離譜！杭州熱到手機網(wǎng)速變慢，背后是什么原理？

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2022-08-17 14:42

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作者：melon

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導(dǎo)讀

40℃高溫的天氣，一只沒有信號的手機帶你重回那個車馬都很慢的時代。

立秋已至，某些地區(qū)的“炙烤模式”卻還沒有跳閘。八月中旬，浙江杭州氣溫達(dá)到41.8℃，超過2013年41.6℃的紀(jì)錄，成為1951年杭州有連續(xù)氣象觀測記錄以來的最高氣溫歷史極值。

早高峰汗流浹背坐到工位，在空調(diào)房里辦公也難逃高溫的影響。近日，“杭州熱得手機信號都受影響”“杭州熱得網(wǎng)速都慢了”等詞條接連登上熱搜。經(jīng)過反復(fù)切身體會，人們終于意識到，如果突然覺得手機信號不好，恐怕不光是手機的問題，罪魁禍?zhǔn)滓灿锌赡苁歉邷靥鞖狻?/span>

事實上，減少極端氣候?qū)κ謾C信號的干擾是專家們的日常課題之一。高溫天氣干擾手機信號早有科學(xué)解釋，這主要是由于高溫天氣帶來的大氣波導(dǎo)現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果。

大氣波導(dǎo)如何影響手機信號？

大氣波導(dǎo)是一種特定的氣象情況，也是一種異常的大氣結(jié)構(gòu)，我們更為耳熟的海市蜃樓就是大氣波導(dǎo)超折射造成的光學(xué)效應(yīng)。其形成原因主要是由于大氣的逆溫（溫度隨高度增加而升高）和逆濕（水汽密度隨高度增加迅速下降）所致。

這一現(xiàn)象通常發(fā)生在內(nèi)陸地區(qū)的春夏過渡期、夏秋過渡期和沿海地區(qū)的冬季。而杭州近期受副熱帶高壓影響，出現(xiàn)持續(xù)高溫現(xiàn)象，導(dǎo)致近地層濕度比較大而中高層濕度相對較小，容易形成逆濕，同時夜間降溫也容易出現(xiàn)逆溫層。

大氣波導(dǎo)傳播模型示意圖

在大氣波導(dǎo)發(fā)生時，地球大氣中較高高度的低密度層折射率降低，使得電磁波向地面反射。此時，近地層中傳播的電磁波的傳播軌跡受到大氣折射影響而彎向地面，當(dāng)曲率超過地球表面曲率時，電磁波中的一部分會被陷獲在波導(dǎo)層之內(nèi)，如同電磁波在平板介質(zhì)波導(dǎo)中傳播一樣。這種超折射現(xiàn)象具有傳播損耗低、作用距離遠(yuǎn)的特點。

折射回來的電磁波經(jīng)地面反射后繼續(xù)向前傳播，這種過程的多次重復(fù)，使其在地面和某一大氣層之間輾轉(zhuǎn)地向前傳播，因為這種情況和波導(dǎo)管中微波的傳播相似，所以被稱為大氣波導(dǎo)傳播。由于波導(dǎo)的傳輸特性，平原及海面間更易產(chǎn)生波導(dǎo)效應(yīng)，因此郊區(qū)、農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、底層居民區(qū)及高速公路更易受其影響。

我國已商用的5G網(wǎng)絡(luò)主要采用時分雙工（TDD）制式，由于時分系統(tǒng)上下行同頻，基站間上下行信號干擾問題主要通過上下行時的保護間隔設(shè)置實現(xiàn)。但當(dāng)大氣波導(dǎo)存在時，遠(yuǎn)處基站下行信號在傳播距離起過GP后仍具有較強的功率，這會對近端處于上行接受時隙的基站造成同頻干擾，通常影響的頻率范圍在0.3GHz-30GHz之間。而我國4G的2.6GHz和5G頻段（2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz）易受波導(dǎo)影響。

因此，大氣波導(dǎo)的存在主要影響了電磁波在大氣中的傳播路徑和范圍，使得通信、探測、導(dǎo)航等系統(tǒng)出現(xiàn)一些特殊的傳播特征，例如雷達(dá)出現(xiàn)超視距傳播和探測盲區(qū)、手機信號不穩(wěn)定等情況。進一步而言，我國海南省海口市TD-LTE網(wǎng)絡(luò)就長期受大氣波導(dǎo)干擾，主要受到來自廣東湛江以及廣西北海的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)F頻段和D頻段產(chǎn)生的時隙交叉干擾。

運營商如何出招？

4G和5G都有處于波導(dǎo)影響范圍的頻段，未來大規(guī)模5G組網(wǎng)不可避免會受其干擾。對于運營商而言，受到大氣波導(dǎo)干擾也不是什么新鮮事。中國移動杭州分公司相關(guān)人員曾表示，現(xiàn)在應(yīng)對大氣波導(dǎo)對通信信號的影響是日常最重要的工作之一。目前，中國移動杭州分公司的工作人員應(yīng)對大氣波導(dǎo)主要手段是主動監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)后迅速調(diào)整區(qū)域內(nèi)的信號頻段，等影響過去后再調(diào)整回來。

中國電信寧波分公司無線中心主任技術(shù)專家王卿茂表示，多個遠(yuǎn)端的電磁信號傳到同一地方，會對當(dāng)?shù)卣Ｐ盘柈a(chǎn)生很大的干擾，干擾嚴(yán)重會造成掉線、低速率等一系列嚴(yán)重問題，通過提升抗干擾的能力、減少干擾源、躲避干擾源等多種舉措也無法徹底解決大氣波導(dǎo)干擾問題。

據(jù)王卿茂介紹，通過開啟大氣波導(dǎo)抑制開關(guān)和異頻組網(wǎng)等專業(yè)技術(shù)方法，能夠適當(dāng)緩解大氣波導(dǎo)干擾對基站帶來的惡劣影響。如果市民在使用過程出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題，可以撥打手機所屬運營商的服務(wù)熱線，請技術(shù)人員判定是否需要優(yōu)化。

據(jù)悉，大氣波導(dǎo)影響大的時候一次性會涉及成百上千個小區(qū)。一般情況下，工作人員從發(fā)現(xiàn)到調(diào)整成功差不多要經(jīng)歷一個小時的時間。從去年7月開始，杭州電信就通過修改特殊子幀時隙配比，網(wǎng)絡(luò)性能改善明顯，且后續(xù)遠(yuǎn)端干擾源減弱，受干擾小區(qū)數(shù)量明顯減少。

事實上，3GPP在2020年6月完成的R16版本中就在5G協(xié)議中引入了遠(yuǎn)端干擾管理（RIM）功能，各設(shè)備廠商目前也在積極推進開發(fā)RIM功能。未來，對于消減5G大氣波導(dǎo)干擾可通過開啟設(shè)備級的RIM功能，進行實時干擾檢測、規(guī)避、會退等優(yōu)化操作，抑制大氣波導(dǎo)的干擾影響。

目前5G抗大氣波導(dǎo)干擾的優(yōu)化措施包括：調(diào)整特殊時隙符號配置，采用GP符號多的時隙配比，增大保護距離；降低遠(yuǎn)端干擾源小區(qū)的發(fā)射功率；降壓遠(yuǎn)端干擾源小區(qū)和近端受擾小區(qū)的天線下傾角；大規(guī)模MIMO取值優(yōu)化，將S子幀前的下行時隙調(diào)度給下傾波束用戶。

信號增強貼卷土重來，智商稅已拼10萬+

對于普通用戶而言，遇到網(wǎng)速慢、信號弱時的第一反應(yīng)可能還是從手機上找原因。雖然上文講述了高溫是如何干擾手機信號的，但是手機信號弱本身是一個復(fù)合問題。

杭州電子科技大學(xué)信工學(xué)院電子工程學(xué)院院長李金新表示，手機的正常使用溫度是0-40℃，溫度特別高時，手機內(nèi)部的振蕩器會受到影響，振蕩器發(fā)生偏離時，對于信號接受的靈敏度也會減弱，這也是手機信號不滿格的原因之一。

前幾年，“手機信號增強貼”曾引起熱潮，營銷出來的作用正如其名，吸引超過十萬人購買，而這股熱潮近期正在卷土重來，各大購物軟件上搜索“手機信號增強貼”最高可看見單品銷量超十萬。這個沒有電力驅(qū)動、也沒有天線連接、低價甚至不到十元的小玩意真的能發(fā)揮“簡單一貼信號變滿格”的作用么？

從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上看，信號增強貼是在一張塑料片上鍍了一層鋁膜，鋁膜上面還印有一層類似磁性油墨的材料。兩年前央視曾針對“信號增強貼”做過測試，將網(wǎng)上熱銷的20元、30元和68元的三檔價位增強貼送往了中國信息通信研究院泰爾中端實驗室。從信號貼的產(chǎn)品介紹可以看出，信號貼的原理是通過拉長手機內(nèi)置天線接收信號波長來增強信號的接受范圍。商家宣稱，手機信號貼正面是信號發(fā)射區(qū)，反面是信號接收區(qū)，天線采用純鍍金設(shè)計，在加強信號時還能有效防輻射。但經(jīng)專家檢測，手機信號增強貼對手機信號無任何改善作用。

據(jù)該實驗室天線與定位部副主任王娜介紹，理論來講，手機天線的長度越長，可以接收的信號波就越長，但是信號貼并沒有跟手機的內(nèi)置天線相連接，所以它并沒有拉長手機的有效天線長度。另一方面，增大信號需要能源，而信號貼是無源的設(shè)備，沒有辦法為放大信號去提供能源。

事實上，手機天線是要根據(jù)特定的頻率進行信號接收，信號接收范圍跟信號增強無任何關(guān)系，每個運營商的網(wǎng)絡(luò)、或者每個手機的特定制式都是工作在特定頻率范圍內(nèi)，有最低的接收信號強度、有特定的信號頻率范圍，信號增強只跟手機終端接收的信號強度有關(guān)系。

如果這類一貼治百病的“黑科技”真的存在，運營商們也不必煞費苦心解決信號問題了。

寫在最后

氣候問題與我們息息相關(guān)。大氣波導(dǎo)現(xiàn)象對普通手機的信號干擾確實令人困擾，目前對于大氣波導(dǎo)的準(zhǔn)確探測還很薄弱，尤其在區(qū)域和水平不均勻性探測方面，其機理研究和診斷預(yù)報研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息系統(tǒng)實際應(yīng)用的需求。

亟待發(fā)展和突破的瓶頸擺在眼前，但逐步了解其原理后，人們已經(jīng)將大氣波導(dǎo)效應(yīng)利用在通信對抗等領(lǐng)域相信抗信號干擾的高性價比性方案也并不遙遠(yuǎn)。在此之前，不妨先為環(huán)境保護貢獻(xiàn)個人的力量。

參考資料：

1.@寧波人未來一周大氣波導(dǎo)可能影響你的手機信號中國寧波網(wǎng)_民生城事

2.5G中大氣波導(dǎo)干擾解決方案前沿通信

3.5G網(wǎng)絡(luò)大氣波導(dǎo)干擾研究王磊，陳銳，趙飛龍，林森

4.超10萬人購買！手機信號增強貼究竟是黑科技還是黑用戶？央視頻

5.5G大氣波導(dǎo)干擾分析及規(guī)避方法研究汪汀嵐，李行政，左怡民，張冬晨

6.5G大氣波導(dǎo)干擾分析與測試宋心剛，李行政，趙志民，王硯

7.手機信號增強貼真的有用嗎？專家：存技術(shù)硬傷深圳晚報