中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
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日本4月26日消息，據日本情報通信研究機構（NICT）報道，NICT網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)驗室利用沿鐵路線(xiàn)安裝無(wú)線(xiàn)基站方式和光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，將無(wú)線(xiàn)信號疊加在光纖上進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究并做到在高速移動(dòng)期間的穩定通信。該實(shí)驗室開(kāi)發(fā)了一種方法以適當切換無(wú)線(xiàn)基站，在高速移動(dòng)期間實(shí)現不中斷通信并且成功地發(fā)射了20Gbps的無(wú)線(xiàn)信號，大約比當前的移動(dòng)電話(huà)線(xiàn)路速率超過(guò)20倍。??
這項實(shí)驗成功表明，將來(lái)即使在超高速鐵路這類(lèi)移動(dòng)物體中，通過(guò)不斷切換無(wú)線(xiàn)基站的方式，可以在超過(guò)500公里的時(shí)速下也能實(shí)現平滑的高速通信。這項研究論文憑借非常高的價(jià)值被選入OFC2018最熱門(mén)標題論文中。
（論文：High-Speed and Handover-Free Communications for High-Speed Trains Using Switched WDM Fiber-Wireless System）??
實(shí)驗背景??
由于智能手機越來(lái)越普及，人們對在高鐵旅行或同類(lèi)環(huán)境下穩定的通信需求越來(lái)越高。但是在高速旅行期間，連接的站臺頻繁切換時(shí)，信號連接會(huì )經(jīng)常遭遇干擾。日本NICT聯(lián)合承擔了無(wú)線(xiàn)頻譜資源擴展研究與開(kāi)發(fā)項目——“毫米波段高速移動(dòng)回程技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)”(研究代表：日立國際電氣)以及持續推動(dòng)高鐵不間斷信號的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研發(fā)。同時(shí)，NICT已經(jīng)著(zhù)手研發(fā)一種網(wǎng)絡(luò )，其擁有毫米波無(wú)線(xiàn)波特征的光纖通信能力和大容量無(wú)線(xiàn)傳輸能力。??
開(kāi)發(fā)結果
圖1 高速鐵路通信系統示意圖?
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NICT開(kāi)發(fā)出高速鐵路通信系統(圖1)在光纖無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中基本必要技術(shù)，并且成功在無(wú)線(xiàn)基站間傳輸20Gbps的無(wú)線(xiàn)信號。新技術(shù)如下：??
一、作為無(wú)縫切換無(wú)線(xiàn)基站的技術(shù)，需要為每個(gè)無(wú)線(xiàn)基站分配不同波長(cháng)的光信號，并根據列車(chē)的位置切換要高速傳送的光波長(cháng) (圖2) 。一種方法是控制光信號，將其發(fā)射至一個(gè)無(wú)線(xiàn)基站并減少來(lái)自?xún)蓚€(gè)無(wú)線(xiàn)基站的無(wú)線(xiàn)信號干擾。 (圖3)??
二、高容量無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使用毫米波(MMW)信號(圖4)??
總體而言，在高鐵系統中，因為高鐵位置信息是受駕駛指揮室控制，所以根據位置信息來(lái)決定無(wú)線(xiàn)基站分布信號就變得可能。通過(guò)無(wú)線(xiàn)基站將信號及時(shí)分配給靠近行駛的列車(chē)，建設一種具有不間斷信號的通信系統成為可能，就像無(wú)線(xiàn)基站跟著(zhù)列車(chē)運動(dòng)一般。??
這次基本技術(shù)，如果毫米波無(wú)線(xiàn)基站間隔為1000米，當運行速度達到500公里時(shí)速時(shí)(兩個(gè)基站通過(guò)時(shí)間大約7秒)，將有望在切換無(wú)線(xiàn)基站時(shí)做到每秒發(fā)射20G比特的信號。??
未來(lái)前景??
未來(lái)，日本總務(wù)省將通過(guò)“無(wú)線(xiàn)頻譜擴展高速移動(dòng)回程技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)項目”完善光纖無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)以擴大無(wú)線(xiàn)頻譜，其他機構如日立國際電氣、公共利益基金會(huì )綜合鐵路技術(shù)實(shí)驗室、國家研究與發(fā)展公司海洋/港口/航空實(shí)驗室/航空航天實(shí)驗室與國家航空和航海研究實(shí)驗室等合作，對實(shí)際鐵路線(xiàn)進(jìn)行示范試驗，加速聯(lián)合研究和開(kāi)發(fā)，實(shí)現社會(huì )產(chǎn)-學(xué)-官合作。
研究成果描述
??一、使用光纖無(wú)線(xiàn)技術(shù)的高速無(wú)線(xiàn)基站切換方式
圖2 無(wú)線(xiàn)基站切換示意圖
??圖2是本次高速無(wú)線(xiàn)基站切換技術(shù)發(fā)展示意圖，在波長(cháng)開(kāi)關(guān)中設置與從激光器發(fā)射的光的波長(cháng)對應的天線(xiàn)。
??① 當移動(dòng)至無(wú)線(xiàn)基站1時(shí)
??在控制器的控制下，激光器發(fā)射無(wú)線(xiàn)基站1和基站2的光波長(cháng)，并傳輸相同的信息。
??②轉移至無(wú)線(xiàn)基站2的區域
??在控制器的控制下，激光器停止發(fā)射無(wú)線(xiàn)基站1的波長(cháng)，改為發(fā)射基站3的光信號波長(cháng)，并傳輸相同信息。
??二、一種減少來(lái)自?xún)蓚€(gè)無(wú)線(xiàn)基站的無(wú)線(xiàn)信號干擾方式
圖3 實(shí)驗裝置和實(shí)驗結果的示意圖
??圖3是本次實(shí)驗結構示意圖，其結果是一個(gè)被接收的波形。通過(guò)進(jìn)行發(fā)送控制，使來(lái)自天線(xiàn)1和天線(xiàn)2的無(wú)線(xiàn)電波的定時(shí)一致，即使在兩個(gè)波形重疊的情況下也能使原始波形不失真地再生。這項實(shí)驗結果便是，來(lái)自?xún)蓚€(gè)無(wú)線(xiàn)基站的無(wú)線(xiàn)電波干擾大幅減少，無(wú)干擾通信有望實(shí)現。
??三、使用毫米波(MMW)高容量無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)
圖4 使用光纖無(wú)線(xiàn)技術(shù)發(fā)射毫米波示意圖
??圖4是NICT利用迄今為止我們已經(jīng)培育的光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)傳輸毫米波的圖像。 兩個(gè)光頻率之間的差被設置為等于無(wú)線(xiàn)電波的頻率，并且在光纖中產(chǎn)生并傳輸具有較小頻率波動(dòng)的光信號。 在無(wú)線(xiàn)基站中，毫米波段中的電信號由兩個(gè)光分量的干涉獲得，并且在放大之后，其作為無(wú)線(xiàn)電波從天線(xiàn)發(fā)射。 相反，也可以接收毫米波段的無(wú)線(xiàn)電波，將其轉換成光信號，并將其傳輸到光纖中。 由于光纖與銅線(xiàn)電纜相比具有非常小的傳播損耗，所以光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)具有可以長(cháng)距離傳輸高頻電信號的特征。
??名詞解釋
??沿線(xiàn)基站（cell）方式
無(wú)線(xiàn)基站在其覆蓋區域中排列成一條直線(xiàn)。在普通的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電中，需要將其放置在一個(gè)平面上以覆蓋表面，但鐵路和高速公路等將沿直線(xiàn)排列許多細長(cháng)的單元。 通過(guò)限制無(wú)線(xiàn)電信號的輻射方向和增加天線(xiàn)的方向性，即使通常達到距離較短的毫米波也可以實(shí)現幾百米或更多的小區。 另外，由于移動(dòng)方向在鐵路中是已知的，下一個(gè)移動(dòng)小區比傳統移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電更容易預測，從而實(shí)現有效的信號分配。
??一種技術(shù)，通過(guò)光纖使用無(wú)線(xiàn)電信號來(lái)調制光信號，以直接傳輸無(wú)線(xiàn)電信號。該技術(shù)已經(jīng)被用在無(wú)線(xiàn)電覆蓋較差區域的移動(dòng)和陸地數字廣播系統中。
??無(wú)線(xiàn)基站切換
??在移動(dòng)通信和同類(lèi)環(huán)境中，當終端從無(wú)線(xiàn)基站覆蓋的區域移動(dòng)到下一個(gè)基站區域時(shí)，終端的信息交換發(fā)生在無(wú)線(xiàn)基站上游側。在切換中，數據通信中斷通常發(fā)生在幾毫秒到幾秒之間，并且有效數據通信速度降低。另外，為了實(shí)現將來(lái)的大容量的無(wú)線(xiàn)通信，需要使用高頻的無(wú)線(xiàn)電波，但通常高頻的電波的到達距離較短，所以需要匹配多個(gè)基站。特別是在高速鐵路中，無(wú)線(xiàn)基站的切換頻繁發(fā)生導致通信中斷時(shí)間增加和連接性降低。在該系統中，由于預先已知位置信息，所以可以通過(guò)基于該信息執行適當的信號分配來(lái)使通信中斷最小化。
