Millimetrik to'lqinlarning tarqalish xususiyatlari ularning aloqaga ta'siri

Millimetrik to'lqinli aloqaning tarqalish asoslari

Millimetr to'lqin (mmWave) 30-300 GHz diapazonidagi aloqa 5G tizimlar uchun ma'lumot uzatish tezligini oshirishda muhim ahamiyatga ega. Keng polosali (~1 GHz) kanallardan foydalanish orqali bu yondashuvlar kengaytirilgan haqiqiylik hamda avtonom transport vositalari kabi kam latentsiyali ilovalarning o'sayotgan talablarini qondirish uchun ko'p gigabit o'tkazuvchanlikni ta'minlaydi. 2023-yilda "Nature" jurnalida mmWave yordamida yo'nalishli antenalar ishlatilganda 1 km masofaga 10 Gbps tezlikda uzatish amalga oshirilgani to'g'risida ma'lumot e'lon qilingan, garchi millimetrik to'lqinlarning tarqalish xususiyatlari past chastotali mikroto'lqinlarnikidan farq qiladi.

Ochiq fazodagi yo'lovchi yo'qolish chastotaning kvadratiga proportsional bo'lib, sub-6 GHz diapazonlarga qaraganda 20–30 dB yuqori yo'lovchi yo'qolishga olib keladi. Tashqi muhitning ta'siri bu muammolarni yanada kuchaytiradi — yog'ingarchilik 60 GHz da 5-15 dB/km ga yetuvchi so'nishi keltirib chiqaradi, shuningdek beton singari binolar materiallari esa 40-60 dB li siniqqa sabab bo'ladi. Odatda bargli daraxtlar 10-20 dB atenuatsiyaga olib keladi va ochiq hududlardagi kabi ishonchlilikni ta'minlash uchun innovatsion muhandislik yechimlarini talab qiladi.

Fazali massiv antenalar bilan murakkab nurlanish tizimlari tarqalish cheklovlarini bekor qilishga yordam beradi, yo'nalishli uzatish kanallarini o'rnatish orqali. Bu yo'nalishli nurlar chastotani fozda qayta ishlatish imkonini beradi va shovqinni kamaytiradi—shahar atrof-muhitida juda muhim afzallik. Eng so'nggi arxitekturalar ortogonal ko'p tashabbusli modulyatsiya (OMM) va massiv MIMO gibriddosh tuzilishlaridan foydalanadi, intellektual tarmoqlarni yaratib, mmWave diapazonlarning chastota xususiyatlarini va mikroto'lqinli tizimlarning bardoshliligini oshiradi.

MmWave aloqa signallariga atrof-muhit ta'siri

Millimetrik to'lqin (mmWave) aloqa tizimlari turli operatsion vaziyatlarda signallarning butunligiga katta ta'sir qiluvchi muhitning noyob qiyinchiliklari bilan duch keladi.

Ob-havo shartlariga bog'liq signallarni so'rish mexanizmlari

Yomg'ir 60 GGTs chastotalarda 20 dB/km gacha bo'lgan o'zgarishlarga sabab bo'ladi, qarsu va tuman qo'shimcha tarqatish effektlarini keltirib chiqaradi, bu fazaviy bog'liqlikni buzadi. Bu kabi ob-havo hodisalari mmTolqinli aloqa tizimlariga nisbatan past chastotali tizimlarga nisbatan ancha katta ta'sir qiladi, chunki qisqa to'lqin uzunliklari zarrachalar tomonidan to'siq qo'yishga nojot yo'q.

O'simliklar va Binolardan O'tishda Energiya Yo'qotish Ta'siri

Havola o'lchovlari yagona daraxt mmTolqin signallarini 35 dB ga qadar so'ndirishini ko'rsatdi, zich barglar esa signal kuchining 98% ni bloklaydi. Mo'rt shishali binolar 28 GGTs da 40 dB li tarqatish yo'qotishiga ega bo'lib, bu mikroto'lqin chastotalaridagidan uch barobar yuqori bo'lib, tuzilma to'siqlarini yengish uchun strategik tarmoq rejalashtirishni talab qiladi.

Yomg'ir Tuynuklanishi va Atmosfera So'rish Muammolari

60 GGTs chastotada kislorod yutib olishi atmosfera yo'qotishining 15 dB/km gacha yetishi va og'ir sharoitlarda tropik yomg'ir tushishining 30 dB/km dan oshib ketishi bilan birga keladi. Bu effektlar amaliy tarqatish masofalarini qisqartiradi, moslashuvchan tushirish zaxirasini hisoblash va dinamik quvvat sozlash protseduralarini talab qiladi.

Millimetrik to'lqinli aloqada yo'lni yo'qotish modellashtirish

Boshsuz fazo vs. Shahar tarqalish modellari

Millimetrik to'lqin (mmWave) tarqatish muhitiga qarab noyob xususiyatlarga ega. Erkin fazo yo'li yo'qolishi (FSPL) uzatish masofasining teskari kvadrati, \(\frac{1}{R^2}\) bilan ifodalanishi mumkin. Biroq, shahar atrof-muhitida kanal murakkabroq o'zaro ta'sirlarni kiritadi, bunda yo'qolish ko'rsatkichlari 2,5–4,5 (LOS) va 4,7–9,2 (non-LOS) oralig'ida bo'ladi. 28 GHz chastotada barglarning yo'qotishi 6–8 dB/m ni tashkil etadi, beton devorlar esa 40–60 dB ga yetguncha yo'qotish yaratadi. Urban mmWave diapazoni beamformingdan foydalanmasdan bu to'siqlar tufayli 150–200 metrgacha kamayadi, teoriy erkin fazo diapazoni 1–2 km ga teng. Adaptiv antenali massivlar ushbu yo'qotishning bir qismini signal mavjud bo'lgan yo'lga quvvatni boshqarish orqali qayta tiklashlari mumkin, lekin amaliy jihatdan foydalanish masofasi oxir-oqibat to'siqlar zichligi bilan belgilanadi.

Chastotaga Bog'liq So'rish Xususiyatlari

24 GHz (suv bug'ini tufayli) va 60 GHz (kislorod tufayli) chastotalarda atmosfera yutish zallalari millimetrik to'lqinli tizimlarga qo'shimcha 0,2–15 dB/km zarar yetkazadi. Yomg'ir soliqda yomonlanish esa o'rtacha yomg'irda 30–40 GHz oralig'ida 2–8 dB/km ga yetadi. Shuni aytish kerakki, bir xil masofada 73 GHz signallari 24 GHz signallariga nisbatan erkin fazoda yo'qotishning 1,8 marta kattaroq ekanligi FSPL tenglamalaridagi \(f^2\) bog'liqligi tufayli kelib chiqadi. Bu muhim savdo-sotiqga olib keladi - Barcha yuqori chastotalar kengroq bandlar (2 GHz kanallar) ruxsat beradi, lekin stantsiyalarni pastki 100 GHz diapazonidan 4 barobar zich joylashtirish talab qilinadi. Hozirgi kunda ushbu cheklovlar ilgarilagan materiallar, jumladan, kam yo'tqazuvchan dielektriklar va metasirt betlar yordamida yumshatildi, bu E-band chastotalarida 5G arxiv aloqalari uchun 90% foydali diapazonlarga imkon beradi.

Ishonchlilik uchun Line-of-Sight Talablari

Millimetr to'lqin (mmW) aloqa tizimlarida yuqori chastotali ishlash tufayli (24–100 GHz) uzatuvchilar va qabul qiluvchilarni mukammal tekislash talab qilinadi. Past chastotali signallar to'siqlarni o'rab chiqishi mumkin bo'lsada, mmWave energiyaning 60-90% qismi to'siqlar tomonidan yutilib qoladi (ITU 2023). Bunday cheklovlar ochiq ko'zga ko'rinishni 5G/6G senariylarida multigigabit o'tkazuvchanlikka erishish uchun zarur shart sifatida taqdim etadi.

Inson faoliyati va inshootlardan kelib chiqadigan blokirovka effektlari

Shahar muhitlari uchta asosiy LOS buzuvchilarni keltirib chiqaradi:

• Statik to'siqlar : Beton devorlar mmWave signallarini 40–60 dB ga kamaytiradi, shaffof esa uzatishni 15–25 dB ga susaytiradi
• Mobil to'siqlar : Yagona piyoda 20–35 dB signal yo'qotishiga sabab bo'lishi hamda avtomobillar harakati 0,8–3,2 soniya davom etadigan vaqtinchalik uzilishlarga olib keladi
• Atrof-muhit dinamikasi : Faslga qarab o'simliklarning o'zgarishi barglarning sig'imi 12–18 dB ga o'zgartiradi

Bu effektlar nurlanishli shartlarni qo'llamagan holda zich shaharlarda 54–72% gacha pasayadigan o'rtacha LOS mavjudligiga ta'sir qiladi.

Nurlanishli bo'lmagan holatlarga mo'ljallangan nurlanish yechimlari

Fazaviy massivli antenalar to'siqlarni chetlab o'tish uchun 27 dBm ekvivalent izotropik nurlanish quvvatini (EIRP) boshqarish imkonini beradi. Zamonaviy tizimlar quyidagilarga erishdi:

• 1.2° nurlanish kengligi aniqlikni ta'minlash uchun 1024 elementli antenali klasterlar
• AI boshqaruvchi RF yo'nalish bashorati asosida 3 millisaniyadan kam vaqt ichida nurlanishni qayta sozlash
• devor akslanishlari orqali 78% NLOS (nurlanishli bo'lmagan) ishonchlilik

2024-yilda UAV aloqa infratuzilmasi bo'yicha o'tkazilgan tadqiqot zamonaviy nurlanishning shaharlar ichidagi uzilish ehtimolligini doimiy sektoriy antenalarga qaraganda 63% kamaytirishini ko'rsatdi. Bu yondashuv real vaqtda lidar xaritalash hamda dinamik spektrni ulashishni birlashtirib, uzilish hodisalari davomida sifat darajasini saqlab turadi.

MmWave aloqasi uchun kanal modellashtirish usullari

3D fazoviy tarqatish mexanizmlari

Yuqori aniqlikdagi 3D fazoviy modellar millimetrik to'lqinli (mmWave) aloqa tizimlarining azimut va balandlik tekisliklarida shahar elementlari bilan signallarning o'zaro ta'sirini tushunish uchun zarur. Ular klassik 2D modellardan farqli ravishda masofaviy ehtimollikni, jumladan, binolar hajmini va vaqtga bog'liq bo'lgan to'siqlarni masaleh-Valenzuela kengaytirilgan modeli yordamida statistik modellashtirish usullaridan foydalanadi. Biz bu modellar turli struktura geometriyalari uchun 12–18 dB diapazonidagi difraksiya yo'qotish o'zgarishlarini bashorat qilishini ko'rsatdik.

Ko'p yo'lli signal pasayish va aks etish tahlili

MmWave ning qisqa to'lqin uzunligi aks etishlarning sub-6 GHz signallarga qaraganda 6-9 dB pasayishiga sabab bo'ladigan seyrak ko'p yo'li klasterlarini yaratadi. Ichki tadqiqotlar sochilgan energiyaning faqat 20-30% gina yaxshi ko'p yo'li aloqalarga hissa qo'shishini ko'rsatdi, shu sababli difuz sochishdan ko'ra bosh faraz qiluvchi aks etish yo'llarini ustun qo'yuvchi yangilangan statistik modellar kerak bo'ladi.

Sanoat paradoksi: Yuqori propusknaya qobiliyat vs cheklangan diapazon savdosi

MmWave diapazonlar 400-800 МГц kanal kengligini taqdim etadi, lekin ularning 28 GHz chastotada bo'sh fazo yo'qotishi 3 GHz chastotaga qaraganda 29 dB yuqori. Bu tarmoqlarni shahar markazlarida 150-200 metr intervalda mikrobazali stantsiyalar bilan o'rnatishga majbur qiladi — mikroto'lqinli tizimlarga qaraganda 4 marta zichroq — gigabit o'tkazish tezligini saqlash uchun.

Haqiqiy dunyodagi shahar sohalari uchun tarmoqlarni joriy qilish bo'yicha holat tahlili

26 GHz chastotani foydalanib Madrid metropolitenida o'tkazilgan sinovda nishonlangan joylarda nurlanish bilan birga real vaqtli blokirovka bashoratini qo'llash orqali 94% ishonchlilikka erishildi. Biroq, piyodalarning harakati 3-5 dB EIRP tebranishlarini keltirib chiqardi, bu umumiy joylarda sun'iy intellektga asoslangan kanal moslashuvining zarurligini ko'rsatadi.

Strategik Baza stansiyasi Aloqa tarmoqlari uchun rejalashtirish

Signal to'siqinuvlarni kamaytirish uchun joy tanlash

Baza stansiyalarni optimal joylashtirish orqali mm-tolqinli tarmoqlarda to'siqlar tufayli tez o'zgaruvchan signallarning o'zaro ta'siri minimal darajada bo'ladi. Shahar muhitida joylashtirish muhitning bloklovchi va qoplanish xususiyatlarini hal etish uchun optimal joylashni talab qiladi. Murakkab tarqalish modellaridan foydalanish tizim rejalashtiruvchilarga kanal oralig'i interferentsiyasini kamaytirish va qamrov zichligini maksimal darajada oshirish imkonini beradi. Joylashuvga doir topografik xususiyatlarni hisobga olish yordamida o'tkazilmas zonalar sonini 45% gacha kamaytirish hamda ularning o'rtacha diametrini esa bir xil masofaga qiyoslaganda 24% gacha kamaytirish mumkin ekanligini aniqladik. Asosiy omillar bino zichligi, balandlik farqi hamda qo'shimcha jihozlarsiz interferentsiya so'ndirish imkonini beruvchi infrastrukturaning mavjud xaritalanishidir.

Kelajak tendentsiyalari: Gibril RF-MmWave arxitekturasi

MmWave texnologiyasini sub-6 GHz diapazonlari bilan birlashtiruvchi ikki diapazonli arxitektura kelajak aloqa tarmoqlari uchun amaliy yechim sifatida taklif etilmoqda. Bu g'ildirak arxitektura zich shahar markazlarida yuqori o'tkazish tezligi uchun mmWave massiv MIMO hamda kengroq shahar atrofi/qishloq hududlarini qamrab olish uchun RF chastota to'lqinlarini birlashtiradi. Aqlli kalitlash protokollari foydalanuvchilarni mobil va xizmat profillariga muvofiq ravishda dinamik ravishda diapazonlar bo'yicha taqsimlab beradi. Tizim mmWave faqatdan foydalangan tarmoqqa qiyoslaganda joylashtirish zichligini 60% ga kamaytiradi va uzatishda kerakli sifat darajasini (QoS) saqlab turadi. Turli relyeflarda uzluksiz aloqani ta'minlash zarur bo'lgan sanoat IoT dasturlari uchun ham bu birlashtirilgan yechim samarali ekanligi isbotlangan.