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【Wireless Network】日本成功进行无线网络平稳切换的技术验证实验

天地一体化信息网络 · 公众号 · · 2020-04-21 20:00

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编译：伍尚慧（中国电科27所）

2020年4月16日，据日本国立信息通信技术研究所（NICT）网站报道，NICT公司联合东日本铁路公司（JR East）和铁路技术研究所成功进行了从公共网向专用网平稳切换的无线网络基础技术演示试验，验证了连接全国通信运营商公共网的火车、汽车终端等，在行驶到自营网络运营商设置的专用点式基站范围时，能够实现无线网络的顺利切换。结果表明，以往需花费4分钟以上从公共网到自营网的连接切换时间平均缩短到5秒以下，最大可以缩短到10秒左右。试验还验证了可以将地面多点视频同时传输到正通过线性点式基站的车载终端，确认了与公共网连接时相比可以低延迟进行视频传输。该技术一旦实用化，将有望向区域限定的移动用户提供稳定的个体经营服务。预计未来局域5G技术有望得到普及。相关技术成果将在2020年4月23日召开的电子信息通信学会无线通信系统研讨会上进行在线发布。

一、实验重点

1. 开发出即使在移动环境下也能够从公共网向专用网顺畅地高速切换的无线基础技术；

2.演示在铁路沿线临时设置的毫米波段专用线性点式基站中，高速切换时间平均小于5秒；

3. 局域5G有望作为一种对限定区域可提供稳定服务的技术。

二、背景

目前，采用5G创新技术来推进公共网络的基础设施建设，在限定区域内（例如建筑物或地面）提供自营通信服务的局域5G备受瞩目。局域5G规定将28GHz的准毫米波段 ( 28.2-28.3GHz )作为室外使用频段，但由于使用频率高，可提供服务的区域变小。因此，在成本和物理层面均存在难以部署的困难。特别是在针对火车、汽车等移动车辆的受限区域发送信息的服务中，如果在某一点部署的自营基站（自营点式基站）发生了连接延迟，移动车辆在未接受服务之前就已通过了自营基站。因此，实现高速连接自营点式基站的技术需求日趋增强。

三、卫星物联网的发展趋势

自营网运营商

自营网运营商（简称自营网商）与全国通信运营商不同，是指在办公室、车站、商业设施等独立设置基站，提供专用通信服务的运营商。在某些情况下，此类机构的经理将成为个体经营的网络运营商并建立自己的个体经营网络；另外，也有专门从事局域5G运营的公司作为专用网运营商，建立并运营用于此类设施的专用网络。

自营基站

自营基站是自营网商在特定区域设置的基站。在28GHz等频段为移动用户提供自营网点式基站的运营服务时，存在接入自营网的时间花费过长而无法及时建立连接，难以提供充分服务的问题。此外，使用通信运营商开发的28 GHz频带微基站（Micro cell）也存在同样的问题，但通信运营商在同一区域内还会使用频率不同的宏蜂窝（ Macro cell ），用宏蜂窝交换控制信号将使该问题迎刃而解，可简化并省略微基站的连接过程。另一方面，就成本和技术而言，自营网商难以建立独立的宏蜂窝，而谋求实现自营网的高速连接技术。

局域5G概念

局域5G是指由公司或地方政府等自营网络运营商采用5G来构建独立的超高速、超低延迟、可同时连接超多终端的网络，如图1所示。针对全国通信运营商在全国统一提供的5G通信服务，局域5G相当于自营网络运营商在自己的区域、建筑物等限定场所提供的专用通信服务。全国运营商部署的网络称为公共网，自营网运营商设置的网络称为自营网。局域5G有望成为不依赖于公共网、特别用于处理隐秘性高的信息服务或要求提供稳定的通信服务的一种重要手段。

局域5G概念图

目前，日本总务省“局域5G研讨工作组”正在对其进行制度化讨论，分配4.6-4.8GHz和28.2-28.3GHz频率作为局域5G的专用频段。工作组认为，虽允许28.2-28.3GHz在室外使用，但因受电波到达距离的限制，难以扩大服务范围（即基站大小），因此，一直在反复讨论建立制度以提升在广域中的实用性。

线性点式基站（Linear spot cell）

在铁路沿线和高速公路这类呈线状展开的区域，为了与火车、汽车进行通信而形成直线状的基站（通信区域）或将无线系统称为线性基站。线性点式基站是指以点式部署的线性基站。由于部署的区域被限定在沿线，尽管以间隔的方式来安装无线电设备，能够相对容易地建立线性基站，但降低安装成本是构建长距离线性基站的重要课题。目前正在对使用光通信技术来简化无线设备结构、集中各无线设备波束的方向性来延长电波到达距离等方法进行广泛讨论。

四、实验成果

实验中无线电设施的外观图

NICT 公司、JR East公司和铁道综合技术研究所成功地演示验证了无线基础设施技术，即使在火车等移动环境中，该技术也能实现从公共网络到专用点式基站的平稳高速切换。该技术由NICT公司开发，通过公共网等普通的网络线路预先访问自营网，大大缩短了到达点式基站时的基站搜索和认证手续等连接处理时间，实现了铁路公用网与专用网之间的平滑连接切换，而无需在专用网运营商与公用网运营商之间共享用户的入网信息。

此次试验，通过NICT公司、铁道综合技术研究所内部试验线路的预先实验，在JR东日本乌山线(栃木县)，构建了总长为3km的毫米波频段专用线性点式基站，并对该技术进行了演示测试。结果显示：采用传统方法，移动物体从到达专用线性点式基站到连接该网络需要4分钟以上的时间；还存在基站未提供服务前就行驶通过了的情况。应用本技术可大幅缩短切换时间，平均可以缩短5秒以下，最大可以缩短10秒左右。此外，还进行了视频传输实验，该实验将安装在地面上多个摄像机的图像同时传输到车辆上，使用公共网络时的往返延迟时间约为800毫秒，切换连接到专用网络后约为100毫秒，缩短时间约1/8，确认了可以提高视频质量。

实验中JR东日本乌山线沿线的实验区域和设置器材的情况

【Wireless Network】日本成功进行无线网络平稳切换的技术验证实验

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