幾種常見(jiàn)物體在5G頻段的穿透損耗測(cè)試分析

作者簡(jiǎn)介：呂正春，工程師，碩士，主要從事5G室分產(chǎn)品創(chuàng)新與研究、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化等工作。

畢猛，高級(jí)工程師，主要從事5G室分、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算的創(chuàng)新與研究工作。

陳小奎，中級(jí)工程師，碩士，主要從事5G室分天線和物聯(lián)網(wǎng)的研究工作。

侯彥莊，中級(jí)工程師，碩士，主要從事5G室分產(chǎn)品創(chuàng)新與研究工作、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等工作。

0   引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及用戶需求的發(fā)展，越來(lái)越多的移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，尤其進(jìn)入5G 時(shí)代，將有超過(guò)85% 的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)場(chǎng)景，5G 室內(nèi)覆蓋的重要性逐漸凸顯。

鏈路預(yù)算是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力評(píng)估具有十分重要的意義，鏈路預(yù)算計(jì)算過(guò)程中，物體的穿透損耗取值是否準(zhǔn)確直接影響著計(jì)算結(jié)果，因此為了做好室內(nèi)覆蓋規(guī)劃，準(zhǔn)確評(píng)估網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，研究各種室內(nèi)物體的穿透損耗顯得尤為重要。文獻(xiàn)1 給出了幾種常見(jiàn)物體在5G 頻段的穿透損耗計(jì)算公式，但未考慮厚度、環(huán)境對(duì)穿透損耗的影響；文獻(xiàn)2-5 對(duì)物體在低頻頻段的穿透損耗進(jìn)行了測(cè)試分析，但給出的室內(nèi)物體樣本數(shù)量較少，并且測(cè)試物體在5G 頻段的穿透損耗也未提及，因此在實(shí)際應(yīng)用中作用有限。

本文在測(cè)試研究過(guò)程中，擴(kuò)大了測(cè)試物體的樣本數(shù)量，分別對(duì)幾種常見(jiàn)的物體在5G 頻段的穿透損耗進(jìn)行了實(shí)測(cè)，得到這幾種物體在5G 頻段的穿透損耗，然后對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，得出頻段、材質(zhì)、厚度對(duì)穿透損耗的影響。

1   測(cè)試方法

本次測(cè)試選取2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 三個(gè)頻段，對(duì)幾種常見(jiàn)的物體進(jìn)行穿透損耗測(cè)量，這三個(gè)頻段是當(dāng)前5G 覆蓋的主要頻段，選取的常見(jiàn)物體主要有隔墻、門、玻璃、石膏板。由于在2.1 GHz 頻段，目前尚未部署5G 系統(tǒng)，本次通過(guò)測(cè)試物體在2.1 GHz 頻段的4G 穿透損耗，預(yù)估物體在5G 的穿透損耗。測(cè)試工具主要有5G 測(cè)試手機(jī)，測(cè)試軟件和測(cè)試電腦，對(duì)于部分沒(méi)有5G 覆蓋的地方，為了完成測(cè)試工作，使用信號(hào)源代替天線，頻譜儀代替測(cè)試手機(jī)和測(cè)試電腦。

為了保證測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和更接近實(shí)際，選取的測(cè)試地點(diǎn)均具備現(xiàn)場(chǎng)有室內(nèi)天線覆蓋，測(cè)試物體與收發(fā)天線正對(duì)，并且測(cè)試物體距離收發(fā)天線在2 m 以內(nèi)，這樣可以保證信號(hào)能夠直射測(cè)試物體，近乎不發(fā)生繞射和反射現(xiàn)象，測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。本次測(cè)試方法均采用定點(diǎn)測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中，由于信號(hào)強(qiáng)度一直在變化中，為了得到測(cè)試物體內(nèi)外的RSRP 值，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間都定為2 min，然后將測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度RSRP 值求平均，得到平均RSRP 值，最后根據(jù)測(cè)試物體內(nèi)外的平均RSRP 值，計(jì)算出測(cè)試物體的穿透損耗。

在測(cè)試物體內(nèi)外穿透損耗的過(guò)程中，首先將測(cè)試手機(jī)鎖定在室內(nèi)測(cè)試頻段，測(cè)試人員分別在測(cè)試物體內(nèi)外位置緊靠測(cè)試物體，然后一手舉起測(cè)試手機(jī)，一手進(jìn)行打點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，整個(gè)打點(diǎn)過(guò)程中保證手機(jī)一直無(wú)阻擋，高度一致，如圖1 所示，測(cè)試完成后，記錄并確認(rèn)測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖1 測(cè)試人員在物體內(nèi)外站立位置

2   測(cè)試結(jié)果

本次研究選取鄭州市內(nèi)典型的辦公樓、寫字樓、政府機(jī)關(guān)、大型場(chǎng)館、工業(yè)園區(qū)等場(chǎng)景，然后基于定點(diǎn)測(cè)試，分別對(duì)不同類型的門、隔墻、玻璃進(jìn)行了穿透損耗測(cè)試。表1 為物體的穿透損耗測(cè)試結(jié)果。

3   測(cè)試分析

由圖2 可以看出，穿透損耗與頻段是成正相關(guān)關(guān)系，同一物體，頻段越高，穿透損耗越大。由圖3 可以看出，穿透損耗還與物體的材質(zhì)和厚度有關(guān)系。不同材質(zhì)的物體，在同一頻段，它們的穿透損耗也不同，比如，24 cm 的磚墻和石膏板墻，它們?cè)谕活l段的穿透損耗是不相同的；而不同厚度的物體，在同一頻段，穿透損耗則隨著厚度的增加而變大，如同一頻段，24 cm 磚墻的穿透損耗要小于30 cm 磚墻的穿透損耗。

此外，測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物體的穿透損耗較小時(shí)，如3.5 GHz 穿透損耗小于15 dB，頻段差異對(duì)穿透損耗的影響較小，差值一般在2 dB 以內(nèi)，例如普通中空門和鋼化玻璃，它們?cè)?.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 的穿透損耗差異很??；但當(dāng)物體的穿透損耗較大，即3.5 GHz穿透損耗大于15 dB 時(shí)，頻段差異對(duì)穿透損耗的影響比較明顯，比如鋼質(zhì)隔熱防火門和24 cm 混凝土墻，它們?cè)?.1 GHz、3.5 GHz 的穿透損耗差異在5 dB 以上。

4   測(cè)試總結(jié)

本文給出了幾種常見(jiàn)物體在5G 頻段的穿透損耗測(cè)量值，并在測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)5G 頻段的穿透損耗特性進(jìn)行了分析總結(jié)。通過(guò)了解5G 頻段的穿透損耗特性，勘察設(shè)計(jì)時(shí)不僅要關(guān)注物體的材質(zhì)，還應(yīng)關(guān)注物體的厚度；在鏈路預(yù)算計(jì)算時(shí)，對(duì)于物體在5G 的穿透損耗可以參考表1 中的數(shù)據(jù)；而對(duì)于一些不常見(jiàn)物體在5G 頻段的穿透損耗，則可以根據(jù)穿透損耗的特性來(lái)預(yù)估這些物體的穿透損耗，因此，本文在實(shí)際工程中具有非常重要的參考指導(dǎo)意義。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年4月）