5G毫米波的技术分析、使用场景及网络结构研究

3.0 闻远设计 2023-05-15 148 4 21.88KB 4 页 2光币

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5G 毫米波的技术分析、使用场景及网络结构研

究

　　摘要：在频谱资源越来越紧缺的情况下，毫米波的大带宽优势使其成为第五代移动通信技

术的重点。目前，我国 5G 建设正如火如荼的进行着。毫米波作为我国 5G 候选频段，对 5G 发

展的重要性不言而喻。本文从分析毫米波的传输特性入手，通过介绍其优劣势和

MassiveMIMO 技术的结合，进而引入 5G 毫米波在未来移动通信系统的应用场景及组网架

构，为 5G 毫米波落地实施提供参考。

　　关键词：毫米波； 5G; Massive MIMO; 超密集组网；

Abstract:With the increasingly scarce spectrum resources, the large bandwidth advantage of millimeter

wave makes it the focus of the fifth generation mobile communication technology. At present, China's

5 G construction is in full swing. As a 5 G candidate frequency band in China, millimeter wave is of

great importance to the development of 5 G. This article starts with analyzing the transmission

characteristics of millimeter wave, introduces its advantages, disadvantages and the combination of

Mossive MIMO technology, and then introduces the application scenarios and networking architecture

of 5 G millimeter wave in future mobile communication systems, providing a reference for the

implementation of 5 G millimeter wave.

Keyword:millimeter wave; 5G; Mossive MIMO; ultra-dense network;

为应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场

景，第五代移动通信技术（5G）应运而生。

移动通信发展以来，毫米波因其传播距离短和穿透性差等缺点一直被视为移动通信的"荒芜之

地".但随着技术的进步与 5G 的到来，毫米波的频谱宽、稳定性高和方向性好等优势也逐渐被

移动行业发现与利用。同时，5G 时代给予移动行业足够并且合适的 5G 频谱资源，将有效的促

进社会经济效益，也为 5G 未来持续发展指明了方向。因此，毫米波成为 5G 网络不可或缺的一

部分。

根据 3GPP 协议规定，5G 网络主要使用 FR1 频段和 FR2 频段。FR1 频段的频率范围是 450

MHz~6 GHz,又称 Sub 6 GHz 频段；FR2 频段的频率范围是 24.25~52.6 GHz,通常被称为毫米

波。目前，各运营商的 5G 网络正如火如荼的建设，且均按照我国 5G 发展策略采用 FR1 频

段。国内已批准 5G 毫米波频谱 24.75~27.5 GHz 和37~42.5 GHz 作为实验频段。5G 毫米波技术

已趋于成熟，关键技术验证已基本完成，相信 5G 毫米波商用指日可待。

　　 1　毫米波传输特性分析

1.1 毫米波劣势及解决方案

影响毫米波传播特性的因素主要有大气吸收（包括大气分子、尘埃、烟雾等悬浮物），降水

（包括雨雪雾等），以及环境（包括地面、建筑物等），再加上毫米波高频率特性，致使其传

输性能比较差，主要体现在如下 3个方面。

（1）覆盖距离短，在全向发射时这些频谱的能量发散比较快，容易衰弱，无法传播到很远。

（2）穿透性差，容易被楼宇或人体等阻挡、反射和折射，这里可以想像一下比毫米波波长更

短，频率更高的可见光，它就很难穿过大部分物体。

（3）毫米波信号衰减大，它还受限于很多空间因素，其中一个主要因素就是水分子对于这些

频谱的吸收程度很高，信号衰弱非常快。

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。

（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、能效低和衰减大，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

NLOS 衰减，提高连接稳定性，但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。

（3）利用中继节点保持连接性。部署多个中继节点，形成多跳和网状的链路结构，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。

1.2 毫米波优势

在克服毫米波劣势的同时，毫米波的技术优势也是显而易见的。

（1）极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为 26.5~300 GHz,带宽高达273.5 GHz,超过从直流

到微波全部带宽的 10 倍，配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量，适用于高速

多媒体传输业务，这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。

（2）波束窄。在相同天线尺寸下，毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12 cm 的

天线，在 9.4 GHz 时波束宽度为18°，而 94 GHz 时波束宽度仅 1.8°。因此可以分辨相距更近的

小目标或者更为清晰地观察目标的细节。

（3）安全性高。窄波束本身由于传播距离短，被远距离截获的可能性将变得更低，在通信安

全方面，也有着无可比拟的优势。

（4）方向性好。毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，传播距离短，在整个传播路径

下，毫米波信号间受到干扰的可能性将变得更小，传播的精度有所提高，使得它的定向性将会

更具优势。

此外，毫米波高频率的技术"缺陷"现如今也能成为优势。要知道频段越高，对于接收天线的尺

寸要求就会越低，这意味着对于支持毫米波的终端而言，机身内部的接收天线可以做得比以往

更小，而对于没有尺寸限制的终端，也可以在原先的技术上容纳更多的高频段天线，从而获得

更好的接收效果。

　　 2　基于 Mossive　MIMO 的5G 毫米波技术分析

众所周知，MIMO 通过空间分集、波束赋形、空间复用等技术使其具有提高系统可靠性和扩大

系统容量的技术优势，如图1所示。且随着用户对数据流量需求的爆炸性增长，基于 4G 网络

的MIMO 技术已普遍应用。MIMO 技术的升级版 Mossive MIMO 技术则是集成更多天线形成大

规模天线阵列，这就意味着基站可同时向更多用户发送、接收信号，能够更大的提高系统的容

量，同时能降低误码率，也是目前 5G 关键技术研究的一个重要组成部分。

根据毫米波的技术特性，引入 Mossive MIMO 技术不仅能克服其技术劣势，还能更好的发挥其

技术优势。一方面，由于无线通信系统中天线尺寸与信号波长成正比，毫米波的波长使得其对

应的天线尺寸大大降低，适合在基站端和接收端部署大量的天线，从而使系统获得较高的天线

阵列增益。另一方面，毫米波的频段资源分布较广，可以为通信系统提供丰富的带宽。

毫米波与 Massive MIMO 技术的完美结合因其充裕的带宽资源、更高的数据传输速率和能量效

率成为了当前通信领域的研究热点。

图1 MIMO 技术特点

　　 3　5G 毫米波的应用场景及网络结构分析

3.1 5G 毫米波应用场景分析

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摘要：

5G毫米波的技术分析、使用场景及网络结构研究　　摘要：在频谱资源越来越紧缺的情况下，毫米波的大带宽优势使其成为第五代移动通信技术的重点。目前，我国5G建设正如火如荼的进行着。毫米波作为我国5G候选频段，对5G发展的重要性不言而喻。本文从分析毫米波的传输特性入手，通过介绍其优劣势和MassiveMIMO技术的结合，进而引入5G毫米波在未来移动通信系统的应用场景及组网架构，为5G毫米波落地实施提供参考。　　关键词：毫米波；5G;MassiveMIMO;超密集组网；Abstract:Withtheincreasinglyscarcespectrumresources,thelargebandwidt...

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