面向5G的毫米波技术应用研究

◆倪 琨

(中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司 江苏 210019)

0 前言

波长在1-10mm，频率在30-300GHz的微波称为毫米波。从毫米波的通信特点可以看除，其通信方式与光通信都是属于波长较短，频率很高的通信方式，因此也就有与光通信差不多的性能。毫米波在使用的过程中容易受到大气的吸收而衰减，但是因为其波长短，所以传输很稳定，比较适合在密集的、小范围的区域建设。本文以毫米波作为研究对象，阐述面下个5G毫米波的传输特点，为未来大范围建设5G网络提供参考。

1 毫米波通信技术简介

我们知道，大气中氮气约占八成，氧气约占两成，剩下的就是一些稀有气体和水蒸气之类的。由于大气中含有极化的氧分子，所以毫米波大气中传输的过程中容易被吸收掉，这种被吸收的现象就会使得波的能量损失，导致传输效率低，并且可能会造成数据紊乱等。针对这种现象，研究人员发现，有几个特殊频率的波在传输过程中会造成损失(60GHz、119GHz和 183GHz)，也有几个频率的波在传输的过程中效果很好，几乎没有损失(35GHz、94GHz、140GHz和220GHz)。因此，在毫米波建设的过程中要避免使用者三种频率的波。此外，还在试验中发现，频率的毫米波在传输的过程中效果较好，因此可多多建设这四个频率的波长。如图1所示为毫米波的衰减曲线。

图1 毫米波在空气中的衰减趋势

毫米波的衰减受到温度和湿度的影响，把地面温度设置在15摄氏度，湿度为11，再结合公式测得毫米波的衰减随着频率的增加而增加。由于毫米波的抗干扰能力强且传播速度快，1920年左右就有学者开始了毫米波的研究，1950年取得了较大的进展。到了1990年左右，毫米波的研究已经取得了较大的技术突破，使得毫米波广泛应用在国防和通信技术上。现如今5G时代慢慢到来，毫米波的相关技术与5G的发展方向很契合，因此可以考虑把毫米波技术应用到5G网络之中。

2 面向5G的毫米波网络架构分析

5G网络建成之后，其强大的数据传输能力，广阔的覆盖率和稳定性会为现如今大数据时代带来福利，在一些建设成功的地区可以让用户体验到10M/s以上的传输速度，真正利用网络为社会发展和人民幸福提供保障。事实证明，针对LTE覆盖率小的问题，采用5G网络能做到深度覆盖的地步，解决LTE的相关问题。但是由于建设5G的基础阶段需要选择合适的地址，建设相应的基础设备，并且在后期保养的费用很高，所以，现阶段还矗立理论试验，并未真正投入到使用当中。所以，5G英超这小型化和集成化的方向发展。在做到这些的基础上，可以把基础机构建设成美观的形式，还可以为环境美化提供一定的助力。可以根据具体的建设情况具体设计，做出合理的部署，并且能在一定上节约经济。

图2 5G架构框图

在通信方面，信令和数据起着不同的作用。数据通过专门的通道从一个终端传输到另一个终端。而信令需要在网络中经过一系列的传输，并且在传输的过程中可能还要经过处理才会最终起作用。在通信系统中，数据和信令拥有各自不同的传输通道，在系统建成之后，LTE将能运输起不同的信令。在5G系统中可以设计除把信令和数据分开的传输方式，这样不仅能解决LTE中信令占据大量资源的现象，还能够提高传输效率。

3 面向5G的毫米波天线分析

毫米波天线具有高天线增益和小天线波束角两个特性。起增

益可按下式计算：

其中：

η——孔径系数

D——尺寸

A——面积

c——光速

λ——波长

f——频率

同理波束角可按下式计算：

有公式可以看出，其增益与频率的平方成正比，波束角与频率成反比。在通常情况下η取0.5-0.8。以智能手机4天线为例，则η=0.6，D=6 cm=0.06 m，A=36 cm2=0.0036 m2，根据上述两个式子可求出增益和波束角如表1所示。

表1 天线计算参数

由表1可知，两种用途的天线，其参数差别很大，但是从波束角的角度来说，毫米波可以为5G网络的建设提供技术支持。就目前的发展形势来看，毫米波已经应用的很成熟，随着科技的不断进步，5G时代必然来临，而毫米波加护必将成为5G时代的重要建设基础。

4 结束语

随着5G技术的不断发展，毫米波技术必将成为重要工具。但是由于其传播范围受限，不能远距离传输，随着科技的不断进步，此问题也将会被解决，为5G时代的来临打下坚实基础。其稳定性优点可为5G技术的研究提供参考，总的来说，要想发展成熟的5G技术，不仅要借鉴毫米波的技术，还需要科技的继续创新，从而研究出一套新的技术应用到5G上。

[1]5G愿景与需求（白皮书）［EB/OL］，2016.

[2]5G网络技术架构（白皮书）［EB/OL］，2016.

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