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几种常见物体在5G频段的穿透损耗测试分析

作者:吕正春,毕猛,陈小奎,侯彦庄 (中国铁塔股份有限公司,郑州 450000)时间:2021-05-27来源:电子产品世界收藏
编者按:穿透损耗取值准确与否直接影响链路预算结果,进而影响网络规划的准确性。针对目前在5G频段穿透损耗测试数据比较匮乏的问题,本文采用定点测试法分别对门、隔墙、玻璃等常见物体在5G频段不同场景进行了穿透损耗测试,并对测试数据进行了分析研究,得到穿透损耗与频段、材质、厚度的关系,对5G网络规划和设计具有非常重要的参考指导意义。

作者简介:吕正春,工程师,硕士,主要从事5G室分产品创新与研究、网络规划优化等工作。

本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/202105/425965.htm

毕猛,高级工程师,主要从事5G室分、物联网、边缘计算的创新与研究工作。

陈小奎,中级工程师,硕士,主要从事5G室分天线和物联网的研究工作。

侯彦庄,中级工程师,硕士,主要从事5G室分产品创新与研究工作、网络优化等工作。

0   引言

随着移动互联网通信技术及用户需求的发展,越来越多的移动业务发生在室内,尤其进入5G 时代,将有超过85% 的业务发生在室内场景,5G 室内覆盖的重要性逐渐凸显。

链路预算是网络规划的基础,对网络覆盖能力评估具有十分重要的意义,链路预算计算过程中,物体的取值是否准确直接影响着计算结果,因此为了做好室内覆盖规划,准确评估网络覆盖能力,研究各种室内物体的显得尤为重要。文献1 给出了几种常见物体在5G 频段的计算公式,但未考虑、环境对穿透损耗的影响;文献2-5 对物体在低频频段的穿透损耗进行了分析,但给出的室内物体样本数量较少,并且物体在5G 频段的穿透损耗也未提及,因此在实际应用中作用有限。

本文在研究过程中,扩大了测试物体的样本数量,分别对几种常见的物体在5G 频段的穿透损耗进行了实测,得到这几种物体在5G 频段的穿透损耗,然后对测试数据进行了分析研究,得出频段、对穿透损耗的影响。

1   测试方法

本次测试选取2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 三个频段,对几种常见的物体进行穿透损耗测量,这三个频段是当前5G 覆盖的主要频段,选取的常见物体主要有隔墙、门、玻璃、石膏板。由于在2.1 GHz 频段,目前尚未部署5G 系统,本次通过测试物体在2.1 GHz 频段的4G 穿透损耗,预估物体在5G 的穿透损耗。测试工具主要有5G 测试手机,测试软件和测试电脑,对于部分没有5G 覆盖的地方,为了完成测试工作,使用信号源代替天线,频谱仪代替测试手机和测试电脑。

为了保证测试数据准确和更接近实际,选取的测试地点均具备现场有室内天线覆盖,测试物体与收发天线正对,并且测试物体距离收发天线在2 m 以内,这样可以保证信号能够直射测试物体,近乎不发生绕射和反射现象,测试数据更加准确。本次测试方法均采用定点测试,在测试过程中,由于信号强度一直在变化中,为了得到测试物体内外的RSRP 值,每个测试点的测试时间都定为2 min,然后将测得的信号强度RSRP 值求平均,得到平均RSRP 值,最后根据测试物体内外的平均RSRP 值,计算出测试物体的穿透损耗。

在测试物体内外穿透损耗的过程中,首先将测试手机锁定在室内测试频段,测试人员分别在测试物体内外位置紧靠测试物体,然后一手举起测试手机,一手进行打点记录数据,整个打点过程中保证手机一直无阻挡,高度一致,如图1 所示,测试完成后,记录并确认测试数据。

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图1 测试人员在物体内外站立位置

2   测试结果

本次研究选取郑州市内典型的办公楼、写字楼、政府机关、大型场馆、工业园区等场景,然后基于定点测试,分别对不同类型的门、隔墙、玻璃进行了穿透损耗测试。表1 为物体的穿透损耗测试结果。

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3   测试分析

由图2 可以看出,穿透损耗与频段是成正相关关系,同一物体,频段越高,穿透损耗越大。由图3 可以看出,穿透损耗还与物体的有关系。不同的物体,在同一频段,它们的穿透损耗也不同,比如,24 cm 的砖墙和石膏板墙,它们在同一频段的穿透损耗是不相同的;而不同厚度的物体,在同一频段,穿透损耗则随着厚度的增加而变大,如同一频段,24 cm 砖墙的穿透损耗要小于30 cm 砖墙的穿透损耗。

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此外,测试还发现,当物体的穿透损耗较小时,如3.5 GHz 穿透损耗小于15 dB,频段差异对穿透损耗的影响较小,差值一般在2 dB 以内,例如普通中空门和钢化玻璃,它们在2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 的穿透损耗差异很小;但当物体的穿透损耗较大,即3.5 GHz穿透损耗大于15 dB 时,频段差异对穿透损耗的影响比较明显,比如钢质隔热防火门和24 cm 混凝土墙,它们在2.1 GHz、3.5 GHz 的穿透损耗差异在5 dB 以上。

4   测试总结

本文给出了几种常见物体在5G 频段的穿透损耗测量值,并在测试数据基础上对5G 频段的穿透损耗特性进行了分析总结。通过了解5G 频段的穿透损耗特性,勘察设计时不仅要关注物体的材质,还应关注物体的厚度;在链路预算计算时,对于物体在5G 的穿透损耗可以参考表1 中的数据;而对于一些不常见物体在5G 频段的穿透损耗,则可以根据穿透损耗的特性来预估这些物体的穿透损耗,因此,本文在实际工程中具有非常重要的参考指导意义。

参考文献:

[1] 3GPP TR 38.901 V16.1.0 Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (Release 16)[S].3rd Generation Partnership Project,2019:31.

[2] 张炎炎.多频段室外覆盖室内穿透损耗研究[J].移动通信,2017,41(24):53-57.

[3] 黄海艺.CDMA网络的穿透损耗测试方法初探[J].科技致富向导,2010,(17):246-247.

[4] 马蓁,卜振钊等.多种玻璃材料的电波穿透损耗测量[J].现代电信科技,2014,(12):32-36.

[5] 颜军,徐皓等.基于建筑物穿透损耗测试的室内覆盖分析[J].中国新通信,2013,(9):112-113.

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年4月)



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