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

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

Radio Signal Propagation and Attenuation Measurements for Modern Residential Buildings

acceptedVersionPeer reviewe

Impact of modern construction materials on radio signal propagation: Practical measurements and network planning aspects

acceptedVersionPeer reviewe

Impact of Plastering Mesh on Radio Propagation : Practical RF Measurements and Basic Principles

As apartment buildings age, the exterior walls usually have to be repaired after about 40-60 years. In the case of exterior wall renovations of apartment block, the old facade is usually completely renovated and the new surface is based on plastering. Plastering is used as a outermost facade surface especially in major overhaul cases, where energy efficiency is improved by increasing the thickness of the insulation layer. However, plastering can add surprising increment the radio signal attenuation caused by the exterior wall. The reason for this is the iron mesh used to support plastering. That mesh attenuates the signals of wireless systems, especially at low frequencies. In this study, it has been shown that the plastering mesh acts as a high pass filter and can double the wall overall attenuation at frequencies below 1 GHz used by cellular networks.publishedVersio

Impact of Plastering Mesh on Radio Propagation: Practical RF Measurements and Basic Principles

As apartment buildings age, the exterior walls usually have to be repaired after about 40-60 years. In the case of exterior wall renovations of apartment block, the old facade is usually completely renovated and the new surface is based on plastering. Plastering is used as a outermost facade surface especially in major overhaul cases, where energy efficiency is improved by increasing the thickness of the insulation layer. However, plastering can add surprising increment the radio signal attenuation caused by the exterior wall. The reason for this is the iron mesh used to support plastering. That mesh attenuates the signals of wireless systems, especially at low frequencies. In this study, it has been shown that the plastering mesh acts as a high pass filter and can double the wall overall attenuation at frequencies below 1 GHz used by cellular networks.publishedVersio

Impact of concrete moisture on radio propagation:Fundamentals and measurements of concrete samples

Since 1960’s concrete based wall panel systems have become more popular especially in multi-storey residential buildings. The main components of concrete are water, cement and aggregates and especially water-to-cement ratio has a significant influence on the pore structure of the concrete and therefore, on its electrical properties. This paper presents a study where the effect of moisture on the RF attenuation of the outermost concrete sandwich element is examined based on material samples. The frequency range used in the measurements was 7 GHz to 13 GHz, but the results are expandable for other frequencies based on the stable permittivity value. In particular, at higher frequencies, the attenuation of concrete layer increases rapidly and already at lower frequencies of 5th Generation (5G) networks, the wetting of the outermost layer of the concrete element can cause an 6-12 dB additional signal attenuation.acceptedVersionPeer reviewe

Window and wall penetration loss on-site measurements with three methods

Three methods suitable for on-site window and wall penetration loss measurements are presented and compared. The methods are (i) outdoor-to-indoor channel measurement, (ii) far-field penetration loss measurement, and (iii) near-field penetration loss measurement. It is shown that the different methods give similar penetration loss results. The measured window exhibits bandstop characteristics due to the internal reflections in the periodic structure of the triple-layer window. The brick wall has penetration loss that increases as a function of the frequency.Peer reviewe