مجموعة بيانات فقد الإشارة من قياسات ميدانية عند 3.5 جيجاهرتز للجيل الخامس من الاتصالات اللاسلكية في بيئات داخلية

لماذا تضعف إشارة هاتفك داخل المباني

في كل مرة تفقد فيها درجات الإشارة على هاتفك في ممر أو فصل دراسي أو مكتبة، فإنك تواجه مشكلة هادئة لكنها حاسمة: تضعف إشارات الراديو أثناء انتقالها. هذا الضعف، المسمى فقد الإشارة، يحدد مدى سرعة وموثوقية اتصالك اللاسلكي. مع امتلاء منازلنا ومكاتبنا وحرمنا الجامعية بأجهزة 5G والأجهزة المتصلة، يحتاج المهندسون إلى أرقام دقيقة حول كيفية تأثير الجدران والأبواب وتصاميم الغرف على قوة الإشارة. تقدم هذه الورقة ذلك بالضبط: بيانات مقاسة بعناية تُظهر كيف يتصرف إشارة ذات صلة بـ5G داخل مبانٍ حقيقية.

قياس قوة الإشارة في مبانٍ حقيقية

ركز المؤلفون على تردد 3.5 جيجاهرتز، وهو أحد "النطاقات الذهبية" الرئيسية لشبكات 5G داخل المباني لأنه يوازن بين السرعة والتغطية. بدلاً من الاعتماد فقط على المحاكاة الحاسوبية أو تجارب صغيرة، نفذوا حملات قياس واسعة في ثلاث مناخات داخلية يومية في مركز بحثي في مكسيكو سيتي: ممر طويل مليء بالمكاتب والمختبرات، مبنى طلابي مدمج ذو غرف دراسة، وطابق مكتبة حديث مملوء بالأرفف ومساحات الدراسة. تضمنت المواقع الثلاثة عوائق مألوفة مثل جدران من الطوب، ألواح زجاجية، فواصل من الجبس، أبواب خشبية، أعمدة معدنية وحتى بئر مصعد.

في كل مبنى، وضع الفريق مرسلاً يبث باستمرار إشارة عند 3.5 جيجاهرتز بمستوى طاقة ثابت. ثم ساروا بمستقبل عبر شبكة نقاط على الأرض مصممة بعناية، متباعدة بحوالي متر واحد. في كل نقطة، استخدموا أدوات دقيقة وهوائيات متطابقة لتسجيل قوة الإشارة. كرروا القياس بطريقتين: مرة مع وضع هوائيات المرسل والمستقبل على نفس الارتفاع، ومرة مع اختلاف الارتفاعات بينهما، لمحاكاة مجموعة من التركيبات العملية مثل نقاط الوصول المركبة على السقف والأجهزة المحمولة باليد.

تحويل القراءات الخام إلى بيانات قابلة للاستخدام

ترافق كل موضع في كل شبكة بوصف كامل: المسافة من المرسل، عدد الجدران الطوبية أو الزجاجية أو الخشبية أو من الجبس الموجودة مباشرة في المسار، ما إذا كانت هناك أعمدة أو مصعد في الطريق، ومستوى الإشارة المقاس. حيث كان من المستحيل أخذ قراءة — مثل وجود رف كتب أو أثاث ثقيل في النقطة — وضع الفريق علامة على تلك الحالات وأزالها لاحقاً. بعد أخذ عينات سريعة متعددة في كل نقطة لتقليل التقلبات العشوائية، حوّلوا القدرة المستقبلة إلى "فقد المسار"، وهو مقدار الانخفاض الكلي في الإشارة بين المرسل والمستقبل. أنتج ذلك ست مجموعات بيانات كاملة لقوة الإشارة وست مجموعات مطابقة لفقد المسار عبر المباني الثلاثة وترتيبي الهوائيات.

التحقق من صلاحية البيانات

بما أن هذه القياسات معدّة لإعادة الاستخدام من قبل باحثين ومهندسين آخرين، بذل المؤلفون جهداً كبيراً في فحص جودة البيانات. تحققوا من أن المسافات وعدد العوائق منطقية مادياً، وأزالوا السجلات المستحيلة أو الناقصة، وتأكدوا من عدم وجود سجلات مكررة. لاستكشاف كيف ترتبط العوامل المختلفة، استخدموا تقنية إحصائية تُسمى معامل ارتباط سبيرمان، القادرة على التقاط العلاقات الخطية والغير خطية اللطيفة. كما هو متوقع، ازداد فقد الإشارة مع المسافة، وكانت الجدران الإضافية من مواد مختلفة تميل إلى تفاقم ذلك. أظهرت المخططات أيضاً تنوعاً صحياً في القيم بدل أن تكون أنماطاً صناعية، مما يشير إلى أن القياسات تعكس ثراء ظروف الداخل الحقيقية.

ما الذي يمكن للآخرين فعله بهذه القياسات

يتم مشاركة مجموعات البيانات النهائية علناً كملفات بسيطة شبيهة بجداول البيانات، حيث تصف كل صف نقطة قياس واحدة ويعطي كل عمود خاصية مثل المسافة، وعدد الجدران من كل نوع، ومستوى الإشارة أو الفقد الناتج. باستخدام هذه المعلومات، يمكن لمخططي الشبكات اختبار وتحسين الصيغ التي تتنبأ بالتغطية داخل المباني، مقارنة سلوك 3.5 جيجاهرتز بترددات أخرى، أو تصميم توزيع أذكى لمحطات القاعدة والراوترات. كما يمكن لعلماء البيانات تطبيق طرق التعلم الآلي لبناء أدوات تنبؤ جديدة دون الحاجة لإجراء حملات ميدانية مرهقة بأنفسهم.

كيف يساعد هذا اتصالاتك المستقبلية

بعبارات يومية، هذا العمل يهدف إلى ضمان بقاء اتصال هاتفك أو حاسوبك المحمول أو جهاز الاستشعار الذكي قوياً حتى عندما تكون داخل مبنى. من خلال رسم خريطة كيفية تلاشي إشارة 3.5 جيجاهرتز أثناء مرورها عبر توزيعات الغرف والمواد المختلفة، يقدم المؤلفون "مجموعة حقائق" يمكن للآخرين البناء عليها. تؤكد قياساتهم أن فقد الإشارة يزداد باستمرار مع المسافة ومع كل جدار أو عقبة إضافية، لكن الآن تم تحديد هذه التأثيرات بتفصيل للبيئات الداخلية الواقعية. مع استخدام المهندسين لهذه المجموعات العامة لضبط نماذجهم وتصاميمهم، يجب أن تكون النتيجة خدمة 5G داخلية أكثر موثوقية اليوم، وتخطيطاً أفضل لشبكات 6G المستقبلية وإنترنت الأشياء المتوسع.

الاستشهاد: Perdomo-Reyes, P., Galvan-Tejada, G.M. & Meneses-Viveros, A. Path Loss Dataset from Field Measurements at 3.5 GHz for the Fifth Generation of Wireless Communications in Indoor Environments. Sci Data 13, 521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06650-4

الكلمات المفتاحية: تغطية 5G داخل المباني, فقدان المسار اللاسلكي, قياسات 3.5 جيجاهرتز, بيانات انتشار الراديو, شبكات لاسلكية داخلية