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雨雾天气会影响5G吗？资料下载
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2021-04-27
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有些恶劣天气会影响到无线通信，但具体事件要具体分析，这里经常被问的三种恶劣天气：暴雨、大雾以及大气波导，而5G系统也分低频和高频两个频段，首先来分析暴雨是否对5G有影响。
在5G无线网络规划的时候，会考虑雨衰的余量，雨衰是指电波进入雨层中引起的衰减。它包括雨粒吸收引起的衰减和雨粒散射引起的衰减：雨粒吸收引起的衰减是由于雨粒具有介质损耗引起的，大部分表现为热损耗；雨粒散射引起的衰减是由于电波碰到雨粒时被雨粒反射而再反射引起的，这种二次发射的电波与入射波方向无关，是四面八方发射的，即所谓的二次散射。由于二次散射，在原来的方向上入射的电波就被衰减了。
实际上雨粒有大有小，而作为介质，无论雨粒大小它都要吸收能量的。所以根据实测与统计的结果，雨粒的吸收衰减比散射衰减要大。当电波的波长可以和雨粒的几何尺寸相比拟时，将引起雨粒共振，则产生最大的衰减。也就是说无线频率越高，波长越短，因而雨衰影响就越大。
电波波长与雨量衰减关系
雨衰的大小与雨滴直径与波长的比值有着可比性关系，而雨滴的半径则与降雨率有关。目前运营商主用的C-Band（3.5Ghz&4.9Ghz）的电波波长在6cm~8.6cm左右，与雨滴半径相差较大，受降雨影响较小，一般小于2dB。因此6Ghz以下的频谱，在做链路预算的时候，可以忽略雨衰的直接影响。
降雨量定义
而FR2高频28Ghz频段内电波的波长在1cm左右，不容易穿透乌云及雨水，降雨对电波产生的吸收衰减与散射衰减影响会比较明显，最大可达20dB，尤其对于高频的微波传输时，频率越高，波长越短，影响越大。
回到现实生活的4G网络中，为什么在暴雨天气的用户体验对比平时会差一些呢？主要原因更多是天气情况导致用户场景发生变化：
在暴雨天，多数人使用网络的机会通常会增加。上网的人变多，不管移动上网或是有线宽带上完都容易造成网络拥塞，或是网站拥挤导致网络连线时间过长而发生超时现象。网络拥塞，通常是下雨天上网变慢最主要的元凶；
其次在暴雨天，无线基站天面射频接口因工艺与连接问题导致受潮进水，从而也会影响该无线基站覆盖区域用户业务体验变差。在防水工艺不到位时，采用铜质接口的部分容易与湿空气接触，进而氧化产生铜锈，因此会造成信号传输的不良状况。没有下雨时，连接网络大约在2ms到20ms间，可要遇到下雨线路不稳，就可能变为100ms以上；
再次在大雨天，另外一个间接的影响就是多径效应，下雨后的地面和室外的物体都会呈现出比晴日更好的反射，因此多径会比平时更多更复杂，从而改变原有的信号辐射场景，间接影响无线覆盖性能。
这里提到雨水跟无线电波传输损耗之前的关系，生活中会联想到微波炉的加热原理，我们都知道微波炉通过食物中的水分子产生热量来从内向外完成食物加热的过程，其加热使用的电波是2450Mhz这段频段，靠近WIFI 2.4Ghz，属于非授权频段。含有水分的食物内有极性分子在没有外加电场时不显示极性，如果将这种介质放在外加电场中，每个极性分子会沿着电场力的方向形成有序排列，并在电介质表面会感应出相反的电荷，这一过程称为极化。微波炉外加电场越强，极化作用也越强。当外加电场改变方向时，极性分子也随之以相反的方向形成有序排列。若外加的是交变电场和磁场，极性分子将被反复交变磁化，交变电场的频率越高，极性分子反复转向的极化也就越快。
微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，通过炉内的电子真空管——磁控管，产生2450Mhz的超短电磁波，通过微波传导元件——波导管，发射到炉内各处，通过发射、传导、被食物吸收，引起食物内的极性分子（如水、脂肪、蛋白质、糖等）以每秒24.5亿次的极高速振动。此时，分子热运动的动能增大，也就是热量增加，食物的温度也随之升高，便完成了电磁能向热能的转换。
水分子极化运动摩擦产生热能
总结起来，电磁波造成水分子摩擦转换成热能的基本前提条件有两个：首先有不泄露电磁波的局限空间，其次要不断通过反射让食物吸收电磁波而引起水分子极化振动。那么在室外暴雨天环境下，很难创造这个局限、不断反射吸收的环境，而且室外雨滴是运动的，并非一直静止状态被电磁波极化，所以在室外无线通信系统中，通过微波加热原理来解释雨衰的根据并不是很充分。
以上分析雨雾天气通过对高频无线电波造成传播损耗而导致网络覆盖变差，还有一种自然气象与雨雾天气对电磁波影响的原因恰恰相反，因其对电磁波传播损耗过小而实现超远距离传播，也会对5G网络覆盖性能造成一定影响，那就是大气波导。摘自百度百科的“由于对流层中存在逆温或水汽随高度急剧变小的层次，在该层中电波形成超折射传播，大部分电波辐射被限制在这一层内，类似于在波导中传播”，如下图所示：
大气波导效应
TDD系统上下行时分复用，通过设置保护间隔（GP）避免下行干扰上行。大气波导发生时，远端基站的下行信号经数十或数百公里的超远距离传输后仍具有较高强度，信号传播时延超过GP长度，落入近端基站上行接收窗内，造成TDD系统严重的上行干扰。
一年之内除了冬季，大气波导发生季节、时段跨度非常之长，唯一值得庆幸的是，大气波导多发为夜间，话务少影响相对小。目前TDD LTE主要通过回退3:9:2特殊子帧配比、错频组网覆盖、电调天线压下倾角以及降功率等方式来减少干扰。5G TDD波段采用同样的时分GP机制来进行上下行保护隔离，同时在5G网络中应用AAU实现数字天空计划，实现无人机的200米空域覆盖层，那么在沿海大气波导影响较严重的区域，这种干扰可能很难通过压制下倾角来避免。
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