为什么行进的火车上信号不好?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2021-09-17 10:53:22

火车信号较差的原因包括车厢的屏蔽作用、车速带来的多普勒效应和基站频繁切换,以及环境因素。随着技术进步,高铁上的网络信号正在改善。

为什么行进的火车上信号不好?

因为火车太快,信号追不上了。正经点,火车信号较差原因是多方面的。一方面是受到受到车厢的屏蔽。车体不必多说了,火车车厢由金属制造,对信号有屏蔽作用。实际上,车窗对信号也有屏蔽作用,高速行进的列车需要维持车厢内温度,因此有一部分热量会由车窗散失,因此我们在车窗上涂一层超薄的金属涂层,金属涂层可以将车内的光线反射回去,以减少热量散失。但金属涂层的存在却可以形成法拉第笼,使得车内信号变弱。

另一方面就是由于车速较快。车速较快带来两个问题:一个是多普勒效应带来的频率偏移;一个是不同基站之间的频繁切换。多普勒效应带来的频率偏差可以由下面这个公式计算:

其中 是多普勒频移,为载波频率,v为高铁速度,c为光速,为高铁行进方向与信号之间的夹角。可以看到,高铁速度越快,载波频率越高,信号的多普勒频移就越大,以时速350km/h(约100m/s)的列车为例,在900MHz波段多普勒频移可以达到接近300Hz,在2GHZ波段,多普勒频移可以达到约650Hz。

基站的切换就很好理解了,每个基站的覆盖范围是有限的,列车前进必然要穿过一系列基站的覆盖区域,这就要求我们的终端在不同的基站之间迅速切换,还是以时速350km/h的列车为例,大约每隔3-6秒就要切换基站,因此会感觉信号较弱。

还有一些其他原因,比如环境偏僻不适合大量建设基站、用户数较多需求较大、多经过隧道等特殊场景等,也会影响高铁上的信号。但总的来说,随着我们国家高铁技术和移动通信技术的进步,高铁上的网络信号正在变得越来越好,相信明天一定比今天更美好。

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