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揭秘5G毫米波那点事:3大天然缺点

未来的流量需求很疯狂,根据香农定理,毫米波有足够的带宽,成为5G无线的必然。

毫米波将应用于未来Small Cells和网络回传。有机构预测,到2019年,毫米波将替代20%的LTE回传,大大节省昂贵的光纤网络部署。

这几天,各大厂家关于毫米波的好消息纷至沓来,包括华为在温哥华完成毫米波外场测试,爱立信与at&t公开演示毫米波可行性,高通发布支持28GHz毫米波的5G基带等。

什么叫毫米波?严格的讲,毫米波频率为30GHz至300GHz,对应波长分别为10mm到1mm。在移动通信领域,通常把24GHz-100GHz称为5G毫米波。

关于毫米波,一直以来争论不休,主要的焦点集中在毫米波的天然缺点:信号衰耗大、易受阻挡、覆盖距离短等。

但,这些问题是可以克服的。

不懂气象知识的工程师不是好通信工程师

无线信号通过大气传播时,由于无线信号的吸收和散射,会产生信号衰减,我们用dB/km来定义信号的衰减程度。

通常认为,无线信号频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近。但是,在毫米波这里有些例外。

毫米波在大气传播中主要受氧气、湿度、雾和雨的影响。

● 氧气

关于氧气的影响也不是一概而论的,不同毫米波波段受氧气的影响是不一样的。比如,60GHz必须承受约20dB/km的氧气吸收损耗,而28GHz、38GHz与73GHz情况就好多了,这也正是目前一些运营商将28GHz定为主要测试对象的原因。

揭秘5G毫米波那点事:3大天然缺点
▲毫米波频率范围的大气吸收率(以dB/km为单位)

● 湿度

相对于氧气,湿度对于毫米波的衰减影响较大。在高温和高湿度环境下,其信号在1公里内可衰减一半(3dB/km)。和湿度同理,毫米波在通过雾和云层时,也会产生衰减。

● 雨

雨是毫米波最大的敌人。极端情况下,在特大暴雨天气下(降雨强度为50毫米/小时),毫米波传播损耗可达到18.4dB/km。

所以,毫米波真正面临的最大问题是——天气。这是个靠天吃饭的家伙,但通信网络讲的是稳定可靠,靠天吃饭这种事太不靠谱,怎么办?

办法是有的,现在有请网络规划工程师闪亮登场。

虽然暴雨会引起毫米波信号大幅度衰减,但是,只要做好足够的链路预算,并不会导致毫米波数据链路中断。我们在进行网络规划时,可根据不同地区的历史最大降雨量来预算毫米波无线链路损耗,确定毫米波的最大传输距离。

也就是说,以后的网络规划工程师一定要和气象局通力合作,要收集各个地方历年降雨量历史数据,才能干好网络规划。

上知天文,下知地理,通信工程师是也。

此路不通,请绕道而行!

我们可以通过足够的链路预算克服了恶劣天气对毫米波的影响,可毫米波还有另一大硬伤——阻挡。

这硬伤很难克服,毫米波不但容易被建筑物阻挡,还会被人体本身阻挡,甚至是在手握手机时,手也能阻挡它。

揭秘5G毫米波那点事:3大天然缺点

怎么办?既然有人拦路,你绕着走不就行了。

关于绕路走,这一智慧集中体现在以下三个方面:

1、利用墙体反射,或者加装反射装置,就是用非视距(NLOS)链路替代视距(LOS)链路。这一办法的缺点是功耗大、能效低,衰减大影响传输速率,且复杂的建筑环境影响反射装置部署。

2、利用空间分集技术,在波束赋形过程中,沿着多个路径,同时发送多个波束,来减轻非视距(NLOS)衰减,提高连接稳定性,不过这增加了波束赋形处理的复杂性。更优化的办法是,引入智能波束搜索和跟踪算法,发现并切换到主导波束路径上。

揭秘5G毫米波那点事:3大天然缺点

3、利用中继节点保持连接性。部署多个中继节点,形成多跳、网状的链路结构,一旦某一节点被建筑物阻挡,可灵活选择另一个未被阻挡节点来迂回路由,保持连接可靠性。

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