面向5G的毫米波技術

孫振華 李剛

摘要

在現階段，伴隨著科學技術的持續發展，5G網絡也逐步發展起來了，在我國的有關技術企業開始對SG網絡進行研究，同時獲得了很大的進展。因此，本文圍繞毫米波技術，對面向5G的毫米波網絡構架與天線進行了討論。

【關鍵詞】5G技術 毫米波 網絡構架

根據毫米波通信特征可以了解到，毫米波通信方法和光通信均是波長短，高頻率的一種通信方法，所以其存在和光通信方法相似的性能。毫米波在采用的時候易于遭受到大氣吸收而銳減，可是由于毫米波的波長較短，因此傳輸比較穩定，適宜在密集且范圍較小的區域中構建。此次研究就面向5G的毫米波技術展開了分析與論述。

1 毫米波技術概述

大氣里面的氮氣占了三分之二，而氧氣僅占了三分之一，余留的是少數稀有氣體與水蒸氣等。因為大氣里面蘊藏了極化氧分子，因此毫米波大氣傳輸時易于被吸收，此種被吸收的現象會導致波能量耗損，降低傳輸效率，同時可能會造成數據紊亂等問題。對于這樣的情況，研究人員發現，幾個特殊頻率的波在傳輸時會帶來損失，即60GHz、119GHz、183GHz，與此同時，還有些頻率的波在傳輸時效果較好，大體上是不會有損失的，即35GHz、140GHz、220GHz。所以，建設毫米波的時候，應當防止使用者三個頻率的波。除此以外，相關人員通過試驗發現，頻率毫米波在傳輸時效果非常好，所以可建設較多的4個頻率的波長。

毫米波衰減是因為遭受到溫濕度的影響，將地面溫度設定成15℃，濕度設定為11，根據公式測出毫米波衰減伴隨頻率增大而增大。因為毫米波抵抗干擾的能力比較強，同時傳播速度快，在很早以前就有學者研究了毫米波，并且經過多年研究得到了一定的進展。在1990年，對于毫米波的研究得到了非常大的技術突破，致使毫米波被運用在通訊以及國防技術中。到了二十一世紀，5G的誕生，人們把5G發展趨向和毫米波技術相結合，所以，可思考將毫米波在5G網絡中使用。

2 面向5G的毫米波網絡構架

建成5G后，5G網絡強大的數據傳輸能力，極強的穩定性以及大范圍的覆蓋率給大數據時代帶來了很多的好處，在部分建設好的地區可以時用戶體驗到10M/S及以上的傳輸速率，通過網絡給社會發展與人們提供保障。有關事實表明，對于LTE覆蓋范圍不大的這一個問題，通過5G可以進行大范圍覆蓋，處理該問題。可是因為5G建設初步階段需挑選合適的地址，建設對應的基礎設施，同時在后期保養成本高，因而，在當前還在進行理論試驗，沒有真正投入使用。因此，5G英超向著小型與集成化的趨勢發展。基于此，可將基礎機構建設為美觀的形式，給沒有環境提供助力。按照建設的實際情況進行設計，進行科學部署，這樣就可以節省經濟。

在通信層面，數據與信令能夠起到不一樣的作用。數據經過專門通道由一個終端傳輸到另外的一個終端。信令需在網絡中經過各種傳輸，同時在傳輸時可能需要通過處理才可起到最大作用。在通訊系統里面，信令與數據具備各自不一樣的傳輸渠道，建成系統后，LTE可以運輸不一樣的信令。在5G系統內的設計將數據與信令分離的傳輸形式，可以處理好在LTE內信令占據過多資源的情況，進而提升傳輸的效率。

3 面向5G的毫米波天線

3.1 毫米波天線的特點就是小天線波束角與高天線增益

按照微波理論，天線增益是天線在特定方向中輻射立體角度中的能量和天線在全部方向中的輻射立體角中能量的比率，其計算的公式就是：在這個計算公式里面，η表示的是天線的孔徑系數;而D表示的是天線的尺寸;A代表的是天線的面積;c代表的是光的速度;λ代表的是波長;最后f表示的是頻率。同樣的道理，天線標準波束角就是天線輻射波束能量降低到3dB的位置對應的夾角，這一公式就是：，從這里可以了解到，在別的條件不產生變化的過程中，頻率越高，而天線增益就更大，那么天線的波束角就更小。通常情況下，毫米波的天線孔徑系數取值是在0.5到0.8之間，假設以8發射天線作為例子，通過LTE的8發射天線面積A等于0.45平方米作為參照，取η等于0.6，D等于0.5米，頻率覆蓋的范疇取整個毫米波段f等于30到300GHz，那么對應的天線增益與天線波束角和頻率的曲線見圖1。在這里需要注意到，因為增益單位取dB，計算公式：結果需要進行轉換。

3.2 對比LTE主頻天線和毫米波天線之間的差別

LTE主頻率是2.35GHz，波長是1.27dm，其歸屬于分米波通信。毫米波使用第一透明窗主頻率35GHzo假設基站天線參數取8發射天線，那么A就等于0.45平方米，而η等于0.5，D等于0.5米。終端參數取智能手機4發射天線，那么A就等于36平方米等于0.0036平方米，而η等于0.6，D等于6厘米。按照計算公式得到毫米波與LTE對應的基站天線和終端天線增益與波束角就是毫米波35GHz，基站天線與終端天線增益為46.6與25G/dB，波束角φ/°就是1.2與10;LTE2-35GHz，基站天線與終端天線增益就是23.2與2.2G/dB，波束角φ/°就是17.9與149。根據以上參數可以了解到，毫米波和LTE不管是基站還是終端天線，只有天線增益與波束角兩個參數，并且二者差異性較大，特別是波束角反映出了毫米波準光學傳播特點。明顯可以發現，毫米波窄波束與高增益所帶來的抗干擾性以及分辨率是很高的，可以給5G網絡合理避免視距通訊里面的傳播消耗，以此提升天線傳輸效率。

4 結束語

在現代化社會中，經濟的持續發展帶動了5G技術的持續發展，毫米波技術在未來發展過程中也一定會變成主要的工具。可是，現如今，因為毫米波傳播的范疇有限，無法進行遠距離的傳輸，伴隨科學技術的進步，該問題也可以有效解決，進而給5G的到來奠定基礎。毫米波具備一定的穩定性，能夠給5G技術研究提供參照，整體而言，要使5G技術更加成熟，就需要通過毫米波技術，與創新科學技術，研制出新型的技術在5G中使用。

參考文獻

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