專欄文章

第五代行動通訊之毫米波頻段具有高傳輸速率與大頻寬優勢，在5G垂直應用上相繼被提出可行的商業模式，如VR/AR等多樣化影音串流服務，然而此類應用仍以室內場域運作居多，因此，有必要對毫米波室內傳播特性進行探討。

毫米波頻段於戶外場域通訊，不僅容易受到大氣中的水氣與氧氣吸收衰減，當訊號穿透雨水亦會導致較高的傳輸損耗。因此，在戶外場域往往需要在收發端建立起良好的直視傳播路徑，避免周遭建物、車輛或人體遮擋效應造成通訊中斷。然而，對於室內場域，毫米波訊號仍會受到室內的裝潢隔間等物體遮蔽所影響，多重路徑效應(包括：反射與散射)將更趨明顯與複雜，若需要有較佳的通道品質，仍有賴於直視傳播或透過一次反射到達接收端，以確保通訊鏈路訊噪比要求。前述之專欄文章已探討戶外毫米波傳播行為，本篇將著重室內毫米波傳播特性。

文獻中探討室內毫米波傳播特性採用SBR/IM(shooting and bounding ray tracing/image method)方法進行模擬分析。如圖一所示為一般室內辦公室場景平面圖與量測設備架設，在進行傳播模擬工作前需對室內場域的建築隔間、地板、天花板及窗戶等物件進行3D建模與材質設定，亦或可將平面圖導入，再依比例進行繪製。最後標示出TX與RX點位之相對應位置與高度，並進行收發端系統規格設定，包括天線場型匯入、極化形式、發射功率或訊號波形等。

圖一、室內場域平面圖與毫米波量測設備架設

如圖二所示為室內毫米波傳播通道之量測設備，包括訊號發射器與接收器，其中訊號發射器由基頻模組與升頻模組所構成，於基頻產生一虛擬隨機碼(Pseudorandom-noise, PN)序列，並透過振幅偏移調變(ASK)或二進位相位偏移調變(BPSK)後再做升頻，最後藉由喇叭(Horn)天線將訊號輻射至空氣中。而從接收端獲得訊號後即降至基頻做處理，訊號轉換採用零中頻方式，由於基頻訊號擷取模組採取雙向同步訊號，因此，可進一步獲得通道傳播特性。

圖二、室內毫米波傳播通道之量測設備

公式(1)為傳播路徑損失計算式，包括平均路徑損失與遮蔽衰落，PL(d)為平均路徑損失量測值，單位為dB，n表示為路徑散逸指數，PL(d0)為某個參考距離下(d0=1m)之自由空間傳播路徑損耗，d為發射端與接收端之間的距離，S表示為遮蔽衰落值。

圖三為路徑損失量測(左邊)與模擬(右邊)結果比較圖，模擬與量測結果具高度一致性，也進而證實通道路徑損失隨著傳播距離增加而變大。另外，從實驗數據結果推論此辦公室場域之傳播路徑散逸指數n值為1.82，稍微小於自由空間理論值n=2，此差異研判為室內天花板、牆面及地板所形成之導波特性影響。

圖三、路徑損失量測(左邊)與模擬(右邊)結果比較

參考資料

[1] Shuangde Li, Yuanjian Liu, Leke Lin, Mengxue Wang, Zhong Sheng,  Dingming Sun, “Millimeter-Wave Propagation Measurement and Simulation in a Indoor Office Environment at 28 GHz”, IEEE APCAP 2017.