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導(dǎo)讀
40℃高溫的天氣，一只沒(méi)有信號(hào)的手機(jī)帶你重回那個(gè)車(chē)馬都很慢的時(shí)代。
立秋已至，某些地區(qū)的“炙烤模式”卻還沒(méi)有跳閘。八月中旬，浙江杭州氣溫達(dá)到41.8℃，超過(guò)2013年41.6℃的紀(jì)錄，成為1951年杭州有連續(xù)氣象觀測(cè)記錄以來(lái)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(jī)信號(hào)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(guò)反復(fù)切身體會(huì)，人們終于意識(shí)到，如果突然覺(jué)得手機(jī)信號(hào)不好，恐怕不光是手機(jī)的問(wèn)題，罪魁禍?zhǔn)滓灿锌赡苁歉邷靥鞖狻?/p>
事實(shí)上，減少極端氣候?qū)κ謾C(jī)信號(hào)的干擾是專(zhuān)家們的日常課題之一。高溫天氣干擾手機(jī)信號(hào)早有科學(xué)解釋?zhuān)@主要是由于高溫天氣帶來(lái)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(jī)信號(hào)？
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(guò)渡期、夏秋過(guò)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(duì)較小，容易形成逆濕，同時(shí)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(shí)，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(shí)，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(guò)地球表面曲率時(shí)，電磁波中的一部分會(huì)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(diǎn)。
折射回來(lái)的電磁波經(jīng)地面反射后繼續(xù)向前傳播，這種過(guò)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?yàn)檫@種情況和波導(dǎo)管中微波的傳播相似，所以被稱(chēng)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(guó)已商用的5G網(wǎng)絡(luò)主要采用時(shí)分雙工（TDD）制式，由于時(shí)分系統(tǒng)上下行同頻，基站間上下行信號(hào)干擾問(wèn)題主要通過(guò)上下行時(shí)的保護(hù)間隔設(shè)置實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)大氣波導(dǎo)存在時(shí)，遠(yuǎn)處基站下行信號(hào)在傳播距離起過(guò)GP后仍具有較強(qiáng)的功率，這會(huì)對(duì)近端處于上行接受時(shí)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(guó)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(cè)、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(cè)盲區(qū)、手機(jī)信號(hào)不穩(wěn)定等情況。進(jìn)一步而言，我國(guó)海南省?？谑蠺D-LTE網(wǎng)絡(luò)就長(zhǎng)期受大氣波導(dǎo)干擾，主要受到來(lái)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(shí)隙交叉干擾。
運(yùn)營(yíng)商如何出招？
4G和5G都有處于波導(dǎo)影響范圍的頻段，未來(lái)大規(guī)模5G組網(wǎng)不可避免會(huì)受其干擾。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，受到大氣波導(dǎo)干擾也不是什么新鮮事。中國(guó)移動(dòng)杭州分公司相關(guān)人員曾表示，現(xiàn)在應(yīng)對(duì)大氣波導(dǎo)對(duì)通信信號(hào)的影響是日常最重要的工作之一。目前，中國(guó)移動(dòng)杭州分公司的工作人員應(yīng)對(duì)大氣波導(dǎo)主要手段是主動(dòng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)后迅速調(diào)整區(qū)域內(nèi)的信號(hào)頻段，等影響過(guò)去后再調(diào)整回來(lái)。
中國(guó)電信寧波分公司無(wú)線中心主任技術(shù)專(zhuān)家王卿茂表示，多個(gè)遠(yuǎn)端的電磁信號(hào)傳到同一地方，會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)卣Ｐ盘?hào)產(chǎn)生很大的干擾，干擾嚴(yán)重會(huì)造成掉線、低速率等一系列嚴(yán)重問(wèn)題，通過(guò)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(wú)法徹底解決大氣波導(dǎo)干擾問(wèn)題。
據(jù)王卿茂介紹，通過(guò)開(kāi)啟大氣波導(dǎo)抑制開(kāi)關(guān)和異頻組網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)方法，能夠適當(dāng)緩解大氣波導(dǎo)干擾對(duì)基站帶來(lái)的惡劣影響。如果市民在使用過(guò)程出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，可以撥打手機(jī)所屬運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)熱線，請(qǐng)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(shí)候一次性會(huì)涉及成百上千個(gè)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(gè)小時(shí)的時(shí)間。從去年7月開(kāi)始，杭州電信就通過(guò)修改特殊子幀時(shí)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(shí)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(jìn)開(kāi)發(fā)RIM功能。未來(lái)，對(duì)于消減5G大氣波導(dǎo)干擾可通過(guò)開(kāi)啟設(shè)備級(jí)的RIM功能，進(jìn)行實(shí)時(shí)干擾檢測(cè)、規(guī)避、會(huì)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(shí)隙符號(hào)配置，采用GP符號(hào)多的時(shí)隙配比，增大保護(hù)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(shí)隙調(diào)度給下傾波束用戶(hù)。
信號(hào)增強(qiáng)貼卷土重來(lái)，智商稅已拼10萬(wàn)+
對(duì)于普通用戶(hù)而言，遇到網(wǎng)速慢、信號(hào)弱時(shí)的第一反應(yīng)可能還是從手機(jī)上找原因。雖然上文講述了高溫是如何干擾手機(jī)信號(hào)的，但是手機(jī)信號(hào)弱本身是一個(gè)復(fù)合問(wèn)題。
杭州電子科技大學(xué)信工學(xué)院電子工程學(xué)院院長(zhǎng)李金新表示，手機(jī)的正常使用溫度是0-40℃，溫度特別高時(shí)，手機(jī)內(nèi)部的振蕩器會(huì)受到影響，振蕩器發(fā)生偏離時(shí)，對(duì)于信號(hào)接受的靈敏度也會(huì)減弱，這也是手機(jī)信號(hào)不滿格的原因之一。
前幾年，“手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)貼”曾引起熱潮，營(yíng)銷(xiāo)出來(lái)的作用正如其名，吸引超過(guò)十萬(wàn)人購(gòu)買(mǎi)，而這股熱潮近期正在卷土重來(lái)，各大購(gòu)物軟件上搜索“手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)貼”最高可看見(jiàn)單品銷(xiāo)量超十萬(wàn)。這個(gè)沒(méi)有電力驅(qū)動(dòng)、也沒(méi)有天線連接、低價(jià)甚至不到十元的小玩意真的能發(fā)揮“簡(jiǎn)單一貼信號(hào)變滿格”的作用么？
從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上看，信號(hào)增強(qiáng)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(lèi)似磁性油墨的材料。兩年前央視曾針對(duì)“信號(hào)增強(qiáng)貼”做過(guò)測(cè)試，將網(wǎng)上熱銷(xiāo)的20元、30元和68元的三檔價(jià)位增強(qiáng)貼送往了中國(guó)信息通信研究院泰爾中端實(shí)驗(yàn)室。從信號(hào)貼的產(chǎn)品介紹可以看出，信號(hào)貼的原理是通過(guò)拉長(zhǎng)手機(jī)內(nèi)置天線接收信號(hào)波長(zhǎng)來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的接受范圍。商家宣稱(chēng)，手機(jī)信號(hào)貼正面是信號(hào)發(fā)射區(qū)，反面是信號(hào)接收區(qū)，天線采用純鍍金設(shè)計(jì)，在加強(qiáng)信號(hào)時(shí)還能有效防輻射。但經(jīng)專(zhuān)家檢測(cè)，手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)貼對(duì)手機(jī)信號(hào)無(wú)任何改善作用。
據(jù)該實(shí)驗(yàn)室天線與定位部副主任王娜介紹，理論來(lái)講，手機(jī)天線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，可以接收的信號(hào)波就越長(zhǎng)，但是信號(hào)貼并沒(méi)有跟手機(jī)的內(nèi)置天線相連接，所以它并沒(méi)有拉長(zhǎng)手機(jī)的有效天線長(zhǎng)度。另一方面，增大信號(hào)需要能源，而信號(hào)貼是無(wú)源的設(shè)備，沒(méi)有辦法為放大信號(hào)去提供能源。
事實(shí)上，手機(jī)天線是要根據(jù)特定的頻率進(jìn)行信號(hào)接收，信號(hào)接收范圍跟信號(hào)增強(qiáng)無(wú)任何關(guān)系，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)、或者每個(gè)手機(jī)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(hào)強(qiáng)度、有特定的信號(hào)頻率范圍，信號(hào)增強(qiáng)只跟手機(jī)終端接收的信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)系。
如果這類(lèi)一貼治百病的“黑科技”真的存在，運(yùn)營(yíng)商們也不必煞費(fèi)苦心解決信號(hào)問(wèn)題了。
寫(xiě)在最后
氣候問(wèn)題與我們息息相關(guān)。大氣波導(dǎo)現(xiàn)象對(duì)普通手機(jī)的信號(hào)干擾確實(shí)令人困擾，目前對(duì)于大氣波導(dǎo)的準(zhǔn)確探測(cè)還很薄弱，尤其在區(qū)域和水平不均勻性探測(cè)方面，其機(jī)理研究和診斷預(yù)報(bào)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息系統(tǒng)實(shí)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(duì)抗等領(lǐng)域相信抗信號(hào)干擾的高性?xún)r(jià)比性方案也并不遙遠(yuǎn)。在此之前，不妨先為環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)個(gè)人的力量。
參考資料：1.@寧波人 未來(lái)一周大氣波導(dǎo)可能影響你的手機(jī)信號(hào) 中國(guó)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(wàn)人購(gòu)買(mǎi)！手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)貼究竟是黑科技還是黑用戶(hù)？ 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(cè)試 宋心剛，李行政，趙志民，王硯7.手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)貼真的有用嗎？專(zhuān)家：存技術(shù)硬傷 深圳晚報(bào)
作者：melon
物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù) 原創(chuàng)
