连不上网，是因为高铁跑太快了信号追不上吗？
坐高铁时你或许有过这样的体验：想打开电脑办公或刷手机打发时间，却半天加载不出来一个网页；打个语音电话也断断续续，甚至无法和对方连续对答一个回合。
连WiFi、切热点，一顿操作下来，信号依然稳定的差。
无奈之余，你转头看向窗外眨眼间便切换的景色，或许会产生这样的疑问：连不上网，是因为高铁跑太快了信号追不上吗？
信号实际上可比高铁快多了
手机等移动设备是与周边基站进行无线通信的[1]。基站是移动设备接入互联网的接口，通常建在开阔、避开高大建筑物的地方[2][3]。
高铁上的网络覆盖方式主要有两种，一种是直接接收沿线基站的信号，信号透过车窗、车身传达到手机等移动设备上；另一种是在高铁身上装移动节点，相当于中介，通过它来连接移动设备与基站，实现信号收发[4][5]。
无线通信以电磁波的形式实现[1]，而电磁波的传播速度等于约30万公里每秒的光速。高铁的时速普遍在300-350公里，即使是目前被称为全球最快高铁的CR450列车，实际投入运营时的时速也规定在400公里[6]。
这样一比，速度上虽然已经很快的高铁也不得不相形见绌了。
更何况，在时速为800-900公里左右的飞机上也能实现WiFi的连接。坐过飞机的朋友应该知道，目前我国东航、国航、南航等航司都提供机上WiFi服务[7]。
飞机上的WiFi覆盖方式有两种，一种是通过天线与地面上的基站相连（即ATG空地通信），这和你在高铁等地面上连网的原理相同；另一种则是利用天线接收卫星发射的信号[8] / 图虫创意
由此看来，网速实际上“跑”得比高铁快多了，根本不存在前者追不上后者的问题。不过，这可不意味着在让你连不上网、频繁掉线这方面，疾驰的高铁是无辜的。
高铁速度和网速不可兼得
高铁跑太快容易导致掉线的一个重要原因是，高铁在行驶过程中需要不停切换基站。
由于每个基站的覆盖范围都是有限的，高铁在行驶过程中要不停切换基站，也叫小区切换[9][10]。这种切换会改变信号的传输频率，因而不可避免地存在切换中断。在大概约400毫秒的切换中断期间，信道其实是关闭的[11]。这也就不难解释为什么在高铁上信号总是断断续续的，很难流畅地看完一个短视频。而且切换过于频繁时，还会出现通话中断现象[12]。
不只掉线，高铁经过基站的过程中，信号强度也会有变化。列车在从靠近到远离基站的过程中，其水平方向上与基站发射的信号形成的角度经历了先大后小的变化。而这个角度越小，信号强度就越弱[13]。
你可能还遇到过这种情况，网速刚刚还能畅通无阻，却突然像踩了个急刹车一样慢了下来。这可能和铁路沿线的组配方式有关。
4G时期，各大运营商为了提升高铁用户的网络感知，搭建了高铁专网，与公网组合使用[14]。随着5G的发展，5G专网的组建也正在推动中。
虽然专网的稳定性在提高，但随着5G用户数量的增加，网络负荷问题日益凸显。而且有些专网还要供部分铁路沿线公网用户使用，且正在使用专网的你，也可能不小心侵入了公网小区。这种无意识的“鸠占鹊巢”，会导致你的网络速率下降[14]。
日落时分城市地区的基站信号塔，它是公网即公众移动通信网络的一部分，专网则指铁路专用通信系统，目前我国正推进公专网融合 / 图虫创意
人口密度和经济发达程度不同，基站设置的间距也有区别。一般来说，基站设置越紧凑，信号就越强也越稳定。
作为5G基站密度全国第一的上海[15]，市政府在2020年发布的相关规划中，建议在用户高密集的主城区，5G基站的平均间距为150米；在一般的村庄、高铁等区域，5G基站的平均间距则为400米[16]。而在重庆市铜梁区政府规划中表示，密集城区的5G宏基站站间距为250-400米，农村地区则为800-1000米[17]。因此，你更有可能的感受是，当高铁在城际间行驶时，信号会比在乡镇、农村等地方更好一些。
值得一提的是，目前我国5G专网的组建还比较困难[18]。仅从运营商所需的成本角度来说，5G网络运营商在面临大额5G基站建设投资成本的同时，还需面临巨大耗电量带来的高额电费[2]。以中国联通为例，2018年电费支出为130亿，其中70%是由基站消耗的[19]。
另外，高铁在快速移动中还会造成多普勒效应，它影响的可不只是信号强度。
多普勒效应是指正在行驶的高铁与静止的基站间存在相对运动，信号接收端和发射端的频率对不上的现象[20]。
它一方面会削弱信号强度，另一方面又会让信道能利用的时间变短，从而严重影响信号连接的稳定性。这样一来，高铁开得越快，上网越卡顿甚至频繁掉线的原因也就不难理解了[10]。
这么一看，不光疾驰的高铁，还有基站都与让你不能快乐上网脱不了干系。不过“凶手”可不止它们。当你在高铁上安稳落座后，快乐的冲浪体验就已经离你远去了。
处处都是信号“拦路虎”
高铁外形上最引人注目的便是它流畅的车身和嵌着小窗的全封闭车厢。
高铁的车身由铝合金和不锈钢材料组成，这在保证行车安全的同时，却也会造成信号的穿透损耗，即削弱信号的强度[13]。另外，列车的车窗出于防冲撞等考量，一般常采用特殊材料的双层玻璃制成，造成的穿透损耗也不可忽略。而且玻璃车窗一般面积比较小，信号的入射能量也受限[4]。
阳光下的和谐号，流畅的车身和豆腐块状的车窗玻璃格外瞩目
信号本来就弱了，如果同时上网的人数又很多，网速就指定上不去了。
高铁上乘客本身就密集，大量用户同时上网会让基站单小区超负荷。这就像早晚高峰的堵车，短时内有大量用户，速度当然快不起来[14]。
刷不了手机，看看窗外的山水打发时间吧。你看着沿途起伏的山脉，远处的高楼，却没想到，它们也在悄悄为你上网路使绊子。
高铁行驶时经过的复杂地形也会对信号造成干扰甚至屏蔽。在经过山区或有高大障碍物的地方，信号会因受障碍物的阻挡而产生反射或散射，使信号传输偏离原来的标准，从而造成信号的干扰和衰减[21]。
高铁在起伏的山地间行驶，手机信号也可能出现波动
过隧道时，你可能对信号反复的“出现又离开”格外有体会。隧道虽然采用了专门的信号覆盖方式，但由于隧道一般比较短，覆盖范围有限，当列车离开隧道口处约10米远时，已基本没有信号[22]。
这么一看，想在高铁上丝滑上网目前还是有些困难。所以下次乘高铁前，不妨提前缓存好资源，反正不过几小时后，又可以快乐上网冲浪了。
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