不久前，由粵港澳三地合作共建的超級(jí)跨海工程——港珠澳大橋開(kāi)通了4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。這是由中國(guó)鐵塔公司承建的港珠澳大橋主體工程移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)通過(guò)中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通3家運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收測(cè)試。尤其令人印象深刻的是——在港珠澳大橋深達(dá)40余米的海底沉管隧道內(nèi)，手機(jī)上的4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)依然滿格，語(yǔ)音視頻通信流暢
生活中，乘坐車輛(尤其是火車)通過(guò)長(zhǎng)一點(diǎn)的隧道，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)消失的情況。那么，在港珠澳大橋深達(dá)40余米的海底沉管隧道內(nèi)，信號(hào)滿格是如何實(shí)現(xiàn)的?海底隧道信息設(shè)施為何由鐵塔公司建設(shè)?兩者技術(shù)有何區(qū)別?這要從手機(jī)通信信號(hào)是如何提供的說(shuō)起。
信號(hào)覆蓋度至關(guān)重要
移動(dòng)臺(tái)能否收到無(wú)線信號(hào)，取決于所在區(qū)域基站的信號(hào)覆蓋情況
手機(jī)移動(dòng)通信系統(tǒng)由3大部分組成：移動(dòng)臺(tái)(如手機(jī))、基站BS(天線、無(wú)線電信號(hào)的接收、發(fā)射設(shè)備及基站控制器等)、交換網(wǎng)絡(luò)(移動(dòng)交換機(jī)、跨地區(qū)間的中繼傳送設(shè)備等)。移動(dòng)臺(tái)之間無(wú)論離得多近，均不能直接通信，需要經(jīng)過(guò)基站和移動(dòng)交換中心接入和轉(zhuǎn)發(fā)。因此，移動(dòng)臺(tái)能否收到無(wú)線信號(hào)，首先取決于所在區(qū)域基站的信號(hào)覆蓋情況。
為實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)滿格，港珠澳大橋主體工程移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)選擇了由中國(guó)鐵塔公司承建，最終實(shí)現(xiàn)了3大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試。那么，中國(guó)鐵塔公司與運(yùn)營(yíng)商之間有什么聯(lián)系呢?
中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通3大運(yùn)營(yíng)商各自擁有運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線頻段，以往移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施都是各自建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，造成了資源浪費(fèi)。2014年，為減少電信行業(yè)內(nèi)鐵塔以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)、提高行業(yè)投資效率、從機(jī)制上進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)，3大運(yùn)營(yíng)商共同出資成立了中國(guó)鐵塔公司，并從中受益。
但話說(shuō)回來(lái)，火車過(guò)隧道時(shí)，為什么還是信號(hào)不好呢?除了部分隧道由于位置偏僻、隧道過(guò)長(zhǎng)、環(huán)境復(fù)雜等原因，導(dǎo)致幾大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)覆蓋不全，影響無(wú)線信號(hào)覆蓋以外，還存在其他誘因。
首先，移動(dòng)通信是利用無(wú)線電波信息傳輸，運(yùn)行情況十分復(fù)雜，很容易受到通信環(huán)境中的物體遮擋以及信號(hào)傳輸衰減等因素影響，產(chǎn)生多徑效應(yīng)和陰影效應(yīng)，造成電波傳播的幅度衰落和時(shí)延擴(kuò)展。
當(dāng)火車通過(guò)隧道時(shí)，遮擋和衰減的情況就比較嚴(yán)重。因此，在生活中，當(dāng)手機(jī)通話出現(xiàn)語(yǔ)音斷斷續(xù)續(xù)時(shí)，可以拿著手機(jī)走到稍微開(kāi)闊的地帶，語(yǔ)音信號(hào)會(huì)立即變得清晰流暢。
同時(shí)，移動(dòng)無(wú)線信號(hào)還容易受到移動(dòng)臺(tái)與基站之間的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)影響，從而造成電波傳播特性的快速隨機(jī)變化。前幾年乘坐高鐵時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)很差，主要就是這個(gè)原因。當(dāng)時(shí)，主流的2G網(wǎng)絡(luò)主要針對(duì)相對(duì)慢速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)200公里/小時(shí)臨界限制時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)通信質(zhì)量明顯下降。目前，4G網(wǎng)絡(luò)基本解決了300公里/小時(shí)高鐵高速移動(dòng)的通信問(wèn)題;而未來(lái)時(shí)速500公里的超級(jí)高鐵通信問(wèn)題，正是當(dāng)前5G重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。
生活中，除了火車過(guò)隧道，在人群超密集的集會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，如足球比賽現(xiàn)場(chǎng)、大型音樂(lè)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)等，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)手機(jī)接不通、信息發(fā)不出的現(xiàn)象。此外，前兩年在辭舊迎新的除夕之夜，為避免網(wǎng)絡(luò)擁堵，大家經(jīng)常提前發(fā)送新年祝福的短信。這些現(xiàn)象背后的原因，都是移動(dòng)通信的帶寬限制。無(wú)論2G、3G還是4G通信系統(tǒng)，每個(gè)給定頻段上所能支持的人數(shù)都有限制，一旦超過(guò)上限容量，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，通話無(wú)法接入，短信發(fā)送延時(shí)或無(wú)法發(fā)出。
無(wú)線信號(hào)不好怎么辦
有效對(duì)抗“衰落”是解決無(wú)線通信質(zhì)量的關(guān)鍵
那么，影響無(wú)線信號(hào)的因素有哪些，如何解決信號(hào)不好的問(wèn)題呢?
在無(wú)線通信的信道傳輸過(guò)程中，由于大氣及地面影響，發(fā)生傳播損耗及傳播延時(shí)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象叫作“衰落”——一般分為非頻率選擇性衰落(又稱平衰落)和頻率選擇性衰落。衰落對(duì)通信的影響主要有：接收電平降低，無(wú)法保證正常通信;接收波形畸變，產(chǎn)生嚴(yán)重誤碼;傳播延時(shí)變化，破壞與時(shí)延同步。在快衰落情況下，由于電平變化迅速，還會(huì)影響信號(hào)同步跟蹤過(guò)程等。而平衰落會(huì)導(dǎo)致無(wú)線通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作，對(duì)于手機(jī)用戶來(lái)講就是無(wú)信號(hào)。因此，如何對(duì)抗衰落是無(wú)線通信必須認(rèn)真解決的問(wèn)題。
而對(duì)抗這類衰落的方法主要有增加發(fā)送功率、提高天線高度、減少通信距離等。在移動(dòng)通信中，具體來(lái)說(shuō)就是通過(guò)布設(shè)基站、微蜂窩、直放站等方式，增加區(qū)域的信號(hào)覆蓋及信號(hào)強(qiáng)度。比如，現(xiàn)在很多高層建筑的電梯、地下車庫(kù)都能夠打電話，就是因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商在這些地方增加了微蜂窩基站或直放站，實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的有效覆蓋。
相比而言，無(wú)線通信系統(tǒng)比較難解決的是由于多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落。多徑效應(yīng)最嚴(yán)重的后果之一是導(dǎo)致信噪比嚴(yán)重惡化，影響通話質(zhì)量。目前，對(duì)抗頻率選擇性衰落的主要手段包括：分集技術(shù)、均衡技術(shù)、瑞克技術(shù)及糾錯(cuò)技術(shù)等。
5G通信是必然選擇
5G具備比4G更高的性能，未來(lái)的通信將是5G的世界
信息革命浪潮一波未平，一波又起。當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，帶動(dòng)信息社會(huì)進(jìn)入智能化時(shí)代。未來(lái)，我們的通信將是5G的世界。
其中，物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將成為5G發(fā)展的兩大主要驅(qū)動(dòng)力。中國(guó)也經(jīng)歷著在2G/3G時(shí)代跟跑國(guó)際信息技術(shù)發(fā)展，在4G時(shí)代與發(fā)達(dá)國(guó)家并駕齊驅(qū)，直至5G時(shí)代主導(dǎo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的發(fā)展道路。華為公司就在一場(chǎng)5G短碼討論方案中，憑借59家代表的支持，以極化碼(Polar Code)戰(zhàn)勝了高通主推的LDPC，以及法國(guó)的Turbo2.0方案，拿下5G時(shí)代話語(yǔ)權(quán)。
就具體應(yīng)用而言，5G需要具備比4G更高的性能——支持0.1至1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里100萬(wàn)的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度，每小時(shí)500千米以上的移動(dòng)性以及數(shù)十Gbps的峰值速率。
其中，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時(shí)延是5G最基本的3個(gè)性能指標(biāo)。同時(shí)，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)效率，與4G相比，其頻譜效率提升5至15倍，能效和成本效率提升百倍以上。
同時(shí)，IMT-2020(5G)從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要的應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，將5G概括為連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時(shí)延高可靠4個(gè)主要技術(shù)場(chǎng)景。從5G的規(guī)劃設(shè)計(jì)指標(biāo)可以看出，5G相對(duì)當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)有著全方位的提升，將有效解決當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)存在的瓶頸和“痛點(diǎn)”問(wèn)題。
未來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)覆蓋，即便面對(duì)更快的超級(jí)高鐵甚至在飛機(jī)上，乘客也可以隨時(shí)上網(wǎng)，在線觀看視頻，不用擔(dān)心卡頓問(wèn)題，更不用擔(dān)心電話能否接通或通話斷續(xù)。而隨著超密集熱點(diǎn)大容量問(wèn)題的解決，在足球比賽現(xiàn)場(chǎng)、音樂(lè)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，大家也可以自如分享現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，還可以在除夕之夜，即時(shí)送上美好祝福。
此外，隨著低功耗大連接5G物聯(lián)網(wǎng)的全面使用，將實(shí)現(xiàn)物理世界萬(wàn)事萬(wàn)物的透徹感知、全面連接、無(wú)人值守以及智能控制;而隨著低時(shí)延高可靠網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)，還將真正實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中車車、車路、車網(wǎng)的全面實(shí)時(shí)可靠通信，實(shí)現(xiàn)智能駕駛、無(wú)人駕駛的全面普及。
相信通過(guò)5G技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，未來(lái)必將實(shí)現(xiàn)“信息隨心至、萬(wàn)物觸手即”的美好愿景。
