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5G毫米波時代, 不懂氣象的工程師不是好通信工程師

2017-02-18 來源:微波射頻網(wǎng) 字號:

未來的流量需求很瘋狂,根據(jù)香農(nóng)定理,毫米波有足夠的帶寬,成為5G無線的必然。

 

毫米波將應(yīng)用于未來Small Cells和網(wǎng)絡(luò)回傳。有機構(gòu)預(yù)測,到2019年,毫米波將替代20%的LTE回傳,大大節(jié)省昂貴的光纖網(wǎng)絡(luò)部署。

 

什么叫毫米波?嚴格的講,毫米波頻率為30GHz至300GHz,對應(yīng)波長分別為10mm到1mm。在移動通信領(lǐng)域,通常把24GHz-100GHz稱為5G毫米波。

 

關(guān)于毫米波,一直以來爭論不休,主要的焦點集中在毫米波的天然缺點:信號衰耗大、易受阻擋、覆蓋距離短等。

 

但,這些問題是可以克服的。

 

不懂氣象知識的工程師不是好通信工程師

 

無線信號通過大氣傳播時,由于無線信號的吸收和散射,會產(chǎn)生信號衰減,我們用dB/km來定義信號的衰減程度。

 

通常認為,無線信號頻率越高,傳播損耗越大,覆蓋距離越近。但是,在毫米波這里有些例外。

 

毫米波在大氣傳播中主要受氧氣、濕度、霧和雨的影響。

 

●氧氣

 

關(guān)于氧氣的影響也不是一概而論的,不同毫米波波段受氧氣的影響是不一樣的。比如,60GHz必須承受約20dB/km的氧氣吸收損耗,而28GHz、38GHz與73GHz情況就好多了,這也正是目前一些運營商將28GHz定為主要測試對象的原因。

 

▲毫米波頻率范圍的大氣吸收率(以dB/km為單位)

 

●濕度

 

相對于氧氣,濕度對于毫米波的衰減影響較大。在高溫和高濕度環(huán)境下,其信號在1公里內(nèi)可衰減一半(3dB/km)。和濕度同理,毫米波在通過霧和云層時,也會產(chǎn)生衰減。

 

●雨

 

雨是毫米波最大的敵人。極端情況下,在特大暴雨天氣下(降雨強度為50毫米/小時),毫米波傳播損耗可達到18.4dB/km。

 

所以,毫米波真正面臨的最大問題是 —— 天氣。這是個靠天吃飯的家伙,但通信網(wǎng)絡(luò)講的是穩(wěn)定可靠,靠天吃飯這種事太不靠譜,怎么辦?

 

辦法是有的,現(xiàn)在有請網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師閃亮登場。

 

雖然暴雨會引起毫米波信號大幅度衰減,但是,只要做好足夠的鏈路預(yù)算,并不會導(dǎo)致毫米波數(shù)據(jù)鏈路中斷。我們在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時,可根據(jù)不同地區(qū)的歷史最大降雨量來預(yù)算毫米波無線鏈路損耗,確定毫米波的最大傳輸距離。

 

也就是說,以后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師一定要和氣象局通力合作,要收集各個地方歷年降雨量歷史數(shù)據(jù),才能干好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

 

上知天文,下知地理,通信工程師是也。

 

此路不通,請繞道而行!

 

我們可以通過足夠的鏈路預(yù)算克服了惡劣天氣對毫米波的影響,可毫米波還有另一大硬傷 —— 阻擋。

 

這硬傷很難克服,毫米波不但容易被建筑物阻擋,還會被人體本身阻擋,甚至是在手握手機時,手也能阻擋它。

 

 

怎么辦?既然有人攔路,你繞著走不就行了。

 

關(guān)于繞路走,這一智慧集中體現(xiàn)在以下三個方面:

 

1)利用墻體反射,或者加裝反射裝置,就是用非視距(NLOS)鏈路替代視距(LOS)鏈路。這一辦法的缺點是功耗大、能效低,衰減大影響傳輸速率,且復(fù)雜的建筑環(huán)境影響反射裝置部署。

 

2)利用空間分集技術(shù),在波束賦形過程中,沿著多個路徑,同時發(fā)送多個波束,來減輕非視距(NLOS)衰減,提高連接穩(wěn)定性,不過這增加了波束賦形處理的復(fù)雜性。更優(yōu)化的辦法是,引入智能波束搜索和跟蹤算法,發(fā)現(xiàn)并切換到主導(dǎo)波束路徑上。

 

3)利用中繼節(jié)點保持連接性。部署多個中繼節(jié)點,形成多跳、網(wǎng)狀的鏈路結(jié)構(gòu),一旦某一節(jié)點被建筑物阻擋,可靈活選擇另一個未被阻擋節(jié)點來迂回路由,保持連接可靠性。

 

 

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