幾種常見物體在5G頻段的穿透損耗測試分析

呂正春 畢猛 陳小奎 侯彥莊

摘 要：穿透損耗取值準(zhǔn)確與否直接影響鏈路預(yù)算結(jié)果，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的準(zhǔn)確性。針對目前在5G頻段穿透損耗測試數(shù)據(jù)比較匱乏的問題，本文采用定點測試法分別對門、隔墻、玻璃等常見物體在5G頻段不同場景進(jìn)行了穿透損耗測試，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，得到穿透損耗與頻段、材質(zhì)、厚度的關(guān)系，對5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計具有非常重要的參考指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：穿透損耗；5G頻段；厚度；材質(zhì)；測試

0 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及用戶需求的發(fā)展，越來越多的移動業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，尤其進(jìn)入5G時代，將有超過85%的業(yè)務(wù)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(yù)算是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力評估具有十分重要的意義，鏈路預(yù)算計算過程中，物體的穿透損耗取值是否準(zhǔn)確直接影響著計算結(jié)果，因此為了做好室內(nèi)覆蓋規(guī)劃，準(zhǔn)確評估網(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(xiàn)2-5對物體在低頻頻段的穿透損耗進(jìn)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(yīng)用中作用有限。

本文在測試研究過程中，擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行了分析研究，得出頻段、材質(zhì)、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(jìn)行穿透損耗測量，這三個頻段是當(dāng)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(yù)估物體在5G的穿透損耗。測試工具主要有5G測試手機(jī)，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(jī)和測試電腦。

為了保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(zhǔn)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(jī)，一手進(jìn)行打點記錄數(shù)據(jù)，整個打點過程中保證手機(jī)一直無阻擋，高度一致，如圖1所示，測試完成后，記錄并確認(rèn)測試數(shù)據(jù)。

2 測試結(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(jìn)行了穿透損耗測試。表1為物體的穿透損耗測試結(jié)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(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(dāng)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(dāng)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(zhì)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(jié)

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(chǔ)上對5G頻段的穿透損耗特性進(jìn)行了分析總結(jié)。通過了解5G頻段的穿透損耗特性，勘察設(shè)計時不僅要關(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(yù)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(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[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] 張炎炎.多頻段室外覆蓋室內(nèi)穿透損耗研究[J].移動通信，2017， 41（24）：53-57.

[3] 黃海藝.CDMA網(wǎng)絡(luò)的穿透損耗測試方法初探[J].科技致富向?qū)В?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.