A fák 5G jelátvitelre gyakorolt hatásának mérése létfontosságú lehet a következő generációs cellatechnológia használatához. Ahogy az 5G technológia az elkövetkező néhány évben teljes mértékben átveszi az uralmat, a mobiltelefonok és más vezeték nélküli technológiák nagyobb teljesítményűvé válnak a megnövekedett adatforgalom és az alacsonyabb késleltetés révén. De ezekkel az előnyökkel együtt jár egy kérdés: A következő generációs mobiltelefon vajon a zöldövezetben is működőképes lesz-e?
A cellahálózatok tervezői szembesülni fognak ezzel a problémával amikor a milliméteres hullámokat használó 5G technológia előnyeit és hiányosságait mérlegelik. Ezek a hullámok nem csak több információt képesek továbbítani, mint a hagyományos adások, de a műsorszóró spektrum egy olyan részét is hasznosan foglalják el, amelyet a kommunikációs technológiák ritkán vesznek igénybe. Ez komoly aggodalomra ad okot, amikor a műsorszórók úgy versengenek a spektrum egyes részeiért, mint a területet felderítő aranyásók - írja a technology.org portál.
A milliméteres hullámoknak azonban hátrányaik is vannak, többek között korlátozott az akadályokon való áthatolási képességük. Ilyen akadályok az épületek, de a tájat tarkító fák is. Egészen a közelmúltig keveset tudtak arról, hogy a fák hogyan befolyásolják a milliméteres hullámok terjedését, pedig enélkül aligha tervezhető megbízható hálózat.
Az amerikai szabványügyi és technológiai intézet (NIST) felmérte a fák milliméteres hullámok terjedésére gyakorolt hatását. Az amit találtak, alapvetően befolyásolhatja, hogy a következő generációs eszközök milyen 5G jelvevő antennákat használnak.
Az 5G-korszakban nemcsak az emberek közötti vezeték nélküli kommunikáció lesz jellemző, hanem a tárgyak internetéhez csatlakozó eszközök közötti is. A mobiltelefon-ügyfelek nagyobb letöltések iránti megnövekedett kereslete és a játékosok késedelemmentes hálózati reakció iránti igénye arra ösztönözte a vezeték nélküli iparágat, hogy gyorsabb és hatékonyabb kommunikációra törekedjen. Nemcsak a jelenlegi eszközök és szolgáltatások működhetnének hatékonyabban, hanem újak is jöhetnének, beleértve az autonóm járművek működéséhez szükséges gyors hálózati választ.
A milliméteres hullámok a megoldás részét képezik a kényelmes 5G jelátvitelhez. Hullámcsúcsaik mindössze néhány milliméterre vannak egymástól, ami nagyon kis távolság más rádióhullámokhoz képest, amelyek akár több méter hosszúak is lehetnek. A frekvenciájuk pedig nagyon magas, valahol 30 és 300 gigahertz között van, vagyis másodpercenként egymilliárd hullámcsúcs keletkezik. A hagyományos rádióadásokhoz mérten, amelyek a kilohertzes (AM) és megahertzes (FM) tartományban vannak, az új 5G jelek valóban nagyon magas frekvenciát érnek el.
A milliméteres hullámok magas frekvenciája teszi őket adathordozóként csábítóvá, és egyben nehezen hasznosíthatóvá. Hiába a gyors adatátviteli képesség, ha a nagyfrekvenciás hullámok nehezen haladnak át az akadályokon. Bárki, aki már látott (és hallott) olyan autót, amelyben hangosan szólt a zene, tudja, hogy főleg a lüktető basszusfrekvenciák jutnak ki a járműből a kültérre, nem pedig a lüktető szoprán magas hangok.
Az 5G jel esetében az akadály nem lehet komolyabb egy tölgyfalevélnél. Ezért a NIST tudósai 2019 szeptemberében kissé szokatlan feladatba kezdtek: mérőberendezéseket állítottak fel különböző méretű fák és bokrok közelében az ügynökség kampuszán a marylandi Gaithersburgben. A vizsgálat hónapokig tartott, részben azért is, mert szükségük volt az évszakos perspektívára.
Ugyanannak a fának egy adott jelfrekvenciára gyakorolt hatását több évszakon át kell folytatni. Nem lehet csak télen elvégezni a mérést, mert nyárra a körülmények nagyon megváltoznak. Kiderült, hogy még a levelek alakja is befolyásolja, hogy egy jel visszaverődik-e vagy átjut-e rajta.
Az egyik városokban elég gyakori lombos fafaj, az európai ostorfa esetében az átlagos csillapítás nyáron 27,1 dB volt, de télen, amikor a fa csupasz volt, 22,2 dB-re csökkent. Az örökzöldek az 5G jel nagyobb részét blokkolták. Átlagos csillapításuk 35,3 dB volt, ez a szám nem változott az évszakkal. Ez elég sok, hiszen a decibelben mért veszteség minden 10 dB további csillapítás esetén 10-szeres teljesítménycsökkenést jelent, azaz a 30 dB-es csillapítás esetén a jel ereje az 1000-ed részére csökken.
Összehasonlításképpen a csapat különböző típusú építőanyagokat is vizsgált. A faajtók, a gipszkarton falak és a belső üvegek 40,5 dB, 31,6 dB és 18,1 dB veszteséget mutattak, míg a külső építőanyagok még nagyobb, akár 66,5 dB veszteséget is okozhattak.
"A legtöbb modell nem tartalmaz mérésen alapuló információkat a fákról. Egyszerűen csak azt mondják, hogy egy adott fához hasonló alak esetén bizonyos mértékű jelveszteséggel kell számolnunk. Azzal szeretnénk javítani a modelljeiket, hogy pontos mérésalapú terjedési adatokat szolgáltatunk" - mondta David Lai, a NIST egyik tudósa, aki részt vett a tanulmány elkészítésében.
A szóban forgó kutatás hozzájárult a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) által kiadott iránymutatáshoz. Az eredmények most az ITU ITU-R P.833-10 ajánlásában a fákról szóló új szakaszként jelennek meg. Ez a kiadvány referenciaként szolgál a jelterjedési modellekhez, amelyeket már mások fognak kidolgozni.
