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，歷時(shí)3年零2個(gè)月終于完工，通信項(xiàng)目已通過(guò)中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通三家運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收測(cè)試，信息“大橋”與港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)了同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)。
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。
讀完這則新聞不禁讓人心生疑惑，這么深的隧道，信號(hào)滿格到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢？平時(shí)坐火車過(guò)長(zhǎng)一點(diǎn)的隧道，還經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)消失，語(yǔ)音斷續(xù)，甚至無(wú)法接打的情況。而在手機(jī)剛普及的時(shí)候，每逢春節(jié)，特別是除夕夜，還經(jīng)常出現(xiàn)短信發(fā)不出、電話接不通的情況，這又是為什么呢，這些技術(shù)有什么區(qū)別呢？
1. 手機(jī)通信信號(hào)是如何提供的，海底隧道信息設(shè)施為什么是鐵塔公司建設(shè)呢？
手機(jī)移動(dòng)通信系統(tǒng)由三大部分組成：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，均不能直接進(jìn)行通信，需要經(jīng)過(guò)基站和移動(dòng)交換中心進(jìn)行接入和轉(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。這也就能夠解釋，為什么在港珠澳大橋深達(dá)40余米的海底隧道內(nèi)手機(jī)依然可以實(shí)現(xiàn)滿格。
△圖中左側(cè)紅色閃電表示無(wú)線信號(hào)，右側(cè)線路是有線信號(hào)。不同基站（BS）覆蓋了不同范圍，它們通過(guò)一個(gè)交換中心（MSC）進(jìn)行轉(zhuǎn)換
新聞中專門提到項(xiàng)目是由中國(guó)鐵塔公司進(jìn)行通信主體工程建設(shè)的，實(shí)現(xiàn)了三大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，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)通三大運(yùn)營(yíng)商各自擁有自己的運(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)的，造成了資源的極大浪費(fèi)。2014年，為了減少電信行業(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)，三大運(yùn)營(yíng)商共同出資成立中國(guó)鐵塔公司。
2. 火車過(guò)隧道時(shí)，為什么信號(hào)不好？
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，從而影響無(wú)線信號(hào)覆蓋以外，還有其他的原因。
首先，由于移動(dòng)通信是利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸，運(yùn)行情況十分復(fù)雜，很容易受通信環(huán)境物體遮擋及信號(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。
火車過(guò)隧道時(shí)，遮擋和衰減的情況是比較嚴(yán)重的。
還有大家生活中一定有這樣的經(jīng)歷，打電話一旦出現(xiàn)語(yǔ)音斷斷續(xù)續(xù)的情況，可以拿著手機(jī)走到稍微開(kāi)闊的地帶，語(yǔ)音信號(hào)立即就清晰流暢了，也是這個(gè)道理。
同時(shí)，移動(dòng)無(wú)線信號(hào)還容易受移動(dòng)臺(tái)與基站之間的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)影響，引起多普勒頻移以及相鄰蜂窩覆蓋之間信號(hào)的快速切換，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)景下設(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)，累計(jì)多普勒頻移偏差會(huì)顯著增加，導(dǎo)致移動(dòng)通信質(zhì)量明顯下降?，F(xiàn)在的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，未來(lái)時(shí)速500公里的超級(jí)高鐵場(chǎng)景的通信問(wèn)題就是當(dāng)前5G重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。
3. 除了火車過(guò)隧道，生活中還有哪些容易出現(xiàn)“信號(hào)不好”的場(chǎng)景？
生活中，“信號(hào)不好”的場(chǎng)景可不只有火車過(guò)隧道。
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)及廟會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，也經(jīng)常出現(xiàn)手機(jī)接不通、信息發(fā)不出的現(xiàn)象。
還有除夕之夜，辭舊迎新的時(shí)刻，正要給親朋好友發(fā)送祝福，手機(jī)就是不給力，因此大家前兩年經(jīng)常接到“為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，提前送上新年祝福”的短信，這主要都是為了避開(kāi)通信高峰時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)擁塞。
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)小區(qū)在給定頻段上所能支持都有最大用戶數(shù)限制，一旦超過(guò)上限容量，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，通話無(wú)法接入，短信發(fā)送延時(shí)或無(wú)法發(fā)出。
4. 影響無(wú)線信號(hào)的因素有哪些，如何解決信號(hào)不好的情況呢？
在無(wú)線通信的信道傳輸過(guò)程中，由于大氣及地面的影響而發(fā)生傳播損耗及傳播延時(shí)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象叫做衰落，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，影響信號(hào)同步跟蹤過(guò)程等，如何對(duì)抗衰落是無(wú)線通信必需認(rèn)真解決的問(wèn)題。
非頻率選擇性衰落會(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)。
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)在很多大樓的電梯、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。
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)重的后果之一是在信道傳播中引入非主徑信號(hào)的疊加變量，破壞奈奎斯特準(zhǔn)則和匹配濾波準(zhǔn)則，從而產(chǎn)生碼間串?dāng)_，導(dǎo)致信噪比嚴(yán)重惡化。
如上圖所示，移動(dòng)臺(tái)不僅接收到基站直接發(fā)送的無(wú)線信號(hào)，還收到經(jīng)過(guò)空間多個(gè)物體反射、折射的信號(hào)，導(dǎo)致多個(gè)信號(hào)疊加之后的快衰落變化。同時(shí)，由于移動(dòng)臺(tái)相對(duì)基站在移動(dòng)，導(dǎo)致多普勒頻移引起的慢衰落變化，這些都是信號(hào)衰減的表現(xiàn)。對(duì)抗頻率選擇性衰落手段包括分集技術(shù)、均衡技術(shù)、瑞克技術(shù)及糾錯(cuò)技術(shù)等，由于這些技術(shù)過(guò)于專業(yè)，這里我們就不做具體解釋。
5. 未來(lái)通信將是什么樣的？
信息革命浪潮一波未平，一波又起，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。
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)也由在2G/3G時(shí)代跟跑國(guó)際信息技術(shù)發(fā)展，到4G時(shí)代與發(fā)達(dá)國(guó)家并駕齊驅(qū)，到5G時(shí)代主導(dǎo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定。華為在一場(chǎng)3GPP RAN1 87次會(huì)議的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及法國(guó)的Turbo2.0方案，拿下5G時(shí)代的話語(yǔ)權(quán)。
5G需要具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬(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)500Km以上的移動(dòng)性和數(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)延為5G最基本的三個(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)的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上
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)延高可靠四個(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，即便有更快的超級(jí)高鐵投入使用，甚至在飛機(jī)上，乘客也可隨意地上網(wǎng)，在線觀看視頻，而不用擔(dān)心卡頓問(wèn)題，更不用擔(dān)心電話接通或通話斷續(xù)；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)，可以自如地分享現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，可以在除夕之夜、新年鐘聲敲響的那一刻，即時(shí)送上美好的祝福，而不用擔(dān)心卡頓擁塞；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)物透徹的感知、全面的連接、無(wú)人的值守、智能的控制；隨著低時(shí)延高可靠網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)，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。
我們深信，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。