为什么火车穿过隧道时，手机总是没有信号？

在现代生活中，人们越来越离不开手机，手机在生活中发挥着巨大的作用。手机大部分功能的实现都离不开有信号这一前提，然而，在一些场景中，手机总会出现信号变弱或者没有信号的情况。那么手机信号是如何传播的呢？当穿过隧道时，为何手机会没有信号呢？

手机信号以电磁波的形式在空气中进行传播。手机通信系统由三大部分组成，即手机（移动站）、基站（天线、无线电信号的接收、发射设备及基站控制器等），还有交换网络（移动交换机、跨地区的中继传送设备等）。当我们用手机拨打电话时，手机会把语音转化成信号，然后通过电磁波的形式，发送到距离最近的基站A，基站A接收到信号之后，再通过交换机转发到覆盖对方手机信号的基站B，基站B再把信号发送给对方手机，手机接收到信号之后再把信号转换成语音，从而实现双方通话。

火车过隧道时，为什么没有信号呢？除了部分隧道位置偏僻、隧道过长、环境复杂等原因导致的运营商网络基础设施建设覆盖不全影响无线信号覆盖以外，还存在一些其他的原因。首先，电磁波是以直线传播的，遇到障碍物并不会绕过，如果在传播途中遇到阻碍电磁波传播的障碍，信号会被严重影响。当火车穿过隧道时，隧道壁会对电磁波产生较严重的遮挡致其衰减。其次，当手机与基站之间相对高速运动时，累计多普勒频移偏差会显著增加，从而导致语音信号变差。因此，当火车穿过隧道时，手机信号总是会明显变差。

生活中，“信号不好”的场景可不只有火车过隧道。人群超密集的集会现场，如足球比赛现场、大型音乐会现场及庙会现场，也会经常出现手机接不通、信息发不出来的现象。这些现象背后的原因是移动通信的带宽限制。无论2G、3G，还是4G通信系统，每个小区在给定频段上都有最大用户数限制，一旦超过上限容量，就会造成网络拥塞、通话无法接入、短信发送延时或无法发出。

未来，5G网络将实现快速连续覆盖，在任何场景下都可以随意使用手机上网，而不用担心卡顿问题，更不用担心电话接通或通话断续。随着超密集热点大容量问题的解决，在足球比赛现场、音乐会现场，人们也同样可以自如地分享现场实况。随着通信技术的发展和进步，未来人们必定会更加便捷地获取和分享信息。

本文由北京邮电大学计算机科学与技术研究专业副教授张忠宝进行科学性把关。