专栏名称: 环球物理
环球物理,以物理学习为主题,以传播物理文化为己任。专业于物理,致力于物理!以激发学习者学习物理的兴趣为目标,分享物理的智慧,学会用物理思维去思考问题,为大家展现一个有趣,丰富多彩的,神奇的物理世界!
目录
相关文章推荐
中科院物理所  ·  从沙粒到“黑金”:硅料到光伏发电的华丽旅程 ·  4 天前  
中科院物理所  ·  什么是超固体 ·  6 天前  
51好读  ›  专栏  ›  环球物理

【科普物理】中国高铁14年,为啥现在才有Wi-Fi??

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-09-06 21:12

正文

最近这阵子,本大侠的热搜和朋友圈接连不断被铁道部刷屏了!


我国自主研发的高铁——复兴号进入试运营


它不仅提速到400km/h,内部装潢也堪称一个“壕”字,而且还配有Wi-Fi这简直普天同庆喜大普奔,领导再也不担心我们出差不能在车上办公了。

除了想说

厉害了,我的国

本大侠也很好奇

高铁通Wi-Fi到底有多难

我们都知道,一直以来高铁上几乎没有民用Wi-Fi,也正因为此,高铁上的零食、扑克总是卖的特别好...


当你百无聊赖啃着鸡爪鸭脖方便面的时候,有没有想过,为啥高铁上就是没有Wi-Fi!?


关于这个问题,有媒体曾经言之凿凿的说:现在很多国家和调度中心间的通信频段在2.4GHz附近,而这个频段也是Wi-Fi工作的频段,这就有相互干扰的危险。而为了能在全球自由买卖车体,各国基本都把这个频段的通信默认为标准设计,所以很难更改,难以兼容Wi-Fi。

我差点就信了

这当然并不是真的。全国政协委员、北京交通大学计算机与信息技术学院院长钟章队早就说过,高铁上装 Wi-Fi 与机车信号和通讯信号压根不是一个频段,根本就不会相互干扰。


那么真正的原因究竟是什么?

答案其实很简单,因为难啊!

要想说清楚难在哪里,这里面的原理可真心厉害了。先别着急一脸茫然,不如先说说多米诺效应,呸,是多普勒效应。

多普勒效应

多普勒效应基本可以用一句话表达:物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。打个比方说,天空中开来一架飞机,越开越近,你听到声音会越来越高;而它离去的时候声音越来越低。


不要觉得本大侠说了一句废话。为了便于让大家理解,请看下图。

在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移blue shift);在运动的波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移red shift);波源的速度越高,所产生的效应越大。根据波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。


而多普勒效应体现在高铁Wi-Fi问题上,就会产生这么一个现象。当火车快速驶向一个基站时,第一个信号跑200米被接收到,第二个只要150米,第三个只要100米……你会觉得信号越来越强,短时间内收到的信号越来越多。

但悲剧的是,无线通讯本来会反射折射,接收到的信号的频率跟静止不动时相比,有波动了,到达也有延时,可是每个信号的变化又是随机的,这也就造成你收到的这一大堆信号中,有的可能会转换成Wi-Fi信号供你使用,有的可能变成了无法使用的“废信号”。信号质量变差了,网络自然不稳定,当然就不好用啦。


如果仅仅是这样的话,你可能会说,那么高铁上完全可以搭载Wi-Fi,只不过是信号差一些而已。非也,这里就需要引入一个基站切换的概念。

基站切换

基站告诉你:“不是信号好不好的问题,而是信号有没有的问题。”

其实非常好理解。在复兴号之前,部分火车上使用的Wi-Fi一般是通过车载设备,把沿线的3G或4G信号转换为Wi-Fi(汽车、大巴大部分用这种)。


但是!高铁速度极快,当达到每小时200到300公里后,在每个基站的范围内的停留时间非常短,很多时候就是在搜寻信号,根本来不及转换成Wi-Fi。


怪不得超人从来不带手机~

飞那么快,信号哪跟得上啊!

想要解决也不是毫无办法。那就是多建基站,扩大覆盖面。


坊间有这么一个数据,说成都—北京一条线路就需要25个基站。路途遥远,地势也是峰峦起伏的。所以25个基站看着似乎不多,建起来那难度也是挺大的。再一联想到全国的那么多条线路,这个网,不上也罢。

说了这么多,既然想在高铁上上个网这么难,那人家“复兴号”是怎么做到的呢?

“复兴号”上的黑科技

“复兴号”现在还属于试运行的阶段,根据目前的新闻和资料来说,上面搭载的Wi-Fi所使用的技术应该是以下这两种情况之一。


一种是乘客接入的Wi-Fi是列车内部给你开的局域网,乘客可以使用自己的设备访问列车的娱乐系统,看视频、玩游戏来度过旅行的时光,就像我们在飞机上座椅背后的屏幕一样。

局域网Wi-Fi


第二种就是能够真正访问互联网的WiFi服务,用户可以访问外网,但是无疑这种服务的难度和成本也是最大的。可能还要参考飞机上的方法,用上卫星等相关技术支持。

在飞机上使用WiFi访问互联网


不管最终确定使用了哪种技术,总之,以后在高铁上消磨时间上上网已经不再成为问题了。


虽然Wi-Fi问题就这么解决了,但这可不是“复兴号”上唯一的黑科技。


“复兴号”的车高整体比“和谐号”高出30公分,把以前动车组凸出的空调机、高压设备等都“藏”进了车顶的凹槽里,车体更平顺,外形更圆整。


这样一来,在提高乘坐舒适性的同时,还能使人均百公里能耗下降17%,车辆运行阻力下降7.5%-12.3%。运行阻力变小,速度当然就提上来了。

复兴号高铁车组


最神奇的是,复兴号”的动力机组经过调整之后可以经受零下40℃到40℃的环境考验,还能防雾霾和柳絮!如果有需要从漠河一路开到广东,管它风霜雨雪,也完全不成问题。


不仅如此,“复兴号”车座位上方的序号已经改为电子显示。座椅的前后间距也有明显加宽。充电插座也改在了座椅之间,一排两座则有一个,一排三座则有两个,插座更为密集。


再也不用担心跟邻座抢插座了有没有

从此抛弃充电宝

又快又舒适,还有Wi-Fi,简直可以说是无可挑剔了。相信不久的将来,“复兴号”将会成为高铁车组的主力军。到那个时候,大家就可以放心大胆的在高铁上追(加)剧(班)了。


文章来源公众号奇幻科学城(ID:qihuankexuecheng),感谢原作者如有侵权请告知删除谢谢!

主编圈点:什么?在高铁上追(加)剧(班),想一想都让人感到很激动的,这件事马上就要实现了,不管你懂不懂是如何实现的,但是起码有一点是可以称赞的,那就是中国的工程技术人员是动了很多脑筋的。

往期精彩回顾

1.去往天堂不再意味着永别,日本设计了一款软件可以让你和逝去的亲人再见面

2.这个爸爸10年没开空调,远离电视,孩子竟然变成了这样…

3.实验党们有福啦!有趣又好看的实验等你来玩!

4.教育改革,包括40万代课教师吗,他们的出路在哪?

5.真羡慕米国人,打针都可以不疼了

本期编辑|shanshan



环球物理

ID:huanqiuwuli

      环球物理,以物理学习为主题,以传播物理文化为己任。专业于物理,致力于物理!以激发学习者学习物理的兴趣为目标,分享物理的智慧,学会用物理思维去思考问题,为大家展现一个有趣,丰富多彩的,神奇的物理世界!

咨询电话:010-56143955   010-56143855

投稿请联系 [email protected]

地址:北京市海淀区苏州街名商大厦1101环球物理



参加物理集训营拨打咨询电话,短期高效提高物理!欢迎拨打咨询电话:13581994719