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NIST新研究:树木会影响5G信号(毫米波)的传输

随着5G技术逐渐商用和全面实施,我们的手机和其他无线技术可以享受高通量数据流和低延迟的福利。但伴随着这些好处而来的也有一个问题就是5G基站的覆盖率和抗干扰能力大大降低。

5G无线传输网络数据传输承载在一类新型信号,毫米波 这些波不仅可以携带比传统传输更多的信息,而且它们还可以使用通信技术很少使用的广播频谱的一部分。

然而,毫米波也有缺点,包括穿透障碍物的能力有限。这些障碍包括建筑物,但也包括点缀景观的树木。 直到最近,人们对树木如何影响毫米波传播知之甚少。

最近国外一个家研究院 NIST)已着手通过测量树木对毫米波的影响来解决这个问题。

5G时代将不仅是人与人之间的无线通信,还包括物联网设备之间的无线通信。 移动用户对更大下载量需求的增加以及游戏玩家对无延迟网络响应的需求,促使无线行业追求更快速、更有效的通信。现有的设备和服务不仅可以更有效地工作,而且可以实现新的:比如自动驾驶汽车将依赖于快速的网络响应才能发挥作用。

毫米波是无线行业的新领域,可以成为解决方案的一部分。它们的波峰相距只有几毫米——与几米长的无线电波相比,这是一个非常短的距离。它们的频率非常高,大约在30到300 GHz 之间,或者每秒十亿个波峰。与在千赫兹(用于AM)和兆赫兹(用于FM)范围内的传统无线电传输相比,新的5G信号确实将是非常高的频率——就像一只鸟在人类听力的上限与无线电的深度相比发出鸣叫一样,低音。

正是毫米波的高频率使它们既可以作为数据载体又难以驾驭。一方面,每秒更多的波峰意味着波可以携带更多的信息,从而为数据饥渴的时代渴望这种能力来提供更快的下载和网络响应。另一方面,高频波难以穿过障碍物。任何经过房屋或汽车附近的经历的人都知道,跳动的低音频率是户外可以听到的大部分声音,而不是轻快的女高音的高音。

对于5G网络,阻挡其传输的可能就是一片橡树叶。出于这个原因,NIST科学家在2019年9月开始了一项有点不寻常的任务,在位于马里兰州盖瑟斯堡的校园周围不同大小的树木和灌木附近设置了测量设备。这项研究持续了数月,部分原因是他们需要季节性视角。

“树木研究是少数几个研究同一棵树在不同季节对特定信号频率的影响的研究之一,”该项目的科学家戈尔米说。“我们不能只在冬天进行调查,因为到了夏天情况就会发生变化。事实证明,即使是叶子的形状也会影响信号是反射还是通过。”

该团队与无线社区合作开发了进行测量所需的移动设备。研究人员将其集中在单棵树上,并从一系列角度和位置将毫米波信号对准它们,以模拟来自不同方向的波。他们以分贝为单位测量损耗或衰减(每10dB的损耗就是降低10倍的功率30dB的衰减意味着信号降低了1,000 倍)。

对于一种多叶树欧洲荨麻,夏季平均衰减为27.1 dB,但在冬季树木光秃秃的情况下衰减为22.2 dB。常青树阻挡了更多的信号。它们的平均衰减为35.3dB,这个数字不会随季节变化。

作为比较,该团队还研究了不同类型的建筑材料。木门、石膏板墙和室内玻璃的损失分别高达40.5dB、31.6dB和18.1dB,而室外建筑材料的损失更大,高达 66.5 分贝。

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