Resultados empíricos de la atenuación causada por obstrucción humana en canales inalámbricos a 2.4 GHz Y 18 GHz

Abstract

El desarrollo de las futuras redes de quinta (5G) y sexta generación (6G) invita a evaluar el aprovechamiento de bandas centimétricas (p. ej., 18 GHz), donde la obstrucción humana degrada la viabilidad de los enlaces con línea de vista directa (LoS). Este estudio presenta una caracterización empírica y estocástica del bloqueo humano, comparando enlaces punto a punto a 2,4 GHz y 18 GHz en un entorno semi-exterior mediante cruces controlados y tráfico aleatorio. Los resultados evidencian diferencias significativas en los mecanismos de propagación de ambas bandas. A 2,4 GHz, la difracción mitiga la atenuación; el análisis predictivo demuestra que las pérdidas se saturan de forma logarítmica a partir de una densidad de cuatro peatones simultáneos. En contraste, a 18 GHz, el cuerpo humano actúa como un obstáculo altamente atenuante que bloquea por completo la estrecha primera zona de Fresnel, provocando caídas de señal abruptas superiores a 30 dB. Respecto a la caracterización temporal, los eventos de sombra (SE) a 18 GHz presentan una menor duración debido a lo estrecho del haz, pero con una mayor profundidad respecto a los de 2,4 GHz. Al evaluar el tráfico aleatorio, la distribución Log-Normal logra ajustarse de forma consistente a las variables temporales (duración de ráfagas y tiempo de canal despejado) en ambas frecuencias. Sin embargo, para modelar la atenuación máxima a 18 GHz, la distribución Log-Normal no se ajusta; en su lugar, de las distribuciones teóricas evaluadas, la de Weibull fue la que mejor se adaptó a los datos empíricos. Finalmente, la alta recurrencia de los bloqueos induce tasas de indisponibilidad (UR) críticas que superan el 35% en escenarios de alta densidad peatonal para ambas bandas. Se concluye que el diseño de enlaces en estas frecuencias debe basarse en estos modelos estocásticos para dimensionar adecuadamente los márgenes de desvanecimiento.

The deployment of 5G and 6G networks demands the exploitation of centimeter-wave bands (e.g., 18 GHz), where human blockage degrades the viability of line-of-sight (LoS) links. This study presents an empirical and stochastic characterization of pedestrian blockage, comparing point-to-point links at 2.4 GHz and 18 GHz in a semi-outdoor environment through controlled crossings and random traffic. The results show significant differences in the propagation mechanisms of both bands. At 2.4 GHz, diffraction mitigates attenuation; predictive analysis demonstrates that losses saturate logarithmically starting from a density of four simultaneous pedestrians. In contrast, at 18 GHz, the human body acts as a highly attenuating obstacle that completely blocks the narrow first Fresnel zone, causing abrupt signal drops exceeding 30 dB. Regarding temporal characterization, shadowing events (SE) at 18 GHz present a shorter duration due to the narrow beamwidth, but with greater depth compared to those at 2.4 GHz. When evaluating random traffic, the Log-Normal distribution consistently fits the temporal variables (burst duration and clear channel time) at both frequencies. However, to model the maximum attenuation at 18 GHz, the Log-Normal distribution does not fit; instead, among the evaluated theoretical distributions, the Weibull distribution best adapted to the empirical data. Finally, the high recurrence of blockages induces critical unavailability rates (UR) exceeding 35% in dense scenarios for both bands. It is concluded that link design at these frequencies must rely on these stochastic models to adequately dimension fading margins.