幾種常見物體在5G頻段的穿透損耗測試分析

作者簡介：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)絡規(guī)劃優(yōu)化等工作。

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

陳小奎，中級工程師，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)絡優(yōu)化等工作。

0   引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術及用戶需求的發(fā)展，越來越多的移動業(yè)務發(fā)生在室內(nèi)，尤其進入5G 時代，將有超過85% 的業(yè)務發(fā)生在室內(nèi)場景，5G 室內(nèi)覆蓋的重要性逐漸凸顯。

鏈路預算是網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎，對網(wǎng)絡覆蓋能力評估具有十分重要的意義，鏈路預算計算過程中，物體的穿透損耗取值是否準確直接影響著計算結果，因此為了做好室內(nèi)覆蓋規(guī)劃，準確評估網(wǎng)絡覆蓋能力，研究各種室內(nèi)物體的穿透損耗顯得尤為重要。文獻1 給出了幾種常見物體在5G 頻段的穿透損耗計算公式，但未考慮厚度、環(huán)境對穿透損耗的影響；文獻2-5 對物體在低頻頻段的穿透損耗進行了測試分析，但給出的室內(nèi)物體樣本數(shù)量較少，并且測試物體在5G 頻段的穿透損耗也未提及，因此在實際應用中作用有限。

本文在測試研究過程中，擴大了測試物體的樣本數(shù)量，分別對幾種常見的物體在5G 頻段的穿透損耗進行了實測，得到這幾種物體在5G 頻段的穿透損耗，然后對測試數(shù)據(jù)進行了分析研究，得出頻段、材質、厚度對穿透損耗的影響。

1   測試方法

本次測試選取2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 三個頻段，對幾種常見的物體進行穿透損耗測量，這三個頻段是當前5G 覆蓋的主要頻段，選取的常見物體主要有隔墻、門、玻璃、石膏板。由于在2.1 GHz 頻段，目前尚未部署5G 系統(tǒng)，本次通過測試物體在2.1 GHz 頻段的4G 穿透損耗，預估物體在5G 的穿透損耗。測試工具主要有5G 測試手機，測試軟件和測試電腦，對于部分沒有5G 覆蓋的地方，為了完成測試工作，使用信號源代替天線，頻譜儀代替測試手機和測試電腦。

為了保證測試數(shù)據(jù)準確和更接近實際，選取的測試地點均具備現(xiàn)場有室內(nèi)天線覆蓋，測試物體與收發(fā)天線正對，并且測試物體距離收發(fā)天線在2 m 以內(nèi)，這樣可以保證信號能夠直射測試物體，近乎不發(fā)生繞射和反射現(xiàn)象，測試數(shù)據(jù)更加準確。本次測試方法均采用定點測試，在測試過程中，由于信號強度一直在變化中，為了得到測試物體內(nèi)外的RSRP 值，每個測試點的測試時間都定為2 min，然后將測得的信號強度RSRP 值求平均，得到平均RSRP 值，最后根據(jù)測試物體內(nèi)外的平均RSRP 值，計算出測試物體的穿透損耗。

在測試物體內(nèi)外穿透損耗的過程中，首先將測試手機鎖定在室內(nèi)測試頻段，測試人員分別在測試物體內(nèi)外位置緊靠測試物體，然后一手舉起測試手機，一手進行打點記錄數(shù)據(jù)，整個打點過程中保證手機一直無阻擋，高度一致，如圖1 所示，測試完成后，記錄并確認測試數(shù)據(jù)。

圖1 測試人員在物體內(nèi)外站立位置

2   測試結果

本次研究選取鄭州市內(nèi)典型的辦公樓、寫字樓、政府機關、大型場館、工業(yè)園區(qū)等場景，然后基于定點測試，分別對不同類型的門、隔墻、玻璃進行了穿透損耗測試。表1 為物體的穿透損耗測試結果。

3   測試分析

由圖2 可以看出，穿透損耗與頻段是成正相關關系，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和厚度有關系。不同材質的物體，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，它們在同一頻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，測試還發(fā)現(xiàn)，當物體的穿透損耗較小時，如3.5 GHz 穿透損耗小于15 dB，頻段差異對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，它們在2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz 的穿透損耗差異很??；但當物體的穿透損耗較大，即3.5 GHz穿透損耗大于15 dB 時，頻段差異對穿透損耗的影響比較明顯，比如鋼質隔熱防火門和24 cm 混凝土墻，它們在2.1 GHz、3.5 GHz 的穿透損耗差異在5 dB 以上。

4   測試總結

本文給出了幾種常見物體在5G 頻段的穿透損耗測量值，并在測試數(shù)據(jù)基礎上對5G 頻段的穿透損耗特性進行了分析總結。通過了解5G 頻段的穿透損耗特性，勘察設計時不僅要關注物體的材質，還應關注物體的厚度；在鏈路預算計算時，對于物體在5G 的穿透損耗可以參考表1 中的數(shù)據(jù)；而對于一些不常見物體在5G 頻段的穿透損耗，則可以根據(jù)穿透損耗的特性來預估這些物體的穿透損耗，因此，本文在實際工程中具有非常重要的參考指導意義。

參考文獻：

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[3] 黃海藝.CDMA網(wǎng)絡的穿透損耗測試方法初探[J].科技致富向導,2010,(17):246-247.

[4] 馬蓁,卜振釗等.多種玻璃材料的電波穿透損耗測量[J].現(xiàn)代電信科技,2014,(12):32-36.

[5] 顏軍,徐皓等.基于建筑物穿透損耗測試的室內(nèi)覆蓋分析[J].中國新通信,2013,(9):112-113.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年4月）