面向5G的毫米波技術(shù)

孫振華 李剛

摘要

在現(xiàn)階段，伴隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)也逐步發(fā)展起來了，在我國的有關(guān)技術(shù)企業(yè)開始對SG網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，同時獲得了很大的進(jìn)展。因此，本文圍繞毫米波技術(shù)，對面向5G的毫米波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與天線進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】5G技術(shù) 毫米波 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

根據(jù)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(wěn)定，適宜在密集且范圍較小的區(qū)域中構(gòu)建。此次研究就面向5G的毫米波技術(shù)展開了分析與論述。

1 毫米波技術(shù)概述

大氣里面的氮?dú)庹剂巳种?，而氧氣僅占了三分之一，余留的是少數(shù)稀有氣體與水蒸氣等。因?yàn)榇髿饫锩嫣N(yùn)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(xiàn)象會導(dǎo)致波能量耗損，降低傳輸效率，同時可能會造成數(shù)據(jù)紊亂等問題。對于這樣的情況，研究人員發(fā)現(xiàn)，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(shè)毫米波的時候，應(yīng)當(dāng)防止使用者三個頻率的波。除此以外，相關(guān)人員通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，頻率毫米波在傳輸時效果非常好，所以可建設(shè)較多的4個頻率的波長。

毫米波衰減是因?yàn)樵馐艿綔貪穸鹊挠绊?，將地面溫度設(shè)定成15℃，濕度設(shè)定為11，根據(jù)公式測出毫米波衰減伴隨頻率增大而增大。因?yàn)楹撩撞ǖ挚垢蓴_的能力比較強(qiáng)，同時傳播速度快，在很早以前就有學(xué)者研究了毫米波，并且經(jīng)過多年研究得到了一定的進(jìn)展。在1990年，對于毫米波的研究得到了非常大的技術(shù)突破，致使毫米波被運(yùn)用在通訊以及國防技術(shù)中。到了二十一世紀(jì)，5G的誕生，人們把5G發(fā)展趨向和毫米波技術(shù)相結(jié)合，所以，可思考將毫米波在5G網(wǎng)絡(luò)中使用。

2 面向5G的毫米波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

建成5G后，5G網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力，極強(qiáng)的穩(wěn)定性以及大范圍的覆蓋率給大數(shù)據(jù)時代帶來了很多的好處，在部分建設(shè)好的地區(qū)可以時用戶體驗(yàn)到10M/S及以上的傳輸速率，通過網(wǎng)絡(luò)給社會發(fā)展與人們提供保障。有關(guān)事實(shí)表明，對于LTE覆蓋范圍不大的這一個問題，通過5G可以進(jìn)行大范圍覆蓋，處理該問題?？墒且?yàn)?G建設(shè)初步階段需挑選合適的地址，建設(shè)對應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，同時在后期保養(yǎng)成本高，因而，在當(dāng)前還在進(jìn)行理論試驗(yàn)，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(fā)展?；诖耍蓪⒒A(chǔ)機(jī)構(gòu)建設(shè)為美觀的形式，給沒有環(huán)境提供助力。按照建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)行科學(xué)部署，這樣就可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)。

在通信層面，數(shù)據(jù)與信令能夠起到不一樣的作用。數(shù)據(jù)經(jīng)過專門通道由一個終端傳輸?shù)搅硗獾囊粋€終端。信令需在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)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(tǒng)里面，信令與數(shù)據(jù)具備各自不一樣的傳輸渠道，建成系統(tǒng)后，LTE可以運(yùn)輸不一樣的信令。在5G系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)計將數(shù)據(jù)與信令分離的傳輸形式，可以處理好在LTE內(nèi)信令占據(jù)過多資源的情況，進(jìn)而提升傳輸?shù)男省?/p>

3 面向5G的毫米波天線

3.1 毫米波天線的特點(diǎn)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(shù);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(biāo)準(zhǔn)波束角就是天線輻射波束能量降低到3dB的位置對應(yīng)的夾角，這一公式就是：，從這里可以了解到，在別的條件不產(chǎn)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(shù)取值是在0.5到0.8之間，假設(shè)以8發(fā)射天線作為例子，通過LTE的8發(fā)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(yīng)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?yàn)樵鲆鎲挝蝗B，計算公式：結(jié)果需要進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shè)基站天線參數(shù)取8發(fā)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(shù)取智能手機(jī)4發(fā)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(yīng)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(jù)以上參數(shù)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(shù)，并且二者差異性較大，特別是波束角反映出了毫米波準(zhǔn)光學(xué)傳播特點(diǎn)。明顯可以發(fā)現(xiàn)，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(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

在現(xiàn)代化社會中，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展帶動了5G技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，毫米波技術(shù)在未來發(fā)展過程中也一定會變成主要的工具?？墒?，現(xiàn)如今，因?yàn)楹撩撞▊鞑サ姆懂犛邢?，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸，伴隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，該問題也可以有效解決，進(jìn)而給5G的到來奠定基礎(chǔ)。毫米波具備一定的穩(wěn)定性，能夠給5G技術(shù)研究提供參照，整體而言，要使5G技術(shù)更加成熟，就需要通過毫米波技術(shù)，與創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)，研制出新型的技術(shù)在5G中使用。

參考文獻(xiàn)

[1]洪偉，余超，陳繼新.毫米波與太赫茲技術(shù)[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2016，46（08）：1086-1107.

[2]應(yīng)祥岳，徐鐵峰，劉太君.基于雙平行MZM和HNLF四波混頻效應(yīng)的24倍頻光生毫米波技術(shù)[J].光電子·激光，2016，27（08）：814-818.

[3]劉麗，徐鐵峰，戴振祥.四波混頻光生毫米波技術(shù)研究進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2016，53（05）：7-17.