为什么火车上网速超级慢，并且信号极差？

来源：车小胖谈网络（ID：chexiaopangnetwork）

作者：车小胖谈网络

多路径效应
当手机与基站两点之间连成一条直线路径（In-Sight Path），恰好要穿透合金车体时，此时信号的衰减（Attenuation）至少在20db以上。而基站通过玻璃车窗进入车厢的信号，被车厢反射（Reflection Path）到手机的信号，其信号的衰减（先穿透再反射）程度比直线金属衰减还要大，但是直线信号与反射信号的幅度比比较接近。但是由于两者有一个时间差（直接距离小于发射距离），时间差对应了一个相位差，相位差会造成两种信号的幅度的抵消（Destruction Gain）。手机测量RSSI（Received Signal Strength Indication）时，得到的是直线信号与多条发射信号的抵消值。所以表现为接收信号强度RSSI差。 相反，如果直线信号穿透的是玻璃而不是合金，而反射信号穿透的合金然后再反射，反射信号由于两次衰减（金属衰减 + 反射衰减），在幅度上已经比直线信号的幅度差很多，那么幅度的抵消效应就没有第一种情况那么明显。这样测试得到的RSSI值相对会高一些。 信噪比（Signal Noise Ratio）效应移动4G/5G采用全双工模式正交频分多路复用OFDMA传输。移动终端可以在自己的信道（频带）里同时上传、下载数据。而当前的最先进的Wi-Fi6 （802.11ax）采用的是半双工OFDMA传输技术。移动终端可以在自己信道里发送、接收数据，但是不能同时进行。 无线所依赖的空气介质是一个广播共享介质。用户A、B、C使用不同的信道传输数据，真的一点影响也没有吗？ 并不是。 任何信道之间都是有干扰的，只是干扰程度大小不同而已，为什么这么说呢？ 无线传输技术，是将用户0、1数据，打包成一个个Symbol。每一个Symbol是有发送时间限制的。按照伟大的傅里叶变换理论，任何时间受限（非周期）信号，它对应的频谱都是从-∞到+∞。 既然非周期信号的频谱都是-∞到+∞，那么在同一个空间（Space），同一个时间（Time）、不同频道（Frequency）的信号之间会有重叠，自然会相互干扰。 既然频道之间有干扰，那么无线技术不是用的好好的，又是如何克服这些干扰的？ 无线发送方，使用滤波器将信号限制在一定带宽（上下频带差），即将99.99%+信号能量限制在自己的带宽上。剩余的能量即使泄露到别的信道上，那么影响也微乎其微。 接收方在自己信道的带宽范围内进行采样滤波，那么采样到的信号，有没有别的信道泄露出来的信号？当然有。 影响大不大呢？不大，因为泄露能量比较小。 滤波能不能把别的信道泄露的能量完全过滤出去？不能。 别的信道泄露出来的能量在接收方的眼里，就是噪音（Noise）。而自己信道里真正感兴趣的信号才是有用的信号Signal。为了衡量噪音在接收信号的占比，于是就有了信噪比SNR。 SNR越大，说明噪音在接收信号的占比越小。如果SNR接近1，说明信号与噪音的强度越来越接近，信号就淹没在噪音的海洋里无法识别。 在一个安静的环境里，即使小声说话，对方也可以听的清清楚楚。而在嘈杂的迪斯科舞厅，即使大声的吼，对方也不一定听的清楚。 无线传输使用的不是一个固定不变的速率，而是一个动态速率。如果SNR大，使用高速速率传输。如果SNR小，会使用低速速率传输。无线传输使用的无连接的确认传输技术，即接收方接收到一个数据包，会发送确认。如果不发送确认，发送方会在定时器超时时，不断重传，直到收到接受方的确认，或者到达重传的上限而放弃。重传意味着丢包，而丢包意味着高速的速率接收方无法从噪音的环境中将有效信号提取出来。那么就会使用更低速的传输技术来传输数据。 在人员高度集中的火车车厢里，每个用户可能使用自己独立的信道。但是信道泄露出来的能量会叠加到别的信道上，从而抬高信道的噪音地板（Noise Floor）。当噪音地板抬高时，即使有效信号的强度不变，那么信噪比也会变小。而信噪比变小，会触发移动终端使用较低速的速率收发数据。 多普勒效应高铁越来越接近基站时，接收方接收到的信号频率比原始发送信号频率要大。高铁远离基站时，接收方接收到的信号频率比原始发送信号频率要小，这就是多普勒效应造成的频率偏移（Frequency Shift）。这种频率偏移，取决于移动终端的移动速度与光速比。意味着移动终端移动速度越快，频率偏移越大。 这样泄露到相邻信道里的能量占比越来越大，多普勒效应会造成无线调制解调技术QAM星座点的旋转，造成接收方对星座点的误判，从而造成数据接收的错误。 聪明的人类没有被多普勒效应难住。在发送的无线信号里插入了测量信号（Pilot），测量信号对于接收方是已知的。接收方以测量信号为参考坐标，使得接收方的本地晶振频率（LCO）与接收到的信号频率同步，频率同步就将多普勒效应的影响减少到最小。 而实现这个频率同步（相位）同步的技术，就是锁相环技术（Phase Locked Loop）。无线常用的锁相环技术，就是卡尔曼（Kalman）滤波器。这是一种基于测量反馈的频率同步技术，也可以说相位同步技术。 但是锁相环技术只能将一定程度的频率偏移给扳回来，如果频率偏移超出了一个限度，那么就意味着错误率的飙升。而一旦产生错误，发送方就会采用保守的低速速率。发送速率基于SNR、基于错误率的自适应方式，是为了大大减少错误率，减少重传的负担，从而提高无线信道的利用率。 漫游效应高铁高速移动，距离老基站越来越远，距离新基站越来越近，信号越来越强。基站就会给满足漫游条件的终端发命令，漫游到下一个基站。 很显然，基站会同时给火车上很多终端发漫游指令。这对新基站的CPU冲击特别大，要同时处理很多漫游请求。同时还要将老基站上缓存的移动终端的数据拉过来，并将它们发给移动终端。如果老基站与新基站之间缓存数据的拉取，有部分丢失，那么就意味着TCP层面或者应用层面需要等待定时器超时，然后TCP、应用层面会采用较低速率重传丢失报文。这样也会造成用户上网慢的体验。 以上四个方面对于网速的影响占比，可以按照它们的出场顺序排列。

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