
,正式宣告中國進(jìn)入高鐵時(shí)代

  不久之后,通信這邊也發(fā)生巨變

,2009年1月7日
,工信部正式發(fā)放3G牌照
,中國進(jìn)入3G時(shí)代。經(jīng)過十年的發(fā)展
,從京津城際
,到武廣客專,再到京滬高鐵
,新的高鐵線路不斷開通
,如今中國高鐵運(yùn)營里程已經(jīng)接近3萬公里。而通信方面
,經(jīng)過短暫的3G時(shí)代
,中國很快邁入了4G時(shí)代。現(xiàn)在
,4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全國覆蓋

  以上是背景知識鋪墊。接下來

,進(jìn)入具體分析

  首先我們來看看影響信號的最主要因素之一--基站數(shù)量。

  2008年

,全國基站總數(shù)大約是641100個(gè)
。看上去這個(gè)數(shù)量很多
,但實(shí)際上
,按面積平均一下,就不多了--平均每平方公里僅0.07個(gè)基站
。而且
,這些基站主要集中在城區(qū)和村鎮(zhèn)。鐵路所經(jīng)過的區(qū)域
,多為人煙稀少地區(qū)
,基站密度更小。尤其是山區(qū)
,受地形影響
,信號會(huì)更差。

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  2008年之后

,進(jìn)入高鐵時(shí)代和3G/4G時(shí)代
,我國基站數(shù)量大幅增長。根據(jù)2017年底的數(shù)據(jù)
,我國基站總數(shù)是604萬個(gè)
,其中3G/4G基站總數(shù)為447萬個(gè)。平均每平方公里0.63個(gè)基站
,是2008年的9倍

  所以

,除了極少數(shù)非常偏僻的地區(qū)之外,大部分鐵路沿線
,我們也都實(shí)現(xiàn)了信號的覆蓋。在山區(qū)修建和維護(hù)基站
,不是一件容易的事情
。而且,如果說普速鐵路運(yùn)營商不太重視的話
,高速鐵路的信號質(zhì)量
,運(yùn)營商是不敢不重視的。

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  很簡單

,作為國家名片
、地區(qū)名片的高鐵,它上面的信號質(zhì)量
,不僅代表經(jīng)濟(jì)效益
,更意味著社會(huì)影響。如果高鐵上自家信號不好
,不僅影響用戶的滿意度
,也會(huì)影響品牌聲譽(yù)。所以
,運(yùn)營商是愿意為高鐵信號改善投入資金的

  問題的關(guān)鍵在于,有些事情

,光靠砸錢建基站
,不一定有用。高鐵基站的建設(shè)
,和普通基站有很大不同
。高鐵沿線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,主要有兩種方式
,分別是公網(wǎng)方式和專網(wǎng)方式

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  公網(wǎng)方式,是將高鐵沿線的覆蓋

,融入周邊大網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃和考慮
。也就是說,利用周邊已有的基站進(jìn)行覆蓋
,只不過稍加優(yōu)化和調(diào)整

  專網(wǎng)方式,采用的是單獨(dú)組網(wǎng)

,即高鐵專網(wǎng)和周邊大網(wǎng)分開
,除車站外
,高鐵專網(wǎng)基站和周邊大網(wǎng)基站不設(shè)鄰區(qū)關(guān)系,避免發(fā)生切換

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  公網(wǎng)方式(紅色為周邊常規(guī)基站)

  坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

專網(wǎng)方式 (綠色為高鐵專用基站)


  這里解釋一下

,什么叫鄰區(qū)和切換。我們在走路或坐車時(shí)
,是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
。從一個(gè)區(qū)域,移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域
。也就會(huì)從一個(gè)基站范圍
,到另一個(gè)基站范圍。如果你正在打電話
,或者正在上網(wǎng)追劇
,為了不讓你的電話或網(wǎng)劇中斷,系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)切換
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">?催@個(gè)圖,就明白了:

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  切換分為軟切換和硬切換

,涉及的技術(shù)有點(diǎn)復(fù)雜
,今天不深入研究?div id="jfovm50" class="index-wrap">?傊蠹抑恍枰涀?div id="jfovm50" class="index-wrap">,一切都是為了讓你“不掉線”。

  如果用公網(wǎng)方式

,好處是節(jié)約了投資
。壞處的話,就是即使做了優(yōu)化
,效果也很有限
,容易受公網(wǎng)其它基站的影響,導(dǎo)致掉線
。(簡單從技術(shù)角度來說
,就是所有基站的頻點(diǎn)都是一樣的,手機(jī)容易“跳來跳去”
。)

  專網(wǎng)就不一樣了

,可以理解為獨(dú)立的一張網(wǎng)絡(luò),享受VIP服務(wù)
。因?yàn)閷>W(wǎng)和公網(wǎng)的頻點(diǎn)都不一樣
,系統(tǒng)上也會(huì)做配置,不允許你去“勾搭”外面的公網(wǎng)基站,所以你必須老老實(shí)實(shí)待在專網(wǎng)里面
,掉線的概率會(huì)大幅降低

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

專網(wǎng)下的高鐵信號(藍(lán)色塊=高鐵列車行駛模擬)

  切換的成功率,受很多方面的影響

。其中很重要的因素
,就是速度。我們來看一組數(shù)據(jù):一個(gè)普通WCDMA基站的覆蓋范圍(1950Hz
,郊區(qū)
,天線掛高45米),是979米

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

WCDMA 天線掛高對應(yīng)覆蓋半徑(郊區(qū))

  人走路的速度,每小時(shí)6公里(每分鐘100米)

。汽車的速度
,就算是高速公路吧
,每小時(shí)120公里(每分鐘2000米)
。高鐵的速度,每小時(shí)差不多是350公里(每分鐘5833米)

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  按人的運(yùn)動(dòng)速度

,跨區(qū)切換的時(shí)間是充足的
。汽車也問題不大。但是
,高鐵的話
,根據(jù)切換算法時(shí)間的估算,3~6秒就要發(fā)生一次切換
。這樣的頻率
,是非常考驗(yàn)系統(tǒng)覆蓋和性能的
。一不小心
,切換就失敗了,你也就掉線了

  高鐵的高速度

,除了會(huì)帶來頻繁的切換之外,還有一個(gè)很要命的
,就是多普勒效應(yīng)

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

多普勒和多普勒效應(yīng)公式

  最痛恨公式,我就不介紹了哈!簡單來說

,多普勒效應(yīng)的意思
,就是手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度太快,信號都追不上了。
。當(dāng)信號到達(dá)的時(shí)候,已經(jīng)錯(cuò)位了
。速度越快
,多普勒效應(yīng)越明顯,頻率越高
,多普勒效應(yīng)越明顯
。針對高鐵+4G場景(4G的頻率高于2G),這簡直就是要了老命

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  以 350km/h 的時(shí)速為例

,在 GSM 900MHz 頻段,多普勒頻移能夠達(dá)到300Hz;在 WCDMA 2000MHz 頻段
,多普勒頻移最高能夠達(dá)到 650Hz
。尤其是LTE采用的OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù),對載波頻率偏移更加敏感
。我畫個(gè)圖
,方便大家理解:

  不是OFDM的情況下,就是這樣▼

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  OFDM的情況下

,是這樣▼

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  大家交錯(cuò)分開

,占用的空間更小(提高頻譜利用率),但是還是能分清對象(提取有效數(shù)據(jù))
。But
,如果因?yàn)槎嗥绽招?yīng),開始錯(cuò)位
,就很難看清楚人了(錯(cuò)誤增加)▼

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  除了多普勒效應(yīng)之外

,還有多徑效應(yīng)等,也影響信號的傳輸
。雖然3G/4G會(huì)通過專門算法對這些效應(yīng)進(jìn)行抑制
,但是效果有限。不過
,好消息是
,到了5G時(shí)代,情況就不一樣了
。5G的性能指標(biāo)里面
,明確指出,可以支持終端最高移動(dòng)速度為500km/h
。除非是超級高鐵(時(shí)速1000km/h)
,不然5G都能hold住。

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  除了基站數(shù)量和密度之外,站址的選擇

,也是很大的一門學(xué)問
。高鐵線路,呈狹長帶狀分布
,區(qū)域跨度大
,沿途經(jīng)過車站、地面
、高架橋
、地塹、隧道和橋梁等多種地形
、地貌
。在明確具體的覆蓋方案之前,需要結(jié)合地形場景
、指標(biāo)要求
、列車速度,進(jìn)行鏈路預(yù)算
,確定站址以及站距。

  架設(shè)基站

,是不是離列車越近越好呢?

  并不是

,離得越遠(yuǎn),信號的入射角越大
,穿透損耗越小
。垂直入射時(shí),損耗最小

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  高鐵車廂都是金屬合金

,無線信號的衰減很大。所以
,基站和鐵軌之間的距離
,要保持在50米以上,最佳間距是100-500米
。天線的高度也有講究
,不能太低,也不能太高
,一般是天線高出軌面15米
,保證天線與軌面視通,保證天線朝向正對車窗

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  現(xiàn)在大家明白為什么坐高鐵的時(shí)候

,總是能看到基站天線了吧。它們就是故意這么架設(shè)的,方便信號能到達(dá)你的手機(jī)

  在直線軌道路段

,相鄰站點(diǎn)宜交錯(cuò)分布于軌道的兩側(cè),呈“之”字狀分布
。在彎道路段
,站點(diǎn)宜設(shè)置在彎道的內(nèi)側(cè),提高入射角
,保證覆蓋的均衡性

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  最后一個(gè)問題,在山區(qū)或丘陵地帶

,會(huì)有大量的隧道
,那么,隧道中如何保證信號覆蓋呢?

  如果是短隧道

,可以通過隧道口的天線
,向隧道內(nèi)進(jìn)行定向輻射,進(jìn)行覆蓋
。如果是長隧道
,就需要用到“泄漏電纜”。就是下面這個(gè):

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

  隧道電纜的高度

,一般和高鐵的中部窗口平齊

  泄漏電纜結(jié)構(gòu)與普通的同軸電纜基本一致,由內(nèi)導(dǎo)體

、絕緣介質(zhì)和開有周期性槽孔的外導(dǎo)體三部分組成
。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí),通過槽孔向外界輻射電磁波;外界的電磁場也可通過槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部
,并傳送到接收端

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

泄露同軸電纜

  泄漏電纜的信號效果還是不錯(cuò)的,即使在非隧道環(huán)境下

,也可以考慮使用(前提是不差錢
,因?yàn)檫€要修擋風(fēng)墻或屏蔽罩)。

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

擋風(fēng)墻

  在隧道里

,通常也有小型機(jī)房
,里面有RRU和一些信號中繼設(shè)備。

坐高鐵手機(jī)沒信號?原因遠(yuǎn)比你想的要復(fù)雜!

隧道機(jī)房

  好啦!洋洋灑灑說了那么多

,相信大家一定對高鐵信號覆蓋有了初步了解
。正如文章所說,高鐵的移動(dòng)信號優(yōu)化
,是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作
,既要投入大量的資金
,還要克服很多技術(shù)困難。更重要的
,是離不開我們通信工程師的辛苦付出
。相信不久的將來,在5G黑科技的加持之下
,我們一定能徹底解決高鐵上的信號難題
,讓大家享受暢快的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)!