Zestaw danych strat ścieżki z pomiarów terenowych przy 3,5 GHz dla piątej generacji komunikacji bezprzewodowej w środowiskach wewnętrznych

Dlaczego sygnał telefonu słabnie w pomieszczeniach

Zawsze gdy tracisz kreski na telefonie w korytarzu, sali wykładowej czy bibliotece, napotykasz cichy, ale istotny problem: sygnały radiowe osłabiają się podczas przepływu. To osłabienie, zwane tłumieniem sygnału, decyduje o tym, jak szybkie i niezawodne może być twoje połączenie bezprzewodowe. W miarę jak nasze domy, biura i kampusy wypełniają się urządzeniami 5G i podłączonymi gadżetami, inżynierowie potrzebują twardych danych o tym, jak ściany, drzwi i układ pomieszczeń wpływają na siłę sygnału. Ten artykuł daje dokładnie to: starannie zmierzone dane pokazujące, jak sygnał istotny dla 5G zachowuje się w prawdziwych budynkach.

Pomiary siły sygnału w prawdziwych budynkach

Autorzy skupili się na częstotliwości 3,5 gigaherca, jednym z głównych „słodkich punktów” dla sieci 5G wewnątrz budynków, ponieważ równoważy prędkość i zasięg. Zamiast opierać się wyłącznie na symulacjach komputerowych lub niewielkich eksperymentach, przeprowadzili szerokie kampanie pomiarowe w trzech codziennych środowiskach wewnętrznych w centrum badawczym w mieście Meksyk: długim korytarzu z biurami i laboratoriami, zwartej budowli studenckiej z salami do nauki oraz nowoczesnym piętrze biblioteki pełnym regałów i miejsc do pracy. We wszystkich trzech miejscach występowały znane przeszkody, takie jak ściany z cegły, przegrody ze szkła, płyty kartonowo‑gipsowe, drewniane drzwi, metalowe kolumny, a nawet szyb windy.

W każdym budynku zespół umieścił nadajnik, który nieprzerwanie wysyłał sygnał 3,5 GHz o stałym poziomie mocy. Następnie przeszli z odbiornikiem po starannie zaprojektowanej siatce punktów na podłodze, rozmieszczonych w przybliżeniu co metr. W każdym punkcie używali precyzyjnych przyrządów i dopasowanych anten do rejestracji siły sygnału. Powtórzyli pomiary na dwa sposoby: raz z antenami nadajnika i odbiornika ustawionymi na tej samej wysokości, a raz z różnymi wysokościami anten, aby odzwierciedlić różne praktyczne instalacje, takie jak punkty dostępowe montowane w suficie i urządzenia trzymane w ręku.

Przekształcanie surowych odczytów w użyteczne dane

Każdy punkt w siatce miał pełny opis: odległość od nadajnika, ile ścian z cegły, szkła, drewna lub karton‑gipsu leżało bezpośrednio na drodze, czy w zasięgu znajdowały się kolumny lub szyby windy, oraz zmierzony poziom sygnału. Tam, gdzie niemożliwe było wykonanie pomiaru — na przykład gdy dokładne miejsce zajmował regał lub ciężkie meble — zespół oznaczył takie przypadki i później je usunął. Po uśrednieniu wielu szybkich próbek w każdym punkcie w celu zmniejszenia losowych fluktuacji, przeliczono odbieraną moc na „stratę ścieżki”, czyli całkowite zmniejszenie sygnału między nadajnikiem a odbiornikiem. W rezultacie powstało sześć kompletnych zestawów danych dotyczących siły sygnału i sześć odpowiadających im zestawów danych strat ścieżki dla trzech budynków i dwóch konfiguracji anten.

Weryfikacja jakości danych

Ponieważ pomiary te mają być ponownie wykorzystywane przez innych badaczy i inżynierów, autorzy włożyli znaczny wysiłek w kontrolę jakości danych. Zweryfikowali, czy odległości i liczba przeszkód miały sens fizyczny, usunęli niemożliwe lub brakujące wpisy oraz upewnili się, że nie ma zduplikowanych rekordów. Aby zobaczyć, jak różne czynniki są ze sobą powiązane, zastosowali technikę statystyczną zwaną korelacją Rang Spearmana, która potrafi wykryć zarówno zależności liniowe, jak i łagodnie krzywoliniowe. Jak można się spodziewać, strata sygnału rosła wraz z odległością, a dodatkowe ściany z różnych materiałów zwykle ją pogarszały. Wykresy pokazały też zdrowy rozrzut wartości zamiast sztucznych wzorców, co sugeruje, że pomiary odzwierciedlają bogactwo rzeczywistych warunków wewnętrznych.

Jak inni mogą wykorzystać te pomiary

Końcowe zestawy danych są udostępnione otwarcie jako proste pliki w stylu arkusza kalkulacyjnego, gdzie każdy wiersz opisuje jeden punkt pomiarowy, a każda kolumna podaje cechę, taką jak odległość, liczba ścian każdego typu oraz wynikowy poziom sygnału lub strata. Dzięki tym informacjom planiści sieci mogą testować i dopracowywać wzory przewidujące zasięg wewnątrz budynków, porównywać zachowanie 3,5 GHz z innymi częstotliwościami lub projektować inteligentniejsze rozmieszczenie stacji bazowych i routerów. Dane mogą też posłużyć naukowcom zajmującym się danymi do zastosowania metod uczenia maszynowego w celu budowy nowych narzędzi predykcyjnych bez konieczności przeprowadzania własnych, czasochłonnych kampanii terenowych.

Jak to poprawi twoje przyszłe połączenia

Mówiąc prostymi słowami, ta praca ma na celu zapewnienie, by twój telefon, laptop czy inteligentny czujnik utrzymywały mocne połączenie nawet wtedy, gdy znajdujesz się głęboko wewnątrz budynku. Mapując, jak sygnał 3,5 GHz zanika przechodząc przez różne układy pomieszczeń i materiały, autorzy dostarczają „zbioru prawdy”, na którym inni mogą się oprzeć. Ich pomiary potwierdzają, że strata sygnału rośnie stopniowo wraz z odległością i z każdą dodatkową ścianą lub przeszkodą, ale teraz te efekty są szczegółowo skwantyfikowane dla realistycznych warunków wewnętrznych. W miarę jak inżynierowie będą wykorzystywać te publiczne zestawy danych do strojenia modeli i projektów, efekt powinien się przełożyć na bardziej niezawodny serwis 5G w pomieszczeniach już dziś oraz lepsze planowanie przyszłych sieci 6G i rozwijającego się Internetu Rzeczy.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: zasięg 5G wewnątrz budynków, utrata sygnału radiowego, pomiary 3,5 GHz, dane propagacji radiowej, sieci bezprzewodowe wewnątrz budynków