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    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

      [  中关村在线 原创  ]   作者:叶大恩

    全面5G距离我们越来越近了,特别是在一二线城市中,已经基本实现了5G的大面积覆盖,出门在外时刻接收5G信号已经成为了日常。但是,5G由于频段较高相比于4G网络穿透力更弱,信号更容易被阻断。因而,原本4G建设的难点——地铁,对于5G来说更是难上加难。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    地铁一般建设在地面之下,地面基站的信号想要通过厚厚的土层与地铁车厢传到手机中难度系数本身就很高。且不说5G信号,即使是4G网络,在行驶的地铁中也都经常出现断连。不过,地铁又是城市的重要交通方式,每天有大量的人群会花费时间在乘坐地铁通勤、上学、游玩上,因而在地铁实现5G铺设非常重要。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    听说北京的16号线已经实现了全线的5G网络覆盖,于是笔者带上了一台5G手机出发,去看看地铁上的5G信号究竟如何。

    01

    带上手机实测——1000Mps只是因为满分是1000Mbps

    测试5G我们常规考虑的无非是5G速度、信号稳定程度、实际使用速度这三大维度。为了测试地铁站的5G信号,笔者带上了一台荣耀30来进行测试。荣耀30搭载了麒麟985集成5G Modem,支持国内所有运营商的5G频段,包括n1/n3/n41/n77/n78/n79,帮助测试结果更加准确。在手机内,笔者插入了一张中国移动299元5G套餐的5G卡,支持最高1000Mbps的5G下载速度。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    在到达北京地铁16号线的南苑站之后,笔者在地铁站台的位置进行了5G网络测试,经过实测,整个地铁站内的5G基本能稳在1000Mbps左右。地铁站内的5G网络还可以通过固定的5G基站实现,参考价值有限,因此后续笔者的测试选择在了行驶的地铁中进行。

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    在地铁高速行驶的过程中,笔者再次进行了5G网络的SpeedTest测试,我们可以看到,5G速度最终显示为597Mbps,基本稳定在600Mbps左右,对比常规地铁中4G网络的速度提升非常明显。

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    行驶地铁中5G速度

    除了测速笔者还进行了应用下载来测试5G在实际使用当中的表现。下载应用时,手机的网速在45~50Mb/s左右小范围波动,与SpeedTest的测试结果一致,果然在16号线中5G网络还是很“表里如一”。

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    5G应用下载测试(使用荣耀30测试)

    除了5G速度,在高速行驶的地铁上,手机无疑会快速在多个5G站点覆盖的区域内移动,因而手机的网络稳定性可能会有一定程度的影响——才怪。

    经过《腾讯手游加速器》的测试与记录,在地铁行驶过程中,手机接收到的5G网络非常稳定,网络会在一个合理的范围内小幅度波动,但是整体还是非常稳定的。

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    是不是觉得结果有些意外?看完后面你就会发现,这其实应该是情理之中。

    02 地铁上的5G是如何实现的?——“泄漏”有时候不一定是坏事

    看完北京地铁5G的网络表现,这里我们就来唠唠地铁上的高强度稳定5G信号覆盖是如何实现的。

    地铁线路弯弯扭扭,如何做到全线覆盖?——泄漏电缆登场

    地铁线路的主体就是的地铁隧道,而这样的隧道常常长度通常超过千米,而且内部狭小,为了城市规划还常常有着各种弯道,比如下图,北京地铁16号线就是有着一个大弯和多个小的转向组成。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    这样的路线,想要采用传统的定向天线那显然是不靠谱的。毕竟传统的定向天线信号掠射角度小,局部信号衰减快,还容易被遮挡,在地铁这样的环境中显然是没有用武之地。地面宏站更是不靠谱——形成的三扇区大面积覆盖只能辐射到周边,造成浪费还影响信号的连续性。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的
    地面宏站

    所以,地铁5G需要的就是一种沿着地铁轨道线性的、能够实现均匀信号覆盖的建设方式,于是一种特殊的天线——泄漏电缆登场了。

    为什么要叫泄漏电缆?这就要说回一般的射频电缆的。常规的线缆都是成封闭状态,将信号在线缆内部进行传播。封闭的设计让信号从A点到B点的信号衰减降到更低,实现高效的信号搬运。

    而泄露电缆则是反其道为之——不仅不封闭,还在表面均匀分布着泄漏槽,让信号均匀地从这些槽孔中泄露出来。这样的设计可以让手机接收到从电缆中“逃”出来的信号,同时这些泄漏槽也为手机发射出来的信号“开了个门”,让发送的信号进入线缆内部再在传导到基站,于是,双向通信就这样实现了。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    是不是觉得有些难以理解?你就这样想,这些泄漏电缆就是人体内的“血管”,可以在传输的时候释放出“氧气”——5G信号供手机接收,也可以将产生的“二氧化碳”——手机发射的信号带到该去的地方。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    三大运营商谁也不服谁,地铁5G如何共处?——连接纽带POI合路器

    现在主流的三大运营商都有大量的客户,但是隧道空间有限,各家都建一套设备也着实浪费,因此就需要把泄露电缆共享使用,并采用一种设备——POI (Pont of Interface) 合路器将不同运营商的各种频段的信号合并,然后再一同送入泄露电缆。POI的工作原理比较复杂,这里我们不做过多赘述,大家只要知道它的作用是“团结各家信号”即可。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的
    POI合路器

    从3G开始,MIMO登上了移动通信的舞台,成为了提升系统容量最重要的手段,在5G时代,4x4MIMO则已成为了标配,因此地铁覆盖还必须要考虑对4x4MIMO的支持。由于MIMO系统发送的每路独立数据都需要独立的天线,隧道覆盖就需要4条平行的泄漏电缆来实现4x4MIMO。

    结合上述的各种,我们可以理解为下图的模型:5G RRU作为信号源,输出4路信号,再通过POI合路器跟其他运营商的信号源合路之后,馈入4根平行的泄漏电缆中,即可实现多通道收发了。

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    信号交界频繁如何手机信号不稳定?——“多合一”技术让各小区亲如一家

    “运营商大团结”做到了,那么地铁5G信号覆盖就还剩下最后一大难题——信号交界的频繁切换与重选。5G工程师们的解决方式就是把多个小区合并成超级小区,通过把多个线状小区的长度组合起来,避免过多的切换和重选,如下图:

    探寻5G隐秘角落——高难度地铁是如何覆盖5G的

    看到这里,是不是觉得前面不合理的地铁内5G信号稳定性也变得合理了呢?

    03 最后说一句:

    5G正在如火如荼的加紧建设当中,除了笔者今天去到的北京地铁16号线外,全国有多条地铁线路都实现了全线的5G覆盖,5G距离我们真的很近了。

    当我们在地铁上享受5G带来的便利的同时,其实也可以试想一下在这背后是5G建设工程师们智慧的结晶。随着地铁5G这一大难点的攻克,相信全面5G应该会更快的到来,而我们也将能如同现在的4G一样,感受到5G的“无处不在”。

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