5G-verkon kuuluvuuden takareunan tunnistaminen maasto-olosuhteissa

Abstrakti

Sekä maa- että metsätaloudessa langaton tiedonsiirto tulee näyttelemään entistä suurempaa roolia toimivan ja tehokkaan digitalisoituneen toiminnanohjausjärjestelmän perustana. Jatkuvasti kehittyvät ja nopeutuvat tietoliikenneverkot mahdollistavat reaaliaikaiseen kuvaan sekä nopeaan mittaus- ja ohjaussignaaliin perustuvat toimintatavat ja jopa etäohjausta hyödyntävät uudet teknologiset ratkaisut niin maatilojen talouskeskuksissa, peltolohkoilla kuin metsäpalstoilla. Perinteisesti uudet tehokkaaseen tiedonsiirtoon pystyvät kaupalliset langattomat tietoliikenneverkot rakennetaan kattaviksi maanteitä noudattaen. Alemman tieverkon ja etenkin yksityisteiden alueella näiden langattomien tietoliikenneverkkojen käytettävyys kuitenkin heikkene olennaisesti. Vain pieni osa maatilojen talouskeskuksista sekä peltojen ja metsälöiden pinta-alasta sijaitsee riittävän lähellä sellaista maantietä, jolle esimerkiksi 5G-verkko on kaupallisten toimijoiden puolesta rakennettu. Digitalisaation mahdollistamat tiedon keräämisestä ja käytöstä syntyvät tietoliikenneyhteyksien laatuun ja saatavuuteen liittyvät rajoitteet ja mahdollisuudet voivat muodostua tulevaisuudessa maa- ja metsätalouteen uuden merkittävän infrastruktuuritekijän perinteisten sähkö- ja tieverkojen lisäksi. 5G-verkon signaalin kantamaan vaikuttavat käytetty taajuus, lähetinteho, lähetinantennin korkeus sekä alueen pintamalliin ja vallitsevaan säätilaan liittyvät ominaisuudet. 5G-verkon signaalin kantama jää optimiolosuhteissakin 3,5 GHz:n taajuuksilla alle kilometriin ja 700 MHz:n taajuuksilla muutamiin kilometreihin. 5G-verkon signaalin etenemisvaimennus voidaan laskea eteenkin vapaassa tasaisessa tilassa ja siten kantaman perustason simulointi alueellisesti onnistuu helposti. Rakennukset, metsän puusto sekä vaihtelevat maan pinnan korkeudet vaikuttavat paljon todelliseen 5G-verkon signaalin kantamaan. Maastossa kohoavat kohdat ja rakennusten tai metsäsaarekkeiden kulmat voivat muodostaa esteitä, joiden taakse voi muodostua alueita, joilla signaalin voimakkuus heikkenee simulointimalleista poiketen tasolle, jolla 5G-verkon yhteys ei enää riitä luotettavaan ja nopeaan tiedonsiirtoon. Biotalouskampuksen Älymaatila -hankkeessa (2021–2023) selvitettiin yhtenä toimenpiteenä menetelmiä 5G-verkon kantaman toiminnallisen takarajan tunnistamiseksi kenttäolosuhteissa erilaisilla maa- ja metsätalouden kohteilla. Tutkimuskohteet sijaitsivat sekä kaupallisten toimijoiden 5G-verkkojen kuuluvuuden raja-alueilla että tutkimuskohdetta varten toteutetulla erillisverkkoratkaisulla. Sekä maan pinnan korkeuserojen vaihtelun että esimerkiksi etäohjattavan työkoneen 5G-vastaaottimen sijoituspaikan havainnollistamiseksi mittaukset toteutettiin kolmella eri korkeudella maan pinnasta. Mittausmenetelmällä pystyttiin todentamaan 5G-verkon signaalin kantamaan syntyvät peittoalueen katveet ja sen muutokset eteenkin vertikaalisesti tarkasteltaessa