不久前，由粵港澳三地合作共建的超級跨海工程——港珠澳大橋開通了4G網(wǎng)絡(luò)信號。這是由中國鐵塔公司承建的港珠澳大橋主體工程移動通信基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)通過中國電信、中國移動、中國聯(lián)通3家運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收測試。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)信號依然滿格，語音視頻通信流暢
生活中，乘坐車輛(尤其是火車)通過長一點(diǎn)的隧道，經(jīng)常會出現(xiàn)信號消失的情況。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)通信信號是如何提供的說起。
信號覆蓋度至關(guān)重要
移動臺能否收到無線信號，取決于所在區(qū)域基站的信號覆蓋情況
手機(jī)移動通信系統(tǒng)由3大部分組成：移動臺(如手機(jī))、基站BS(天線、無線電信號的接收、發(fā)射設(shè)備及基站控制器等)、交換網(wǎng)絡(luò)(移動交換機(jī)、跨地區(qū)間的中繼傳送設(shè)備等)。移動臺之間無論離得多近，均不能直接通信，需要經(jīng)過基站和移動交換中心接入和轉(zhuǎn)發(fā)。因此，移動臺能否收到無線信號，首先取決于所在區(qū)域基站的信號覆蓋情況。
為實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號滿格，港珠澳大橋主體工程移動通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)選擇了由中國鐵塔公司承建，最終實(shí)現(xiàn)了3大運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)性能測試。那么，中國鐵塔公司與運(yùn)營商之間有什么聯(lián)系呢?
中國電信、中國移動、中國聯(lián)通3大運(yùn)營商各自擁有運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)及無線頻段，以往移動基礎(chǔ)設(shè)施都是各自建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)營，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)營商共同出資成立了中國鐵塔公司，并從中受益。
但話說回來，火車過隧道時，為什么還是信號不好呢?除了部分隧道由于位置偏僻、隧道過長、環(huán)境復(fù)雜等原因，導(dǎo)致幾大移動運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)覆蓋不全，影響無線信號覆蓋以外，還存在其他誘因。
首先，移動通信是利用無線電波信息傳輸，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延擴(kuò)展。
當(dāng)火車通過隧道時，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)語音斷斷續(xù)續(xù)時，可以拿著手機(jī)走到稍微開闊的地帶，語音信號會立即變得清晰流暢。
同時，移動無線信號還容易受到移動臺與基站之間的相對高速運(yùn)動影響，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，語音信號很差，主要就是這個原因。當(dāng)時，主流的2G網(wǎng)絡(luò)主要針對相對慢速運(yùn)動場景設(shè)計，當(dāng)運(yùn)動速度超過200公里/小時臨界限制時，就會導(dǎo)致移動通信質(zhì)量明顯下降。目前，4G網(wǎng)絡(luò)基本解決了300公里/小時高鐵高速移動的通信問題;而未來時速500公里的超級高鐵通信問題，正是當(dāng)前5G重點(diǎn)解決的問題之一。
生活中，除了火車過隧道，在人群超密集的集會現(xiàn)場，如足球比賽現(xiàn)場、大型音樂會現(xiàn)場等，也經(jīng)常會出現(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，都是移動通信的帶寬限制。無論2G、3G還是4G通信系統(tǒng)，每個給定頻段上所能支持的人數(shù)都有限制，一旦超過上限容量，就會造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，通話無法接入，短信發(fā)送延時或無法發(fā)出。
無線信號不好怎么辦
有效對抗“衰落”是解決無線通信質(zhì)量的關(guān)鍵
那么，影響無線信號的因素有哪些，如何解決信號不好的問題呢?
在無線通信的信道傳輸過程中，由于大氣及地面影響，發(fā)生傳播損耗及傳播延時隨時間變化的現(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。衰落對通信的影響主要有：接收電平降低，無法保證正常通信;接收波形畸變，產(chǎn)生嚴(yán)重誤碼;傳播延時變化，破壞與時延同步。在快衰落情況下，由于電平變化迅速，還會影響信號同步跟蹤過程等。而平衰落會導(dǎo)致無線通信系統(tǒng)無法正常工作，對于手機(jī)用戶來講就是無信號。因此，如何對抗衰落是無線通信必須認(rèn)真解決的問題。
而對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。在移動通信中，具體來說就是通過布設(shè)基站、微蜂窩、直放站等方式，增加區(qū)域的信號覆蓋及信號強(qiáng)度。比如，現(xiàn)在很多高層建筑的電梯、地下車庫都能夠打電話，就是因?yàn)檫\(yùn)營商在這些地方增加了微蜂窩基站或直放站，實(shí)現(xiàn)無線信號的有效覆蓋。
相比而言，無線通信系統(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)及糾錯技術(shù)等。
5G通信是必然選擇
5G具備比4G更高的性能，未來的通信將是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)，帶動信息社會進(jìn)入智能化時代。未來，我們的通信將是5G的世界。
其中，物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)將成為5G發(fā)展的兩大主要驅(qū)動力。中國也經(jīng)歷著在2G/3G時代跟跑國際信息技術(shù)發(fā)展，在4G時代與發(fā)達(dá)國家并駕齊驅(qū)，直至5G時代主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)制定的發(fā)展道路。華為公司就在一場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，以及法國的Turbo2.0方案，拿下5G時代話語權(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100萬的連接數(shù)密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度，每小時500千米以上的移動性以及數(shù)十Gbps的峰值速率。
其中，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時延是5G最基本的3個性能指標(biāo)。同時，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營效率，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，IMT-2020(5G)從移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要的應(yīng)用場景、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延高可靠4個主要技術(shù)場景。從5G的規(guī)劃設(shè)計指標(biāo)可以看出，5G相對當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)有著全方位的提升，將有效解決當(dāng)前移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)存在的瓶頸和“痛點(diǎn)”問題。
未來，隨著5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)覆蓋，即便面對更快的超級高鐵甚至在飛機(jī)上，乘客也可以隨時上網(wǎng)，在線觀看視頻，不用擔(dān)心卡頓問題，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)大容量問題的解決，在足球比賽現(xiàn)場、音樂會現(xiàn)場，大家也可以自如分享現(xiàn)場實(shí)況，還可以在除夕之夜，即時送上美好祝福。
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)物理世界萬事萬物的透徹感知、全面連接、無人值守以及智能控制;而隨著低時延高可靠網(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)時可靠通信，實(shí)現(xiàn)智能駕駛、無人駕駛的全面普及。
相信通過5G技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，未來必將實(shí)現(xiàn)“信息隨心至、萬物觸手即”的美好愿景。
