为啥高铁上的信号不好( 二 )
我从上海回成都，坐的是D95x车次的动车组（这个车次的卧代二等座太痛苦了，坐着和站着一样累，主要是背没法靠，卧铺改的座位太坑了。发誓坐飞机甚至K字头，也不坐这个车次了，结果下次，嗯，真香）从长三角到华中一带时，一路上信号都还行，但是从恩施那一段开始直到成都，信号都差得不得了，特别是过隧道时。
其实这个也不奇怪，因为这一段基本都是山地丘陵的地形，整段线上有很多穿山的隧道。我一边赞叹基建狂魔的伟业，一边咒骂差得要死的信号。
实际上，我谈个人的感受不是（就是）为了抱怨，而是为了引出高速铁路中隧道场景下无线通信的问题。为什么要谈一谈这个呢？因为我国是个多山多丘陵的国家，常常需要挖隧道来修建铁路线，因此隧道场景下的通信问题极具研究价值。
文末的主要参考文献中指出：
高铁在运行过程中会遇到多种场景，如开阔场景、路堑、高架桥、隧道以及车站场景.作为一种典型的高铁场景，隧道场景在整个高铁运输过程中占据了很大的比例，并且吸引了越来越多学者的研究兴趣.由于隧道环境独特的传播特性，如狭长、有限的隧道空间、粗糙的内部墙壁等，隧道场景中信号的传播特性在很大程度上不同于其他的高铁场景.此外，隧道长度几百米到几千米不等，且形状各有不同，如圆形、拱形或矩形等.由于隧道的长度、尺寸、形状及产生的波导效应等均会对传播信道产生一定影响，因此目前隧道场景的信道建模仍是一个极具挑战性的课题.同其他高铁场景相比，隧道内的无线信号会遇到更多的反射、衍射和散射等，并且接收端的信号会由于高铁的高速移动而产生严重衰落.目前有两种基本方案来解决隧道内的无线覆盖问题：
①漏泄电缆：顾名思义，漏泄，即缆上存在槽孔，以供向外辐射电磁波；当然，感应外部电磁波也可以办到，是双向的一个过程。漏泄电缆无须专门规划便能提供高质量的信号覆盖，但从成本上讲，其费用比较昂贵，从工程上讲，其维保相对困难。
②分布式天线：这种方案的优点是覆盖范围更广，信道容量更高，后期维保更简单。相比漏泄电缆而言，优点虽然明显，但也有其缺点。北京交通大学相关研究团队的研究成果指出：
……在隧道中进行了2.4 GHz频段的电波传播的实地实车测量，以实测数据论证了采用分布式天线实现隧道内无线覆盖的可行性.研究成果首次揭示了列车等大型用户在隧道中运行时电波传播特有的“近阴影”效应，即当列车距离发射台非常近时，接收信号反倒会遭受非常强(高达约30 dB)的衰减.其本质是当列车和发射台之间的距离小于列车长度时，电波传播的第一菲涅尔区，尤其是第一菲涅尔区60%的区域会被列车自身阻挡.“近阴影”现象揭示了现行列车通信系统接收天线在设计上存在的缺陷，对于使用便捷的分布式天线代替昂贵的漏泄电缆实现隧道内无线覆盖具有重要理论意义……就这样，对高速铁路隧道场景下的信道测量与建模工作就很重要啦。各位知友有兴趣可以再深入地了解一下。
三、一种基于光载无线通信的新方法随着铁路列车速度的不断加快，通信技术在铁路上的运用与演进将始终是铁路运输的热门问题。最后，我还想介绍一下日本情報通信研究機構(NICT)于去年(2018)给出的超高速列车运行状况下通信问题的解决办法。我觉得还挺有意思。
在这个研究成果的所在文章中，他们提出了一种用宽带条件下的交换式WDM光纤无线系统（by a switched WDM fiber-wireless system in the W-Band）实现高速无切换的高速列车通信方案（high-speed,handover-free communication for high-speed trains）。实验证明，在小区切换时间小于4μs的情况下，可以实现20Gb/s以上的信号传输（More than 20Gb/s signals transmission with a cell switching time less than 4μs is experimentally demonstrated）。
他们的成果提炼总结下来，就是利用了光载无线通信（Radio-over-Fiber, RoF）技术，将无线信号叠加在光纤上（用无线信号调制光信号），配合一种特有的切换基站覆盖小区的方式，实现列车高速运动中的信息高速稳定传输。其中用到了一种「光?ミリ波変換器」（光-毫米波变换器），用于在天线处利用该基站所设置的光波频率与一个基准光波频率比较，转换得到对应毫米波的频率，最终实现毫米波的大容量无线通信。
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