為什麼火車穿過隧道時,手機總是沒有信號?_風聞

來源：公眾號 中國科普博覽

今年過年回家，你選擇什麼交通工具？

很多人都有這樣的經歷，要坐很長時間火車時，會提前在手機上下載好幾部電影以便打發車上的時間。特別是在中國南方地區，地形複雜，火車穿山越嶺，一進入隧道，火車上就沒信號。

很多人猜想，可能是因為信號被山體擋住了，無法進入隧道。

（圖片來源：Veer圖庫）

然而，港珠澳大橋深達40餘米的海底沉管隧道內，手機上的4G網絡信號依然滿格，語音視頻通信流暢。

“藏身”於水下40餘米的港珠澳大橋沉管隧道設計圖

（圖片來源：http://www.hzmb.org/cn/default.asp）

這麼深的隧道，信號都能實現滿格。火車過長一點的隧道，卻會經常出現信號消失，語音斷續，甚至無法接打電話的情況。這是為什麼呢？

Part.1

手機接收信號，這三個條件都不能少

我們先來了解一下手機是如何接受信號的。

手機移動通信系統由三大部分組成：移動台（如手機）；基站（天線、無線電信號的接收、發射設備及基站控制器等）；交換網絡（移動交換機、跨地區間的中繼傳送設備等）。

移動台之間無論離得多近，均不能直接進行通信，需要經過基站和移動交換中心進行接入和轉發，因此移動台能否收到無線信號，首先取決於所在區域基站的信號覆蓋情況。

（圖片來源：Veer圖庫）

這也就能夠解釋，為什麼在港珠澳大橋深達40餘米的海底隧道內手機依然可以實現滿格。

Part.2

火車過隧道時，為什麼信號不好？

説回來，火車過隧道時，為什麼還是信號不好呢？

（圖片來源：中研網）

首先，由於移動通信是利用無線電波進行信息傳輸，運行情況十分複雜，很容易受通信環境物體遮擋及信號傳輸衰減等因素影響，產生多徑效應和陰影效應，造成電波傳播的幅度衰落和時延擴展。

火車過隧道時，信號遮擋和衰減的情況比較嚴重。

大家生活中一定有這樣的經歷，打電話一旦出現語音斷斷續續的情況，可以拿着手機走到稍微開闊的地帶，語音信號立即就清晰流暢了，其實也是這個道理。

同時，**移動無線信號還容易受移動台與基站之間的相對高速運動影響，引起多普勒頻移以及相鄰蜂窩覆蓋之間信號的快速切換，**從而造成電波傳播特性的快速隨機變化，前幾年乘坐高鐵時，語音信號很差主要就是這個原因。

行進中的高鐵

（圖片來源：中國經濟網）

2G網絡主要針對相對慢速運動場景下設計，當運動速度超過200公里/小時臨界限制時，累計多普勒頻移偏差會顯著增加，導致移動通信質量明顯下降。現在的4G網絡基本解決了300公里/小時高鐵高速移動的通信問題。未來時速500公里的超級高鐵場景的通信問題就是當前5G重點解決的問題之一。2019年末，已經有運營商進行了5G商用網絡測試，在代表地表最高速度的磁懸浮列車時速接近450公里情況下，5G商用終端穩定。

當然，火車過隧道信號差，往往還與部分隧道位置偏僻、隧道過長、環境複雜等，導致幾大移動運營商網絡基礎設施建設覆蓋不全，從而影響無線信號覆蓋有關。

Part.3

生活中還有哪些容易出現“信號不好”的場景？

生活中，“信號不好”的場景可不只有火車過隧道。

人羣超密集的集會現場，如足球比賽現場、大型音樂會現場及廟會現場，也經常出現手機接不通、信息發不出的現象。

還有除夕之夜，辭舊迎新的時刻，正要給親朋好友發送祝福，手機就是不給力，因此大家前兩年經常接到“為了避免網絡擁塞，提前送上新年祝福”的短信，這主要都是為了避開通信高峯時刻的網絡擁塞。

這些現象背後的原因，都是移動通信的帶寬限制。無論2G、3G，還是4G通信系統，每個小區在給定頻段上所能支持都有最大用户數限制，一旦超過上限容量，就會造成網絡擁塞，通話無法接入，短信發送延時或無法發出。

Part.4

信號不好，如何解決？

在無線通信的信道傳輸過程中，由於大氣及地面的影響而發生傳播損耗及傳播延時隨時間變化的現象叫做衰落，一般分為非頻率選擇性衰落（又稱平衰落）和頻率選擇性衰落。

衰落對通信的影響主要有：接收電平降低，無法保證正常通信；接收波形畸變，產生嚴重誤碼；傳播延時變化，破壞與時延同步；在快衰落情況下，由於電平變化迅速，影響信號同步跟蹤過程等，如何對抗衰落是無線通信必須認真解決的問題。

非頻率選擇性衰落會導致無線通信系統無法正常工作，對於手機用户來講就是無信號。

對抗這類衰落的方法主要有增加發送功率、提高天線高度、減少通信距離等。在移動通信中，具體來説就是通過佈設基站、微蜂窩、直放站等方式，增加區域的信號覆蓋及信號強度。比如現在很多大樓的電梯、地下車庫都能夠打電話，就是因為運營商在這些地方增加了微蜂窩基站或直放站，實現無線信號的有效覆蓋。

無線通信系統比較難解決的是由於多徑效應引起的頻率選擇性衰落，多徑效應最嚴重的後果之一是在信道傳播中引入非主徑信號的疊加變量，破壞奈奎斯特准則和匹配濾波準則，從而產生碼間串擾，導致信噪比嚴重惡化。

Part.5

未來通信將是什麼樣的？

信息革命浪潮一波未平，一波又起，以物聯網為代表的互聯網+技術，帶動信息社會進入智能化時代。

未來我們的通信將是5G的世界。

隨着5G網絡實現快速連續覆蓋，即便超級高鐵速度更快，網絡也能覆蓋。隨着超密集熱點大容量問題的解決，在足球比賽現場、音樂會現場，可以自如地分享現場實況，可以在除夕之夜、新年鐘聲敲響的那一刻，即時送上美好的祝福，而不用擔心卡頓擁塞；隨着低功耗大連接5G物聯網的全面使用，將實現物理世界萬事萬物透徹的感知、全面的連接、無人的值守、智能的控制；隨着低時延高可靠網絡的發展建設，將真正實現車聯網系統中車車、車路、車網的全面實時可靠通信，實現智能駕駛、無人駕駛的全面普及。