1491
導讀
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，浙江杭州氣溫達到41.8℃，超過2013年41.6℃的紀錄，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，罪魁禍首也有可能是高溫天氣。
事實上，減少極端氣候對手機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解釋，這主要是由于高溫天氣帶來的大氣波導現(xiàn)象導致的結果。
大氣波導如何影響手機信號？
大氣波導是一種特定的氣象情況，也是一種異常的大氣結構，我們更為耳熟的海市蜃樓就是大氣波導超折射造成的光學效應。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。
大氣波導傳播模型示意圖
在大氣波導發(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層之內(nèi)，如同電磁波在平板介質(zhì)波導中傳播一樣。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，使其在地面和某一大氣層之間輾轉地向前傳播，因為這種情況和波導管中微波的傳播相似，所以被稱為大氣波導傳播。由于波導的傳輸特性，平原及海面間更易產(chǎn)生波導效應，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置實現(xiàn)。但當大氣波導存在時，遠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）易受波導影響。
因此，大氣波導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、導航等系統(tǒng)出現(xiàn)一些特殊的傳播特征，例如雷達出現(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?？谑蠺D-LTE網(wǎng)絡就長期受大氣波導干擾，主要受到來自廣東湛江以及廣西北海的TD-LTE網(wǎng)絡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，受到大氣波導干擾也不是什么新鮮事。中國移動杭州分公司相關人員曾表示，現(xiàn)在應對大氣波導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對大氣波導主要手段是主動監(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專家王卿茂表示，多個遠端的電磁信號傳到同一地方，會對當?shù)卣Ｐ盘柈a(chǎn)生很大的干擾，干擾嚴重會造成掉線、低速率等一系列嚴重問題，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干擾問題。
據(jù)王卿茂介紹，通過開啟大氣波導抑制開關和異頻組網(wǎng)等專業(yè)技術方法，能夠適當緩解大氣波導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)絡問題，可以撥打手機所屬運營商的服務熱線，請技術人員判定是否需要優(yōu)化。
據(jù)悉，大氣波導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)絡性能改善明顯，且后續(xù)遠端干擾源減弱，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)議中引入了遠端干擾管理（RIM）功能，各設備廠商目前也在積極推進開發(fā)RIM功能。未來，對于消減5G大氣波導干擾可通過開啟設備級的RIM功能，進行實時干擾檢測、規(guī)避、會退等優(yōu)化操作，抑制大氣波導的干擾影響。
目前5G抗大氣波導干擾的優(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；降低遠端干擾源小區(qū)的發(fā)射功率；降壓遠端干擾源小區(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合問題。
杭州電子科技大學信工學院電子工程學院院長李金新表示，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)和結構上看，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系，每個運營商的網(wǎng)絡、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。大氣波導現(xiàn)象對普通手機的信號干擾確實令人困擾，目前對于大氣波導的準確探測還很薄弱，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報研究遠遠不能滿足信息系統(tǒng)實際應用的需求。
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)將大氣波導效應利用在通信對抗等領域相信抗信號干擾的高性價比性方案也并不遙遠。在此之前，不妨先為環(huán)境保護貢獻個人的力量。
參考資料：1.@寧波人 未來一周大氣波導可能影響你的手機信號 中國寧波網(wǎng)_民生城事2.5G中大氣波導干擾解決方案 前沿通信3.5G網(wǎng)絡大氣波導干擾研究 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：存技術硬傷 深圳晚報
作者：melon
物聯(lián)網(wǎng)智庫 原創(chuàng)
