Radiosignaalin vaimennusmittauksia nykyaikaisissa asuintaloissa. Loppuraportti

Tässä teknisessä raportissa käsitellään radiotaajuussignaalien etenemisvaimennuksia nykyaikaisissa asuintaloissa. Raportissa esitettävien mittatulosten perusteella nykyaikainen rakentaminen vaimentaa radiotaajuussignaaleja enemmän kuin vanhoihin standardeihin perustunut rakentaminen. Rakennusten energiankulutuksen hillitseminen on tällä hetkellä varsikin Suomessa merkittävässä yhteiskunnallisessa roolissa johtuen siihen käytettävän kokonaisenergian merkittävästä osuudesta. Energiankulutuksen hillitsemistä ohjaavat myös ilmastonmuutoksen aiheuttamat paineet ja alati kasvava pelko energian loppumisesta. Kasvavien energiatehokkuusvaateiden vuoksi rakennusten eristyskykyä on pyritty ja pyritään edelleen kasvattamaan myös tulevaisuudessa. Nämä tekijät ovat vieneet asuintalojen kehitystä kohti energiatehokkaampia ratkaisuja, jotka perustuvat pitkälti metallikerroksien sekä erilaisten metalliseoksien käyttöön. Tämä on kuitenkin langattomassa viestinnässä käytettävien radiotaajuisten signaalien kannalta ongelmallista, koska ne eivät pysty läpäisemään metallikerrosta hyvin. Tämän seurauksena langattomien palvelujen saatavuus heikkenee erittäin tiiviisti rakennetuissa asuintaloissa. Ongelmat korostuvat entuudestaan mikäli rakentamisessa on käytetty jotain metallipohjaisia rakennusmateriaaleja. Raportissa esitettyjen mittaustulosten perusteella uusien rakennusmateriaalien kuten energiatehokkaiden ikkunoiden (selektiivilasit) ja alumiinipohjaisten polyuretaanilevyjen vaimennukset materiaaleina ovat merkittäviä, varsinkin yleisesti käytettävillä matkaviestintaajuuksilla (900MHz, 2100 MHz). Esimerkiksi 2100 MHz taajuudella eristelevyjen sekä ikkunoiden RF-vaimennukset voivat olla jopa 40 dB. Toisien sanoen, signaalitaso vaimenee 10 000 osaan alkuperäisestä. Asuintaloissa taloissa tehtyjen mittausten perusteella havaittiin noin 10 - 20 dB (eli 10 - 100 -kertaisesti) enemmän vaimennusta 2100 MHz taajuuksilla verrattuna vanhojen standardien perusteella rakennettuun tiilivuorattuun pientaloon. Näiden lisävaimennusten myötä operaattorit joutuvatkin vaikeuksiin asiakkaidensa kanssa kuuluvuusongelmien vuoksi. Langattomien järjestelmien tukiasemaverkosto tulee tulevaisuudessa kasvavaan ja osittain parantamaan kuuluvuutta vaikka rakennusten RF-vaimennukset kasvatkin. Esimerkiksi käsillä olevan mobiilidatan räjähdysmäinen kasvu ajaa operaattoreita keskittymään erityisratkaisuihin kuuluvuuden ja verkon kapasiteetin suhteen. Käytännössä tämä tarkoittaa erilaisen kotitukiasemien ja sisäverkkoratkaisujen lukumääräistä kasvua. Tämä ei valitettavasti yksin riitä ratkaisemaan ongelmaa, varsinkaan yleiskuuluvuuden osalta. Yhtenä keskeisenä ratkaisuna nähdäänkin rakenteisiin tehtävät muutokset; joko rakennusmateriaalien valmistusvaiheessa tai sitten jälkiasennuksena. Tämä puolestaan vaatii muutoksia rakennussäädöksiin ja lainsäädäntöön, jota kautta pystyttäisiin vaikuttamaan rakennuselementtien valmistusprosesseihin.publishedVersio

RF Attenuation Measurements for Energy Efficient Buildings

Tiukentuneiden energiansäästötavoitteiden vuoksi Suomessa rakennetaan entistä energiatehokkaampia taloja. Tämä tarkoittaa käytännössä eristepaksuuden kasvattamista eli entistä paksumpia seinärakenteita sekä selektiivikalvojen asentamista rakennusten ikkunoihin. Samalla mobiiliverkoissa uusien verkkotekniikoiden myötä on siirrytty käyttämään entistä korkeampia taajuusalueita, joiden kyky läpäistä rakenteita on entistä heikompi. Näiden seikkojen yhteisvaikutuksena mobiiliverkkojen kuuluvuus uusissa rakennuksissa on paikoin romahtanut. Asian vakavuuteen on kiinnitetty huomiota vasta kun asukkaat ovat alkaneet huomata ongelmia puhelin- ja tiedonsiirtoyhteyksissään. Tässä diplomityössä tutkitaan kuuluvuusongelmia kirjallisuuskatsauksen muodossa, kartoitetaan ratkaisuvaihtoehtoja sekä esitellään uusia mittaustuloksia uusien ja vanhojen talojen signaalitasoista. Mittaussarjassa mitattiin kymmenien kohteiden sisä- ja ulkosignaalitasoa lähinnä GSM900- ja UMTS2100-tekniikoilla. Mittaustulosten perusteella uusien kerrostalojen sisäsignaalitaso on keskimäärin noin 13 dB alhaisempi kuin vanhoissa kerrostaloissa. Samansuuntaisia tuloksia saatiin rivitalojen kohdalla. Tämän lisäksi uusissa julkisissa rakennuksissa ja ostoskeskuksissa on mittaustulosten perusteella suuria kuuluvuusongelmia, jos sisätukiasemia ei ole käytössä tai ulkotukiasema ei ole rakennuksen välittömässä läheisyydessä. Sisäkuuluvuutta rakennuksissa voidaan paikallisesti parantaa monin eri tavoin kuten poistamalla selektiivikalvo ikkunoista tai käyttämällä taajuusselektiivistä pintaa selektiivikalvossa, sekä passiivisia antenniratkaisuja hyödyntämällä. Koko talon kuuluvuuden parantamiseksi tarvitaan rakennukseen sisäverkko tai voidaan hyödyntää esimerkiksi kotitukiasemia