为什么火车穿过隧道时,手机总是没有信号?

作者: 邱云周

来源: 中国科普博览

发布日期: 2020-01-30 10:30:00

本文探讨了火车穿过隧道时手机信号消失的原因,分析了移动通信系统的工作原理,以及信号在复杂环境下的传播问题,并展望了未来5G通信技术的发展前景。

很多人都有这样的经历,要坐很长时间火车时,会提前在手机上下载好几部电影以便打发车上的时间。特别是在中国南方地区,地形复杂,火车穿山越岭,一进入隧道,火车上就没信号。很多人猜想,可能是因为信号被山体挡住了,无法进入隧道。然而,港珠澳大桥深达40余米的海底沉管隧道内,手机上的4G网络信号依然满格,语音视频通信流畅。这么深的隧道,信号都能实现满格。

火车过长一点的隧道,却会经常出现信号消失,语音断续,甚至无法接打电话的情况。这是为什么呢?

手机移动通信系统由三大部分组成:移动台(如手机);基站(天线、无线电信号的接收、发射设备及基站控制器等);交换网络(移动交换机、跨地区间的中继传送设备等)。移动台之间无论离得多近,均不能直接进行通信,需要经过基站和移动交换中心进行接入和转发,因此移动台能否收到无线信号,首先取决于所在区域基站的信号覆盖情况。这也就能够解释,为什么在港珠澳大桥深达40余米的海底隧道内手机依然可以实现满格。

火车过隧道时,为什么信号不好?首先,由于移动通信是利用无线电波进行信息传输,运行情况十分复杂,很容易受通信环境物体遮挡及信号传输衰减等因素影响,产生多径效应和阴影效应,造成电波传播的幅度衰落和时延扩展。火车过隧道时,信号遮挡和衰减的情况比较严重。

同时,移动无线信号还容易受移动台与基站之间的相对高速运动影响,引起多普勒频移以及相邻蜂窝覆盖之间信号的快速切换,从而造成电波传播特性的快速随机变化,前几年乘坐高铁时,语音信号很差主要就是这个原因。

生活中,“信号不好”的场景可不只有火车过隧道。人群超密集的集会现场,如足球比赛现场、大型音乐会现场及庙会现场,也经常出现手机接不通、信息发不出的现象。还有除夕之夜,辞旧迎新的时刻,正要给亲朋好友发送祝福,手机就是不给力,因此大家前两年经常接到“为了避免网络拥塞,提前送上新年祝福”的短信,这主要都是为了避开通信高峰时刻的网络拥塞。这些现象背后的原因,都是移动通信的带宽限制。

在无线通信的信道传输过程中,由于大气及地面的影响而发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象叫做衰落,一般分为非频率选择性衰落(又称平衰落)和频率选择性衰落。衰落对通信的影响主要有:接收电平降低,无法保证正常通信;接收波形畸变,产生严重误码;传播延时变化,破坏与时延同步;在快衰落情况下,由于电平变化迅速,影响信号同步跟踪过程等,如何对抗衰落是无线通信必须认真解决的问题。

未来通信将是什么样的?

信息革命浪潮一波未平,一波又起,以物联网为代表的互联网+技术,带动信息社会进入智能化时代。未来我们的通信将是5G的世界。随着5G网络实现快速连续覆盖,即便超级高铁速度更快,网络也能覆盖。

随着超密集热点大容量问题的解决,在足球比赛现场、音乐会现场,可以自如地分享现场实况,可以在除夕之夜、新年钟声敲响的那一刻,即时送上美好的祝福,而不用担心卡顿拥塞;随着低功耗大连接5G物联网的全面使用,将实现物理世界万事万物透彻的感知、全面的连接、无人的值守、智能的控制;随着低时延高可靠网络的发展建设,将真正实现车联网系统中车车、车路、车网的全面实时可靠通信,实现智能驾驶、无人驾驶的全面普及。

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