Low-E玻璃如何影响建筑物内的5G/4G无线覆盖?

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2023-09-06

低辐射玻璃(通常被称为Low-E玻璃或镀膜玻璃)已经广泛用于许多现代建筑的门、窗,以实现对内部气候的节能控制。它的玻璃面板上涂有各种金属化合物,只允许某些部分的太阳辐射进入建筑。这种涂层虽然在节能方面有优势,但它对无线信号的传播却有显著的负面影响。因此,对于无线网络规划者来说,为Low-E玻璃建筑规划5G/4G宏网络,以实现室内无线覆盖,是一项具有挑战性(或不可能)的任务。

在这篇文章中,你将会了解到:

  • Low-E玻璃是什么?
  • Low-E玻璃怎样影响5G/4G网络中的无线信号传播?
  • 在评估Low-E玻璃对室内覆盖的影响时需要考虑的因素。
  • 两种Low-E玻璃应用场景的仿真结果。

什么是Low-E玻璃?

Low-E玻璃表面有一层透明的,可以反射热量的极薄(比人的头发还薄)的涂层。在夏季,红外光、紫外光(UV)和太阳辐射热量会被Low-E玻璃反射出建筑物,但不会减少进入建筑物的可见光量。在冬季,玻璃涂层通过将产生的热量反射回建筑物内来防止辐射热量的损失。这两种情况都有助于建筑内居住者体感温度的稳定性,并在升高和降低房间温度时创造可观的能源效率。

虽然提高了绿色建筑的可持续性评级,但Low-E玻璃也对无线信号的传播产生了巨大不利影响。与紫外光类似,射频信号在与镀膜玻璃接触时被反射,这会导致高频信号衰减(信号强度降低)和室内无线信号覆盖差。

Low-E玻璃如何影响5G/4G网络中的无线信号传播?

Low-E玻璃显著影响了无线信号的传播,特别是在毫米波波段。信号频率越高,Low-E玻璃导致的路径损耗越大。例如,Low-E玻璃在28 GHz时的平均损耗为27.4 dB,在60 GHz时为33.2 dB,在低于6 GHz的5G频段,它也会造成比普通玻璃大得多的路径损耗,如下表所示:

Low-E玻璃造成的过度路径损耗,意味着业主和租户不能依靠室外网络为建筑物内部提供无处不在的5G、 4G和公共安全无线网络覆盖。Low-E玻璃的使用方式、建筑结构和材料性能对无线传播的影响等各种情况,进一步放大了这一挑战。因此,必须规划和评估不同因素如何在实现令人满意的室内无线覆盖方面发挥作用。为了评估Low-E玻璃对室内无线覆盖的影响,需要考虑与无线传播环境和无线网络系统相关的许多因素,例如:Low-E玻璃的使用场景、室内环境特征、频段和天线配置。

在这篇文章中,我们将分享对两种Low-E玻璃使用场景的调查:

场景1:Low-E玻璃作为建筑物墙体

场景2:Low-E玻璃作为建筑物窗户

对于这两种场景,将使用我们的室内外一体化网络规划软件Ranplan Professional,来创建具有指定材料属性的建筑物的详细3D模型,重现真实世界的情况。软件利用3D射线追踪模型工具模拟无线性能,并考虑了以下因素:

  • 室外到室内的无线覆盖
  • 3.5GHz和28GHz毫米波频段
  • 两种类型的玻璃墙
    • 双层玻璃墙(4.9dB loss)
    • Low-E玻璃墙(27.4dB loss)
  • 两种带玻璃窗的混凝土墙
    • 厚混凝土墙,带有双层玻璃窗和Low-E玻璃窗
    • 中等厚度混凝土墙,带有双层玻璃窗和Low-E玻璃窗

模拟仿真的参数配置如下:

场景1:玻璃墙建筑

3D模式下的室外环境
3D模式下带有玻璃墙的室内建筑

假设SS RSRP门限值为-120dBm, Ranplan Professional在3.5GHz频段下的仿真结果表明,双层玻璃墙的无覆盖面积为20%,Low-E玻璃墙的无覆盖面积为35%。

室内覆盖-3.5GHz频段
统计结果-3.5GHz频段

对于28GHz频段,仿真结果表明双层玻璃墙的无覆盖面积为47%,Low-E玻璃墙的无覆盖面积为79%。

室内覆盖-28GHz频段
统计结果-28GHz频段

场景2:带有Low-E玻璃窗户的建筑

3D模式下的室外环境
3D模式下带有玻璃窗户的室内建筑

假设SS RSRP门限值为-120 dBm,仿真结果表明:

在3.5 GHz时,

  • 带有Low-E玻璃窗的中等厚度混凝土墙体,可满足95%的覆盖率要求。
  • 带有Low-E玻璃窗的厚混凝土墙体,使SS RSRP覆盖率降低了1.5%,因此,影响可以忽略不计。
室内覆盖-3.5GHz频段
统计结果-3.5GHz频段

在28GHz时,

  • 带有Low-E玻璃窗的中等厚度混凝土墙体,使得室内覆盖率降低到63%。
  • 带有Low-E玻璃窗的厚混凝土墙体,使得将室内覆盖率降低到50%以下。
室内覆盖-28GHz频段
统计结果-28GHz频段

下表展示了不同混凝土墙体的路径损耗数据:

总结

Ranplan Professional软件的射频传播仿真得出如下结论:

  • Low-E玻璃墙相比于双层玻璃墙减少了多达31%的无线覆盖面积。
  • 采用Low-E玻璃窗的中等厚度混凝土和厚混凝土墙体在3.5 GHz频段的差别较小,但在28 GHz频段的室内无线覆盖有很大区别,后者的覆盖率减少至47%到50%。

为了克服Low-E玻璃墙体或窗户带来的负面影响,我们可以采用先进的技术和解决方案来补偿高频信号损失。例如,用于高波束天线增益的大规模MIMO和用于将无线信号引导到需要服务的地方的智能波束成形。然而,对于需要增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠性低时延通信(URLLC)以及大规模机器类通信(mMTC)服务的组织来说,必须采用室内无线解决方案来满足更高的要求。

正如我们在本文中所强调的那样,许多先进的科技和技术需要使用更高的频段,这可能带来更大的挑战。因此,室内无线覆盖系统的成功更加需要精确规划的3D室内、室外网络设计。

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