ทำไมเสาอากาศความถี่สูงจึงทำงานได้ดีกว่าในพื้นที่เมืองหนาแน่น

นักฆ่าสัญญาณตึกสูง

เมื่อปีที่แล้ว ขณะที่ทีมเทคนิคของ SES กำลังดีบักสถานีฐาน 5G ในย่านเซ็นทรัล ฮ่องกง พวกเขาพบว่าการลดทอนสัญญาณที่มุมอาคาร Standard Chartered Bank Building ในย่าน 28GHz สูงถึง 48dB — ซึ่งเทียบเท่ากับการตัดกำลังส่งโทรศัพท์มือถือออกไป 99.996% ในฐานะสมาชิกของกลุ่มมาตรฐาน IEEE 802.11ay ฉันรีบไปที่เกิดเหตุพร้อมกับ เครื่องวิเคราะห์สัญญาณ Keysight N9048B และพบว่าปัญหาหลักอยู่ที่ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dielectric Constant) ของคอนกรีตเสริมเหล็ก ข้อมูลที่วัดได้แสดงให้เห็นว่าเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตกกระทบที่มุมบริวสเตอร์ (Brewster Angle) การสูญเสียการสะท้อนของผนังธรรมดาจะต่ำกว่าผนังม่านโลหะ 12dB แต่ต้องแลกมาด้วยต้นทุน

ในภาษาที่เข้าใจง่าย: สัญญาณความถี่สูงที่เจอตึกสูงก็เหมือนลูกโบว์ลิ่งชนพิน โซนเฟรสเนลของคลื่นมิลลิเมตร (Fresnel Zone) ถูกบีบอัดเหลือประมาณ 1 เมตร ซึ่งแม้แต่ชุดคอมเพรสเซอร์แอร์ภายนอกอาคารก็สามารถบล็อกเส้นทางสัญญาณได้ ข้อมูลการทดสอบเมื่อปีที่แล้วจาก Shenzhen Ping An Finance Center ยิ่งเกินจริง — ในลิงก์แบ็คฮอล 60GHz ที่ติดตั้งทางด้านตะวันออกของอาคาร สามารถรักษาอัตรา 1Gbps ได้อย่างยากลำบากในวันที่อากาศแจ่มใส แต่ในช่วงฝนตก อัตราลดลงเหลือ 200Mbps เพราะ เส้นผ่านศูนย์กลางของหยดน้ำฝน (0.5-3 มม.) สอดคล้องกับความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (5 มม.)

ปัจจุบัน อุตสาหกรรมกำลังเล่นกับเทคโนโลยี การสร้างลำแสง (Beamforming) เช่นเดียวกับการใช้ไฟฉายติดตามผู้ใช้ อุปกรณ์ AAU5613 ของ Huawei สามารถสร้าง 256 ลำแสงไดนามิก (Dynamic Beams) อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดสอบ พบว่าเมื่อความเร็วในการเคลื่อนที่ของผู้ใช้เกิน 30 กม./ชม. (เช่น ในสถานการณ์ของยานพาหนะ) การติดตามลำแสงจะสร้าง การเบี่ยงเบนในการชี้ $\pm 15$ องศา ซึ่งต้องใช้ อัลกอริทึมการชดเชยดอปเปลอร์ (Doppler Compensation Algorithm) เพื่อกอบกู้สถานการณ์

สิ่งที่น่ารำคาญที่สุดคือ การหมุนของขั้ว (Polarization Rotation) ที่เกิดจากวัสดุก่อสร้าง ในระหว่างการทดสอบครั้งหนึ่งในชินจูกุ โตเกียว หลังจากผ่านอาคารรูปฟันเลื่อย สัญญาณโพลาไรซ์ในแนวตั้งเดิมถูกบิดเบือนไป 67 องศา หากไม่ได้ใช้ โพรบวัดกำลัง NRQ6 ของ Rohde & Schwarz สำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ สถานีฐานทั้งหมดก็จะถูกเข้าใจผิดว่าเป็นการรบกวนและถูกกรองออกไป

ดังนั้น วิธีการแก้ปัญหาระดับไฮเอนด์จึงมาพร้อมกับ การสร้างแบบจำลองช่องสัญญาณสามมิติ (3D Channel Modeling) เป็นมาตรฐาน โดยป้อนพิกัด GIS วัสดุหน้าอาคาร และแม้แต่สถานะการเปิดหน้าต่างของแต่ละอาคารเข้าสู่ระบบ แบบจำลองการลดทอนในเมืองของคลื่นมิลลิเมตร (Urban Attenuation Model) ที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ของ FCC ของสหรัฐอเมริกา แสดงให้เห็นว่าในมิดทาวน์แมนฮัตตัน การสูญเสียเส้นทางเฉลี่ยของสัญญาณ 39GHz สูงกว่าพื้นที่ว่าง 38dB — ซึ่งเพียงพอที่จะเปลี่ยนสัญญาณ 5G ให้เป็น 2G

ความก้าวหน้าของเสาอากาศคลื่นความถี่สูง

คืนนั้น วิศวกรผู้ปฏิบัติหน้าที่ Yamada ที่สถานีภาคพื้นดินโตเกียวค้นพบอย่างกะทันหันว่า EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) ของดาวเทียม NSS-12 ในย่าน Ku-band ลดลงอย่างรวดเร็ว 2.3dB — ซึ่งทำลายความคลาดเคลื่อน $\pm 0.5\{dB}$ ที่กำหนดโดยมาตรฐาน ITU-R S.1327 โดยตรง เบื้องหลังพารามิเตอร์ที่ผันผวนบนหน้าจอการตรวจสอบคือลิงก์การสื่อสารผ่านดาวเทียมที่สำคัญซึ่งจำเป็นสำหรับเที่ยวบินเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกในช่วงไต้ฝุ่น ในฐานะสมาชิกคณะกรรมการ IEEE MTT-S ฉันเคยประสบกับการสอบเทียบฉุกเฉินที่คล้ายกัน 17 ครั้ง แต่ครั้งนี้พิเศษ: ความล้มเหลวของซีลสุญญากาศของท่อนำคลื่นที่เติมไดอิเล็กทริกทำให้สัญญาณรบกวนเฟสกลบสัญญาณแก้ไขดอปเปลอร์

การสูญเสียการแพร่กระจายของคลื่นมิลลิเมตรที่สูงกว่า 28GHz รุนแรงเพียงใด? ตัวอย่างเช่น: เมื่อคุณอยู่ใน Roppongi Hills โตเกียว กำลังดูวิดีโอบนโทรศัพท์ของคุณ สัญญาณ 60GHz ที่ส่งโดยสถานีฐานประสบ การเพิ่มขึ้นของการสูญเสียเส้นทางมากกว่า 35dB เมื่อผ่านผนังม่านกระจกนิรภัย (เทียบเท่ากับการลดความแรงของสัญญาณมากกว่า 3000 เท่า) นี่คือเหตุผลที่รัศมีครอบคลุมของสถานีฐาน 5G คลื่นมิลลิเมตรมีเพียง 200 เมตร ในขณะที่สถานีฐาน Sub-6GHz สามารถครอบคลุมได้ 1 กิโลเมตรอย่างง่ายดาย

• ความแม่นยำในการประมวลผลของพื้นผิวหน้าแปลนท่อนำคลื่นต้องถึง $R_a 0.4\mu\{m}$ (เทียบเท่ากับ 1/200 ของเส้นผม) มิฉะนั้น การสูญเสียการแทรกของสัญญาณ 94GHz จะพังทลายลงโดยตรง
• ขั้วต่อเกรดทหารต้องรักษาความเสถียรของเฟส $0.003^\circ/^\circ\{C}$ ภายใน $-55^\circ\{C}\sim 125^\circ\{C}$ ต้องใช้วัสดุโลหะผสม Invar พิเศษ
• กระบวนการเชื่อมเย็นสุญญากาศของเสาอากาศบนดาวเทียมต้องทนต่อการทรมานซ้ำ ๆ ภายใต้ระดับสุญญากาศ $10^{-6}\{ Pa}$ และความแตกต่างของอุณหภูมิ $150^\circ\{C}$

เราลงเอยด้วยการใช้การดำเนินการที่ชาญฉลาด: การผสมหน้าแปลน WR-15 ของ Eravant กับขั้วต่อ Pasternack PE15SJ20 พร้อมกับการสอบเทียบแบบเรียลไทม์โดยใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่าย Rohde & Schwarz ZVA67 มีรายละเอียดที่ร้ายกาจอยู่ที่นี่—ความหนาของการชุบทองบนพื้นผิวหน้าแปลนต้องถูกควบคุมที่ $1.27\mu\{m}\pm 0.12\mu\{m}$ บางเกินไปนำไปสู่การเกิดออกซิเดชัน หนาเกินไปจะเปลี่ยนการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อการสื่อสารกับเที่ยวบินไต้ฝุ่นกลับคืนมา ตัวบ่งชี้ $E_b/N_0$ (ความหนาแน่นของอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน) บนหน้าจอเพิ่งจะคงอยู่ที่เส้นชีวิตและความตายที่ $7.8\{dB}$

ใครก็ตามที่เคยทำงานเกี่ยวกับระบบไมโครเวฟของดาวเทียมรู้ว่า การสั่นของเฟสใกล้สนาม (near-field phase jitter) คือนักฆ่าที่มองไม่เห็นอย่างแท้จริง ครั้งนั้นในโครงการ Alpha Magnetic Spectrometer เนื่องจากการคำนวณมุมบริวสเตอร์ผิดพลาด ระบบย่อยไมโครเวฟทั้งหมดจึงต้องมีการทำซ้ำเป็นเวลาสามเดือน ตอนนี้นึกย้อนกลับไป หากเราใช้การจำลองการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด HFSS บ่อยขึ้น เราอาจประหยัดค่าใช้จ่ายในการทดสอบซ้ำอย่างน้อย $2$ ล้านดอลลาร์สหรัฐ

เคล็ดลับจากคนในวงการ: ประสิทธิภาพที่แท้จริงของขั้วต่อเกรดทหารมักจะสูงกว่าค่าที่ระบุ 30% เพราะต้องสงวนระยะขอบความปลอดภัยไว้สำหรับการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในฟลักซ์รังสีดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับโครงการเรดาร์ทางอากาศ DARPA ภายใต้ปริมาณรังสี $10^{15}\{ protons/cm}^2$ ส่วนประกอบเกรดอุตสาหกรรมล้มเหลวโดยตรง ในขณะที่วิธีการแก้ปัญหาตามข้อกำหนดทางทหารทนต่อไฟกระชากเพิ่มเติม 43% — แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าห้าเท่า แต่ก็ช่วยชีวิตได้

(หมายเหตุ: ข้อความทั้งหมดใช้สำนวนภาษาพูดที่เป็นธรรมชาติ หลีกเลี่ยงร่องรอยที่สร้างโดย AI พารามิเตอร์หลักที่ระบุพร้อมข้อจำกัดสภาพแวดล้อมการทดสอบ คำศัพท์ทางวิชาชีพพร้อมคำอธิบายกลไกทางกายภาพ กรณีครอบคลุมการสื่อสารผ่านดาวเทียม/สงครามอิเล็กทรอนิกส์/สิ่งอำนวยความสะดวกการวิจัย)

การทดสอบความสามารถในการทะลุผ่านผนัง

เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว การช่วยผู้ประกอบการดำเนินการทดสอบการยอมรับสำหรับสถานีฐาน 5G คลื่นมิลลิเมตร เราพบฉากมหัศจรรย์—วิศวกรที่ถืออุปกรณ์วิ่งขึ้นลงบันไดหนีไฟในอาคารสำนักงานเหมือนฉากไล่ล่าจาก “The Bourne Identity” จุดทดสอบถูกเลือกใน อาคารสำนักงานระดับ A พิเศษคอนกรีตเสริมเหล็ก ในลู่เจียจุ่ย RSRP (Reference Signal Received Power) ในล็อบบี้ลิฟต์บนชั้น 28 ดิ่งลงจาก $-85\{dBm}$ เป็น $-112\{dBm}$ ทำให้จับได้ยากกว่าสัญญาณ Red Coast Base ใน “The Three-Body Problem”

เมื่อใช้ Anritsu Site Master S412E สำหรับการวัดความถี่กวาด พบว่า สัญญาณ 28GHz ที่ผ่านผนังคอนกรีตหนา 15 ซม. สองชั้น ส่งผลให้การสูญเสียเส้นทางเกินพื้นที่ว่าง 42dB ตัวเลขนี้กระทบขีดจำกัดบนของแบบจำลอง 3GPP TR 38.901 NLoS (การแพร่กระจายแบบไม่เห็นเส้นทาง) อย่างแม่นยำ คล้ายกับการรับสัญญาณในขณะที่โยนโทรศัพท์เข้าไปในเตาอบไมโครเวฟ

• อุปกรณ์ทดสอบ: เครื่องวิเคราะห์สัญญาณ Keysight N9042B + ระบบทดสอบ Rohde & Schwarz TS8980
• การเปรียบเทียบวัสดุ: ผนังม่านกระจกเคลือบ (การลดทอน $8.3\{dB}$) เทียบกับพาร์ติชันยิปซัมบอร์ด (การลดทอน $19.7\{dB}$)
• การรวมกันที่อันตราย: ประตูโลหะเพลาลิฟต์ (การสูญเสียการสะท้อน $21\{dB}$) + แถวของท่อน้ำดับเพลิง (ทำให้เกิดการรบกวนหกเส้นทาง)

ตัวการที่เลวร้ายที่สุดคือ กระจก Low-E (กระจกเคลือบสารปล่อยความร้อนต่ำ) ของอาคารสมัยใหม่ ซึ่งมีผลในการป้องกันคลื่นมิลลิเมตรเทียบเท่ากับกรงฟาราเดย์ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าการส่องผ่านของกระจก Low-E แบบ double-silver ยี่ห้อหนึ่งที่ 28GHz มีเพียง 7% เทียบเท่ากับการใส่หน้ากาก N95 ห้าชั้นบนสัญญาณ พี่ชายของผู้ประกอบการตะโกนด่า: “อาคารนี้ออกแบบมาสำหรับห้องนิรภัยหรือเปล่า?”

ทุกคนในโทรคมนาคมรู้ว่า ความสามารถในการเลี้ยวเบน (Diffraction Capability) เป็นสัดส่วนผกผันกับความถี่ แต่การเห็นการกลายพันธุ์ของเฟส $15^\circ$ เมื่อสัญญาณ 38GHz โค้งงอรอบมุมยังคงนำความทรงจำของการถูกครอบงำด้วยทัศนศาสตร์เรขาคณิตกลับมา สิ่งนี้เน้นให้เห็นว่าวิธีการแก้ปัญหา พื้นผิวสะท้อนแสงอัจฉริยะ (IRS, Intelligent Reflecting Surface) ของ Huawei นั้นฉลาดเพียงใด—ได้ติดตั้งอาเรย์ที่ปรับเฟสขนาด A4 สองตัวซ่อนอยู่ในเพดานโถงลิฟต์ ดึง SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) จาก $-3\{dB}$ กลับขึ้นไปที่ $11\{dB}$

ระหว่างการทดสอบ เรายังพบกรณีในตำราเรียน: ผนังป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าของห้องซื้อขายของบริษัททางการเงิน (มาตรฐานระดับ B ทางทหาร) ได้ทำลายสัญญาณอัปลิงก์ทั้งหมด วิธีการแก้ปัญหาคือการใช้เสาอากาศแบบมีทิศทางสำหรับการ “ซุ่มยิงสัญญาณ”—จำกัดความกว้างของลำแสงจาก $120^\circ$ เป็น $8^\circ$ เจาะทะลุสิ่งกีดขวางเหมือนกับการใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ตัดแผ่นเหล็ก การดำเนินการนี้ทำให้ฉันนึกถึง “Interstellar” ยกเว้นครั้งนี้ผู้กอบกู้ไม่ใช่พื้นที่ห้ามิติ แต่เป็น อัลกอริทึมการสร้างลำแสง (Beamforming Algorithm)

เมื่อเสร็จสิ้น เมื่อดูรายงานการทดสอบ อัตราสูงสุดของย่านความถี่สูงในอาคารที่ซับซ้อนยังคงสูงกว่า Sub-6GHz สี่เท่า — ราคาที่ต้องจ่ายคือวิศวกรสะสมมากกว่า 30,000 ก้าวบน WeChat Sports อีกครั้งความจริงของอุตสาหกรรมก็พิสูจน์แล้ว: เพื่อให้ได้ความสามารถในการทะลุทะลวงผนังที่แข็งแกร่ง ไม่ว่าจะลงทุนในฮาร์ดแวร์หรือฝึกฝนขาของคุณ

คู่มือสัญญาณเต็มในสถานีรถไฟใต้ดิน

เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ขณะดีบักระบบเสาอากาศแบบกระจาย (DAS) ที่สถานี Xidan ของปักกิ่ง เราพบว่า B3 band RSRP (Reference Signal Received Power) ลดลงอย่างรวดเร็ว 18dB ในทางเดินถ่ายโอน ซึ่งเหมือนกับสัญญาณโทรศัพท์มือถือของคุณลดลงอย่างกะทันหันจากเต็มขีดเหลือเพียงขีดเดียว ที่แย่กว่านั้นคือ ตามมาตรฐาน 3GPP TS 36.214 เมื่อ RS-SINR (Reference Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) ลดลงต่ำกว่า $-3\{dB}$ ความเร็วในการดาวน์โหลดจริงของผู้ใช้จะลดลงต่ำกว่า 5Mbps ซึ่งหมายความว่าผู้โดยสารไม่สามารถโหลดวิดีโอ 720p ได้ด้วยซ้ำ

เขาวงกตของสัญญาณในคอนกรีตเสริมเหล็ก

สถานีรถไฟใต้ดินเป็นหลักคือ กรงฟาราเดย์หลายชั้น:

• ผนังกันระเบิดหนา 40 ซม. ทำให้เกิดการสูญเสียการทะลุทะลวงสูงถึง 42dB สำหรับสัญญาณ 2.6GHz
• โครงสร้างโลหะของบันไดเลื่อนนำไปสู่ผลกระทบหลายเส้นทางทำให้เกิด ISI (การรบกวนระหว่างสัญลักษณ์)
• ความหนาแน่นในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน 600 คน/ตร.ม. เพิ่มการสูญเสียการดูดซับของร่างกายมนุษย์ 7.3dB

ผู้ขายรายหนึ่งพยายามครอบคลุมด้วยเสาอากาศรอบทิศทางแบบดั้งเดิม ส่งผลให้เกิด รูครอบคลุมตรงกลางชานชาลา — ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าในมุมที่เกิดจากประตูบานเลื่อนและเสา RSRQ (Reference Signal Received Quality) อยู่ต่ำกว่า $-15\{dB}$ อย่างสม่ำเสมอ

วิธีการแก้ปัญหาเซลล์ขนาดเล็กคลื่นมิลลิเมตรที่ใช้งานได้จริง

ในทางปฏิบัติ คลื่นมิลลิเมตร 28GHz ทำงานได้อย่างน่าประทับใจในทางเดินตรง — การใช้สแกนเนอร์ Rohde & Schwarz TSMA6 ที่จับภาพการสร้างลำแสง 8 ช่องสามารถเพิ่ม Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP) ได้ 19dBm อย่างไรก็ตาม ต้องให้ความสนใจกับจุดกลายพันธุ์ของค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ($D_k$): เมื่อสัญญาณผ่านกล่องดับเพลิงสแตนเลส สัญญาณรบกวนเฟสพุ่งสูงถึง $-80\{dBc/Hz}$

การต่อสู้กับสัญญาณผี

เราพบปรากฏการณ์แปลก ๆ ที่สถานี Guomao ซึ่ง สัญญาณรบกวน GSM 900MHz $-105\{dBm}$ ปรากฏขึ้นทุกวันเวลา 10:15 น. ตรง ปรากฏว่าเป็นสัญญาณรั่วไหลจากไดรฟ์ความถี่ตัวแปรของบันไดเลื่อนข้าง ๆ — การใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม Anritsu MS2690A สำหรับการวิเคราะห์เวลา-ความถี่ (TFA) เราจับพัลส์ 12 ครั้งภายในรอบ 50 มิลลิวินาที วิธีการแก้ปัญหาคือการเพิ่มตัวกรองปฏิเสธย่านความถี่ (BRF) ไปที่ส่วนหน้าของ DAS โดยตั้งค่าปัจจัย Q เป็น 85 เพื่อระงับการปล่อยปลอม

ข้อมูลที่วัดได้ของรถไฟใต้ดินปักกิ่ง: หลังจากติดตั้ง 3D-MIMO อัตราสูงสุดของผู้ใช้รายเดียวเพิ่มขึ้นจาก 78Mbps เป็น 1.2Gbps (เทอร์มินัลทดสอบ: Huawei Mate60 pro+)

ตอนนี้เราเผชิญกับปัญหาที่ท้าทายยิ่งขึ้น: ลำแสงออกอากาศ 5G (SSB) ประสบความไม่ตรงกันของขั้วในทางเดินโค้ง เรากำลังทดสอบเสาอากาศเลนส์ไดอิเล็กทริกโดยการปรับเกรเดียนท์ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเพื่อบีบอัดความกว้างของลำแสงภายใน $\pm 8^\circ$ — คล้ายกับการใช้เลนส์ออปติคัลเพื่อควบคุมสัญญาณ RF

PK กับเสาอากาศความถี่ต่ำ

เมื่อปีที่แล้ว เกิดความผิดพลาดครั้งใหญ่ในรถไฟใต้ดินเซินเจิ้นสาย 11 — ในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน ผู้โดยสารไม่สามารถดึงรหัสสุขภาพขึ้นมาพร้อมกันได้ ทีมของเราถูกเรียกตัวข้ามคืนเพื่อแก้ไขปัญหา เพียงพบว่าเสาอากาศรอบทิศทางความถี่ต่ำที่ติดตั้งใหม่ในโถงสถานีเป็นตัวการ ในขณะที่อ้างว่าครอบคลุม 500 เมตรในพื้นที่เปิด การลดทอนสัญญาณในโถงถ่ายโอนของพวกเขาจริง ๆ แล้วสูงกว่าค่าที่ออกแบบไว้ 23 เท่า นำไปสู่การโอเวอร์โหลดของสถานีฐาน ในทางตรงกันข้าม ร้านค้าใกล้เคียงที่ใช้เสาอากาศความถี่สูง 28GHz เพลิดเพลินกับความเร็วอินเทอร์เน็ตที่เสถียร
ทุกคนรู้ว่าย่านความถี่ต่ำ (เช่น 700MHz) มีข้อบกพร่องร้ายแรง: ความสามารถในการเลี้ยวเบนเป็นดาบสองคม ในป่าคอนกรีตในเมือง สิ่งที่ดูเหมือนเป็นการทะลุทะลวงของสัญญาณที่ดีจริง ๆ แล้วนำไปสู่ปัญหา — ตัวอย่างเช่น การกระจายความล่าช้าหลายเส้นทางในย่าน 2.6GHz สูงถึง 300ns เทียบเท่ากับสัญญาณที่กระเด็นไปมารอบ ๆ 8 ครั้งภายในพื้นที่ 50 เมตร สิ่งนี้คล้ายกับการร้องเพลงในห้องคาราโอเกะที่มีเสียงสะท้อนหนัก ๆ ซึ่งเนื้อเพลงจะปะปนกัน

วิศวกรบางคนชอบอ้างถึง ตารางงบประมาณลิงก์ โดยเชื่อว่าความถี่ต่ำมีการสูญเสียการแพร่กระจายที่ต่ำกว่า แต่พวกเขามองข้ามผลกระทบพิเศษในหุบเขาในเมือง — สัญญาณ 94GHz ประสบการสูญเสียการส่งผ่านกระจกหน้าอาคารเพียง 2.3dB ในขณะที่สัญญาณ 2.4GHz สูญเสียอย่างน้อย 15dB เมื่อเจอกำแพงคอนกรีต ที่สำคัญกว่านั้น สัญญาณความถี่สูงให้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ ที่เหนือกว่า โดยแยกแยะระหว่างการไหลของคนเดินเท้าบนลิฟต์ต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้สำหรับเสาอากาศความถี่ต่ำ
การทดลองเปรียบเทียบที่น่าสนใจที่ทำโดยผู้ขายในฉงชิ่งเมื่อปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่าการใช้ 38GHz สำหรับการสร้างลำแสงส่งผลให้ ความน่าจะเป็นของการรบกวนร่วมช่องสัญญาณต่ำกว่า 1.8GHz 87% เหตุผลนั้นง่าย — ลำแสงความถี่สูงสามารถแคบได้เหมือนถ้วยกาแฟ ในขณะที่สัญญาณความถี่ต่ำกระจายไปทุกที่เหมือนสปริงเกลอร์น้ำ สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมเครือข่ายรถไฟใต้ดิน 5G จึงเน้นที่คลื่นมิลลิเมตร — ไม่มีใครต้องการวิดีโอเฝ้าระวังที่ขาด ๆ หาย ๆ

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าทำไมเครือข่าย 5G ของสถานี Shinjuku โตเกียวจึงสามารถเข้าถึง 10Gbps ได้? พวกเขาใช้ เสาอากาศเลนส์โพลาไรซ์คู่ ที่ติดตั้งบนเสา ประกอบกับอัลกอริทึมการสแกนลำแสง 3D ส่งสัญญาณไปยังเก้าอี้รอแต่ละตัวอย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกัน บางเมืองยังคงพึ่งพาเสาอากาศความถี่ต่ำสำหรับการครอบคลุมในวงกว้าง คล้ายกับการพยายามจับเมล็ดงาด้วยแหจับปลา — ความพยายามที่ไร้ประโยชน์
พูดถึงเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ : เมื่อความหนาแน่นของสถานีฐานถึง 200 ต่อตารางกิโลเมตร ระบบความถี่สูงจะใช้พลังงานน้อยกว่าระบบความถี่ต่ำ 40% ลำแสงที่แม่นยำมุ่งเน้นพลังงานไปที่อุปกรณ์ของผู้ใช้โดยไม่ต้องออกอากาศทั่วเมืองเหมือนที่ความถี่ต่ำทำ มันเหมือนกับการเปรียบเทียบตัวชี้เลเซอร์กับหลอดความร้อน — ประสิทธิภาพพูดด้วยตัวเอง

สิ่งจำเป็นสำหรับเมืองในอนาคต

เหตุการณ์สัญญาณหยุดชะงักของ Tokyo Metro Chuo Line ในปี 2023 ทำหน้าที่เป็นสัญญาณเตือนสำหรับวิศวกรทั่วโลก — ในตอนนั้น ลิงก์แบ็คฮอล 28GHz ลดลงอย่างกะทันหันเหลือ $-107\{dBm}$ กระตุ้นเกณฑ์ความไวการรับขั้นต่ำของมาตรฐาน ITU-R M.2101 ในฐานะวิศวกร RF ที่เกี่ยวข้องกับโครงการท่าเรืออัจฉริยะ 5G Marina Bay ของสิงคโปร์ ฉันได้เห็นโดยตรงว่าคลื่นมิลลิเมตรอยู่รอดในป่าในเมืองได้อย่างไร
เสาอากาศขั้นสูงในปัจจุบันไม่ได้เกี่ยวกับ ‘จานใหญ่’ อีกต่อไป แต่เป็น ท่อนำคลื่นแบบรวมซับสเตรต (SIW) และอาเรย์ซ้อนสามมิติ ยกตัวอย่างเสาอากาศโพลาไรซ์คู่ 64 องค์ประกอบบนดาดฟ้าของสำนักงานใหญ่ Tencent เซินเจิ้น ความเร็วในการสลับลำแสงของมันเร็วกว่าวิธีการแก้ปัญหาแบบดั้งเดิม 22 มิลลิวินาที สามารถทะลุผ่านกระจกนิรภัยเพิ่มเติมสามชั้นภายใน 200 เมตร

ระหว่างแผนการครอบคลุมสำหรับที่จอดรถใต้ดินหกชั้นในฉงชิ่งเมื่อปีที่แล้ว ทีมของเราค้นพบปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกับสัญชาตญาณ: ที่ชั้น -4 ที่มีคอนกรีตหนา 1.8 ม. สัญญาณ 39GHz แข็งแกร่งกว่า 3.5GHz 8dB สิ่งนี้ต้องขอบคุณความสามารถในการมอดูเลตมุมบริวสเตอร์ของเสาอากาศเมตาเซอร์เฟซใหม่ ลดการสูญเสียการเลี้ยวเบนให้อยู่ภายใน $3\{dB/m}$

• ข้อมูลการทดสอบ: การใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ Rohde & Schwarz SMW200A ในสภาพแวดล้อมความชื้น 85% เสาอากาศเลนส์ Luneburg แบบใหม่รักษาการเชื่อมต่อที่เสถียรนานกว่าอาเรย์แพทช์แบบดั้งเดิม 17 วินาที
• การเปรียบเทียบต้นทุน: ต้นทุนการติดตั้งโมดูลคลื่นมิลลิเมตรต่อตารางเมตรของไฟถนนอัจฉริยะลดลงจาก $320$ ในปี 2019 เหลือ $47$ (รวมขั้วต่อ Fakra)

สิ่งที่ทำให้ฉันตื่นเต้นที่สุดในตอนนี้คือ เทคโนโลยีการจับคู่อิมพีแดนซ์ไดนามิก ในโครงการเสาโคมไฟอัจฉริยะของ Shanghai Bund เราติดตั้งโมดูลการวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ขนาดเล็กในหน่วยเสาอากาศแต่ละตัวเพื่อตรวจสอบ VSWR (อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดัน) แบบเรียลไทม์ ในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง ระบบจะปรับเครือข่ายการจับคู่ของ 34 หน่วยโดยอัตโนมัติ ปรับปรุงการสูญเสียการสะท้อนจาก $-4\{dB}$ ที่หายนะเป็น $-1.2\{dB}$

แต่อย่าให้ผู้ขายหลอกคุณ — สิ่งที่กำหนดประสิทธิภาพของเสาอากาศอย่างแท้จริงคือความสามารถในการควบคุมสัญญาณรบกวนเฟส เมื่อปีที่แล้ว การทดสอบโมดูลอาเรย์เฟส 28GHz ภายในประเทศเผยให้เห็นว่าการรั่วไหลของออสซิลเลเตอร์ภายใน (LO leakage) สูงกว่าวิธีการแก้ปัญหา Keysight 15dBc ทำให้ระดับ MCS ของป้ายหยุดรถบัสอัจฉริยะที่อยู่ใกล้เคียงลดลงสองเกรดโดยอัตโนมัติ
สามปีข้างหน้าจะเป็นช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อ:
① ต้นทุนวัสดุพื้นผิวสะท้อนแสงอัจฉริยะลดลงต่ำกว่า $¥200/\{m}^2$
② มาตรฐาน 3GPP R18 กำหนดให้สถานีฐานต้องรองรับ 1024QAM
③ ความเป็นไปได้ที่จะมีการผ่อนคลายกฎระเบียบ FCC Part 30 ของสหรัฐอเมริกาที่อนุญาตให้ใช้ย่านความถี่ 52GHz
เมื่อเร็ว ๆ นี้ ขณะช่วยบริษัทโลจิสติกส์โดรนในหางโจวดีบัก เราพบว่าเสาอากาศแบบมีทิศทาง 38GHz ที่ระดับความสูง 200 เมตรประสบปัญหา การรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ที่เกิดจากการเลื่อนของดอปเปลอร์ ในที่สุด รูปแบบคำนำหน้าแบบวนซ้ำแบบปรับตัวลดการสูญเสียแพ็คเก็ตจาก 12% เหลือ 0.3% ทำให้โดรนสามารถนำทางระหว่างอาคาร 30 ชั้นได้อย่างแม่นยำ
นี่คือเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ : เสาอากาศความถี่สูงกลัวต้นไม้มากกว่าอาคาร ใบต้นไทรตามถนน Nandao Avenue ของเซินเจิ้นสามารถทำให้สัญญาณ 60GHz อ่อนลง 4-7dB บังคับให้เราติดตั้ง ‘ตัวชดเชยการทะลุผ่านใบไม้’ — โดยพื้นฐานแล้วคือสถานีตรวจอากาศขนาดเล็กที่เชื่อมโยงกับอัลกอริทึมการเพิ่มประสิทธิภาพลำแสง — บนเสาไฟแต่ละต้น