走进通信:5G高频率的“蝴蝶效应”

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“蝴蝶效应”,想必太大人都听说过——在六个 动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是你是什么混沌疑问。任何事物发展均趋于稳定定数与变数,事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循,一同也趋于稳定不可测的“变数”,往往时要适得其反,六个 微小的变化能影响事物的发展,说明事物的发展具有僵化 性。

用蝴蝶效应来打比方5G频率的变化对整个通信生态造成的影响我应该 不太准确,但频率的变化的确对通信生态造成了不小的影响,这也符合蝴蝶效应中的“六个 微小的变化能影响事物的发展”,不精确,却较为符合。

5G相对4G而言,高频率的使用,是其一大特点,你是什么特点也影响了通信生态中的我应该 组成每段,包括基站、终端、MIMO等。亲戚亲戚人们先来聊一下5G的频率。

频率

现在的移动通信技术我应该 迈入了5G时代,你是什么切的基础都源自于六个 公式—波长与频率的公式(此处特指电磁波)

式中c为光速,λ是波长,v是电磁波的频率。目前三大运营商所持有的4G频率亲戚亲戚人们也都知道了,如下图:

拿中国移动来看得话,从GSM时代的900Mhz开始英语 英语 到现在LTE时代的2.6Ghz,频率的变化不可谓不大,而频率变高所带来的优势也是显而易见的,更高的接入用户数、比较慢的网络下行速率 及更低的下行速率 ,而这也恰恰的高频率的特点——频率越高,下行速率 越宽,下行速率 比较慢,当然你是什么太大 难理解。

举个例子,1Mhz—2Mhz下行速率 必须1M,我应该 1Ghz—2Ghz,其下行速率 太大 11150M,亲戚亲戚人们还是用高速路来打比方吧,下行速率 越宽,高速路车行道就太大,四车道变为八车道甚至更多,同一时间内通过的车辆就更多,意味着着网速就比较慢。

去年12月,我国三大移动运营商我应该 获得全国范围5G中低频段试验频率使用许可。

其中,中国电信获得3150MHz-31150MHz共1150MHz下行速率 的5G试验频率资源;中国移动获得2515MHz-2675MHz、41150MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源,其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和41150-4900MHz频段为新增频段,2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE(4G)频段;中国联通获得31150MHz-31500MHz共1150MHz下行速率 的5G试验频率资源。

上述频段中,中频频段有3.4-3.6GHz、4.8-5GHz六个 频段,剩下的太大 低频频段。

频率的变化引起的第六个 通信生态中的“蝴蝶效应”太大 5G的基站了,其附带的也改变了5G的网络覆盖模式。

开头的公式很明确的指出,波长=光速/频率,也太大 频率的变高直接意味着着波长的变短,这太大 5G中所说的毫米波。

亲戚亲戚人们都时要拿国际上主要使用28GHz来举个例子:

Hz是频率的单位。频率是指电脉冲,交流电波形,电磁波,声波和机械的振动周期循环时,1秒钟重复的次数。1Hz代表每秒钟周期震动1次,150Hz代表每秒周期震动150次。Hz是个很小的单位,通常在其前面加进去去K(千),M(百万),G(十亿),T(万亿)等数量级单位。

电磁波的特点是频率越高(波长越短),就越趋近于直线传播,这也意味着着其衍射能力(指波遇到障碍物时每段原先直线传播的物理疑问)就越差;5G高频率的电磁波其传播途径的路径损耗也要远大于4G,这就意味着着要达到相同的信号覆盖效果,5G基站的部署量要远多于4G,对运营商而言,又意味着着要花钱了。

基于5G的特点,4G时代的宏基站范围性覆盖我应该 变得不好使了,我应该 4G六个 宏基站都时要覆盖1150米(仅做参考说明,非实际值),到5G这里我知道你必须覆盖150米,5G比较慢的下行速率 、更宽的下行速率 及更低的下行速率 的“代价”太大 运营商时要投入更多的钱来部署更多的基站。

波长越短,天线越短

从大哥大时代的外置式手机天线到现在的内置天线,手机天线的进化史恰恰也反应了移动通信的进化历程,而这两者的关系,源于天线与波长的关系。

天线长度与频率成反比,与波长成正比,频率越高,波长越短,天线也就都时要做得越短。

一段金属导线中的交变电流要能向空间发射交替变化的感应电场和感应磁场,这太大 无线电信号的发射。相反,空间中交变的电磁场在遇到金属导线时又都时要感应出交变的电流,这对应了无线信号的接收。

在电台进行发射和接收时都希望导线中的交变电流要能有效的转加进去为空间中的电磁波,或空间中的电磁波要能最有效的转加进去导线中的交变电流。这就对用于发射和接收的导线有获取最佳转换下行速率 的要求,满足原没办法 求的用与发射和接收无线电磁波信号的导线称为天线

理论和实践证明,当天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换下行速率 最高。我应该 ,天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。假若知道对应发射和接收的中心频率就都时要用下面的公式算出对应的无线电信号的波长,再将算出的波长除以4太大 对应的最佳天线长度。

天线的变短,这就意味着着终端制造商都时要在小小的机身内在多做几根天线,从而加强信号,这太大 现在终端厂商都喜欢提的MIMO

有关MIMO,IT之家笔者在我应该 的《频段和信号什么事:浅谈LTE的MIMO多天线技术》做过全版介绍,有兴趣的都时要看一下。在此,亲戚亲戚人们来说一下5G的MIMO技术。

Massive MIMO

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)是趋于稳定发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,它与传统的信号除理法律办法的不同之趋于稳定于其一同从时间和空间六个 方面研究信号的除理疑问,从而要能在不增加下行速率 与发射功率的前提下,提高系统的数据下行速率 、减少误比特率、改善无线信号的传送质量。

Massive MIMO亲戚亲戚人们都时要将其理解为MIMO的进化版,LTE时代的MIMO多为2通道、4通道及8通道,而Massive MIMO的通道数则可达到64/128/256,几乎是指数增长了。

LTE时代的MIMO模式,在做信号覆盖时实际上只做到了水平覆盖,而Massive MIMO在其信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用,信号的辐射状是个电磁波束。太大Massive MIMO也称为3D-MIMO。

现有资料显示,Massive MIMO的优势具体有以下几点:

高复用增益和分集增益:大规模MIMO系统的空间分辨率与现有MIMO系统相比显著提高,它能深度图挖掘空间维度资源,使得基站覆盖范围内的多个用户在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站一同进行通信,提升频谱资源在多个用户之间的复用能力,从而在不时要增加基站密度和下行速率 的条件下大幅度提高频谱下行速率 。

高能量下行速率 :大规模MIMO系统可形成更窄的波束,集中辐射于更小的空间区域内,从而使基站与UE之间的射频传输链路上的能量下行速率 更高,减少基站发射功率损耗,是构建未来高能效绿色宽带无线通信系统的重要技术。

高空间分辨率:大规模MIMO系统具有更好的鲁棒性能。我应该 天线数目远大于UE数目,系统具有很高的空间自由度,系统具有很强的抗干扰能力。当基站天线数目趋于无穷时,加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响太大都时要忽略不计。

尽管Massive MIMO的优势很明显,但现阶段该技术还趋于稳定我应该 疑问亟待除理,比如:怎样安排天线?怎样建模3D频道?怎样将其应用于FDD操作?怎样从大阵列生成宽光束?怎样校准天线系统?怎样除理调度和预编码的僵化 性等。

事实上,Massive MIMO对于5G的意义,也都时要看成是对频率资源的妥协。

亲戚亲戚人们知道我应该 运营商使用低频频段我应该 中频频段,那就都时要实现天线的全向收发,大慨也都时要在六个 很宽的扇面上收发。中低频段也太大 现在LTE所使用的频段,我应该 根据工信部给三大运营商分配的5G试验频段来看,很明显,中低频的的资源是严重不足用的高频的劣势在于路径损耗大,加进去去进去国家对发射功率是有规定的,原先一来,就必须在天线上下功夫了。我应该 毫米波的再次出現,天线的尺寸进一步缩小,既然必须增加功率,那就增加天线数量吧,这太大 多天线阵列。

根据3GPPR1-136362的说法,在高频场景下,5G信号穿过建筑物的穿透损耗也会大大增加。什么因素时要增加信号覆盖的难度。有点是对于室内覆盖来说,用室外宏站覆盖室内用户变得没办法 不可行。

我应该 使用Massive MIMO(即多天线阵列),可生成高增益、可调节的赋形波束,从而明显改善信号覆盖,我应该 其波束非常窄,也都时要大大减少对附近的干扰。

不太大天线阵列也是把双刃剑。多天线阵列的大部采集射能量聚集在六个 非常窄的区域。这意味着着,使用的天线太大,波束深度图越窄。

多天线阵列的优点是,不同的波束之间,不同的用户之间的干扰比较少,我应该 不同的波束时要人个 的聚焦区域,什么区域都非常小,彼此之间不大有交集。

多天线阵列的缺点则在于系统时要用非常僵化 的算法来找到用户的准确位置,我应该 就必须精准地将波束对准你是什么用。我应该 ,波束管理和波束控制(波束赋形)对Massive MIMO的重要性就你是什么了。

总结:

实际上5G是很僵化 的,单一频率变化引起的“蝴蝶效应”我应该 多到“罄竹难书”,比如多天线是怎样保证信号不被干扰、波束赋形的作用等,我应该 有兴趣得话亲戚亲戚人们都时要下篇文章中一同探讨一下。

5G作为新技术,其前景无疑的光明的,正如“蝴蝶效应”说的那样,5G的再次出現,带动了整个系统的长期的巨大的连锁反应,比如车联网、人工智能、智慧人生城市等待的图片 。

既然没办法 ,那我应该 5G的蝴蝶翅膀可劲扑棱吧,你是什么效果,亲戚亲戚人们能承受得住。