5G被業(yè)界視為革命性的無線技術(shù)，但作為下一代標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之一的高頻譜要求運(yùn)營(yíng)商采用與以前截然不同的方式來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并對(duì)之前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)。

20世紀(jì)80年代的***代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)給消費(fèi)者帶來了模擬話音信道(analog voice)，90年代集成電路和數(shù)字信號(hào)處理的出現(xiàn)促使2G的出現(xiàn)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)容量。3G誕生于世紀(jì)之交，將移動(dòng)數(shù)據(jù)與語音有效結(jié)合，用戶甚至可以在回復(fù)郵件時(shí)撥打電話。2010年以后，4G的爆發(fā)提高了無線互聯(lián)網(wǎng)的速度，使得手機(jī)能夠使用各種各樣的桌面應(yīng)用。

盡管如此，通信行業(yè)和客戶之間仍然是隔離的。通信行業(yè)有有線/互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，有線電視和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，無線運(yùn)營(yíng)商和超高層應(yīng)用提供商。消費(fèi)者和企業(yè)可以從各種運(yùn)營(yíng)商和不同平臺(tái)上獲得連接，這些平臺(tái)往往不能互相交流。用戶在網(wǎng)絡(luò)中存在巨大的開銷，并且運(yùn)營(yíng)商需要分配大量資源來處理這些需求，因此信令、計(jì)費(fèi)和設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

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對(duì)于最終用戶來說，5G是連接的應(yīng)用程序生態(tài)系統(tǒng)，每個(gè)應(yīng)用程序?qū)⒏鶕?jù)所需的任務(wù)自適應(yīng)地管理數(shù)據(jù)速度、延遲和可靠性。例如，對(duì)于需要非常可靠、即時(shí)響應(yīng)的自動(dòng)駕駛汽車，5G網(wǎng)絡(luò)將提供最廣泛的高密度覆蓋、低延遲且加密的通信鏈路，而不是盲目的為汽車分配100 MHz信道，因?yàn)楦咄掏铝坎坏扔诘脱舆t且可靠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

對(duì)于服務(wù)提供商而言，5G將整合通信系統(tǒng)，以滿足最終用戶的應(yīng)用需求，如數(shù)據(jù)、語音、視頻、物聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵通信。5G將提供更高的吞吐量、超低延遲，大大提高網(wǎng)絡(luò)容量、可靠性和安全服務(wù)。

評(píng)判5G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)是什么?一般來說，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)該提供：

• 大容量：4G網(wǎng)絡(luò)的1000倍
• 超快的數(shù)據(jù)傳輸速率，是4G網(wǎng)絡(luò)的100倍
• 超低延遲，小于1毫秒

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備制造商必須創(chuàng)新技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)更高效，并部署新的無線頻譜，以支持高帶寬的需求。

毫米波用于部署5G

5G所需的高帶寬介于800MHz至2GHz之間，能夠滿足5G部署的頻譜是毫米波頻譜，當(dāng)衛(wèi)星通信開始將Ka頻帶，26.5GHz部署到40GHz時(shí)，伴隨著點(diǎn)波束頻率的使用，它將通道帶寬從54MHz的典型帶寬提高到500MHz和2GHz之間。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)千兆位IP連接，而這也是5G的需求。

2015年10月，F(xiàn)CC為5G服務(wù)分配了三個(gè)毫米波頻帶，這些頻帶被稱為5G業(yè)務(wù)的前沿頻譜，24GHz以上的頻譜正在積極調(diào)研。

28GHz頻帶支持850MHz帶寬; 37-40GHz頻帶支持3GHz的帶寬，在64-71GHz的無授權(quán)頻帶內(nèi)支持高達(dá)7GHz的帶寬。 這些頻譜和帶寬分配使5G服務(wù)成為可能。

毫米波鏈路傳播和鏈路預(yù)算

商用的無線頻率(包括wifi)一般都低于6 GHz，很多設(shè)計(jì)工具可以實(shí)現(xiàn)這些頻帶的特性，但部署毫米波頻帶可以提供UE(設(shè)備)和基站(BS)之間的鏈路，為此帶來了很多的技術(shù)挑戰(zhàn)。首先要了解的是毫米波路徑損耗屬性，并構(gòu)建可預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。

為了調(diào)查5G的鏈路行為，路徑損耗和鏈路預(yù)算是兩大基本要素。

5G鏈路包括無線傳播環(huán)境中的視距(LOS)和非視距(NLOS)組件。LOS在60GHz以上是接近但不準(zhǔn)確，能夠釋放空間路徑損耗，而NLOS路徑損耗顯著偏離可用領(lǐng)域。典型的過程是在特定頻率和地形上進(jìn)行傳播損耗測(cè)量，然后進(jìn)行曲線擬合找出指數(shù)n的損失。組合路徑損耗與(發(fā)射天線和接收天線之間的距離)is成比例，其中n是指數(shù)的丟失，可用在2到4之間。

端到端微波通信需要傳播路徑和地面上最近的障礙物之間的間隙，由菲涅爾區(qū)域理論控制。如果該區(qū)域?yàn)?0%，則為L(zhǎng)OS傳播。然而，5G網(wǎng)絡(luò)的天線高度較低，可能會(huì)帶來顯著的傳播阻塞。

5G毫米波預(yù)算與傳統(tǒng)的6GHz以下的無線鏈路預(yù)算有很大的不同，可能會(huì)由于降雨、大氣吸收、濕度和菲涅耳阻塞而造成額外的損失。

以下是5G鏈路預(yù)算的示例計(jì)算，根據(jù)小區(qū)的頻帶和類型，可能會(huì)有所不同。

接收功率dBm = Tx功率+ Tx天線增益+ Rx天線增益 - 路徑損耗 - 降雨(估計(jì)2dB / 200m) - 陰影損耗(20至30dB) - 葉面損耗(10至50dB) - 大氣吸收 - 地形/ 謙卑 - 菲涅爾阻塞 - 系統(tǒng)利潤(rùn)率

菲涅耳區(qū)半徑(R)= 17.32×√(d/4f)(d，km，f in GHz)

通過檢查上述計(jì)算公式，很明顯有很多因素都會(huì)削弱毫米波的傳輸，鏈接預(yù)算是任何5G部署團(tuán)隊(duì)都需要考慮的領(lǐng)域。

傳播損失測(cè)量

測(cè)量毫米波包括信號(hào)發(fā)生器，頻譜分析儀和兩個(gè)相控陣/喇叭天線。信號(hào)發(fā)生器模擬基站，該基站應(yīng)安裝在選定的站點(diǎn);信號(hào)發(fā)生器掃描從27.5到28.35GHz的頻帶;頻譜分析儀以一定距離測(cè)量接收到的信號(hào)。由于信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀不同步，頻譜分析儀必須能夠在信號(hào)發(fā)生器調(diào)到下一個(gè)頻率之前在給定的頻率點(diǎn)捕獲足夠的采樣。

同步信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀有幾種方式，如基于定時(shí)器的觸發(fā)器，硬件觸發(fā)器，或者僅在頻譜分析儀上具有峰值保持的自由運(yùn)行。自由運(yùn)行不是***的解決方案，因?yàn)樗鼛砹撕芏噱e(cuò)誤，將會(huì)影響傳播模型的準(zhǔn)確性。

為了解決這些測(cè)量難題，Keysight的FieldFox分析儀具有擴(kuò)展范圍傳輸分析(ERTA)功能。 它將兩個(gè)FieldFox分析儀連接在一起; 每個(gè)儀器上的觸發(fā)器同步測(cè)量。

在毫米波上部署5G對(duì)RF工程師來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，5G毫米波的頻率必須具有可靠的通道模型。大規(guī)模MIMO和波束成形是5G的重要組成部分，需要早起的廣泛測(cè)試來促使其部署。