5G毫米波在移动通信系统的应用

5G毫米波在移动通信系统的应用

邵帅

吉林吉大通信设计院股份有限公司 吉林省 长春市 邮编：130012

摘要：频谱资源稀缺是当下面临的严峻问题，毫米波所具有的大宽带、高速率的优势能够实现网络通信的高速传输，成为了移动通信系统发展的重点。现阶段，我国5G建设正处于迅速发展阶段，尤其是移动通信系统的开发，毫米波的研究对其有积极的推动作用，基于此，本文以5G毫米波为研究对象，对5G毫米波进行了概述，分析其优势、劣势与解决方案，进而展开了5G毫米波在移动通信系统的应用，希望为5G毫米波的进一步实施提供参考。

关键词：5G毫米波；移动通信系统；应用

如今是网络信息时代，面对不断增长的移动通信流量以及新型的专业设备，5G的研发与使用成为大势所趋，5G毫米波技术因其传输距离存在缺陷并未得到广泛应用，而随着技术与设备的更新换代，更加需要5G毫米波稳定的方向性与高速率，5G毫米波又重回大众视野得到了业界的认可。现阶段，毫米波的研究已经成为5G开发的重要组成之一，越来越多的频谱资源给毫米波的应用提供了方向，为其在移动通信系统应用的研究提供了技术支持。

一、5G毫米波概述

毫米波本质是一种电磁波，其波长在一毫米到十毫米之间，是人类所感知不到的频谱，从频率的角度来讲，毫米波的频率随波动速度提升而提升，它是5G的重要组成之一。在5G之前，并未进行毫米波的研究与使用，仅针对6 GHz以下的频段，即Sub-6 GHz展开研究，然而在世界范围内Sub-6 GHz都非常稀缺，而5G毫米波的使用无疑带来了诸多技术突破。于移动通信系统而言，Sub-6 GHz仅能达到100-200MHz的宽带，而5G毫米波能将其增强至八倍以上，可达到800MHz，除此之外，5G毫米波在医疗领域也显示出了强大的作用。现阶段，全球有超过一百五十家运营商对5G毫米波技术进行投资并用于商用网络，我国在2020年也进行了相关准备与测试。

二、5G毫米波劣势分析

毫米波的用处十分广泛，但其传播极易受到影响，除建筑物、地表等事物外，雨滴、雪花甚至大气中的分子颗粒、尘土、烟雾等都会阻碍其传播，加之毫米波依靠高频传输，导致其传输性能出现以下缺点：首先，毫米波能量发散迅速，非常容易变弱，再加上受限很多，难以传递到较远距离，覆盖面较小；其次，以波长更短频率更高的可见光作比，难以穿透物体，毫米波就更加容易受到阻挡、反射与折射；最后，水分子等空间因素会通过吸收大幅度降低毫米波的信号，故其衰减极快。尽管毫米波存在较多的影响因素，但它的强大作用能激发人们源源不断的探索与优化，只要保证毫米波数据的连续性，利用先进技术做好充足的预算，就能够确定其传输距离：

1、反射装置

反射装置是指将视距链路替换为非视距链路NLOS，将毫米波进行反射、折射或衍射处理，但这一方式功耗较大并且效能较低影响传输速度，除此之外，反射装置的部署也受到建筑、地势等的限制。

2、空间分集

空间分集技术是指在毫米波形成过程中，从多条路径发送多条波束，以此来减弱其衰减提高稳定性，但这一方式增加了波束处理难度，可以调整方式引进智能波束跟踪计算，将其切换到主要路径中。

3、中继节点保持连接

中继节点的部署可以使毫米波的传输形成跳跃与网状的结构，当其中一个节点被建筑物、微小颗粒等因素阻挡时，可以选择未被阻挡的节点进行迂回路由，以持续毫米波的传输与连接。

三、5G毫米波优势分析

1、宽带极宽

5G毫米波的频率可达最高300GHz，宽带可达273.5GHz，超过以往宽带的十倍之多，将其融入移动通信系统能够有效提升信道容量，极其适用于高速信息传输业务。

2、波束较窄

5G毫米波的波束极窄，能够用于分辨距离更近的小目标或用于观察目标细节，举个例子，一段十二厘米的天线，9.4GHz时其宽度为18°，而94GHz时宽度仅有1.8°，相差极大。

3、安全

由于毫米波传播距离较短，加之波束窄，难以被中途或远距离截取，因此移动通信信息的安全程度较高。

4、方向性强

5G毫米波的传输极易受到阻碍，因此传播距离较短，但正是如此，也降低了信号受到干扰的可能性，提升传播精度的同时加强了传输的方向性。

事情的两面性预示着5G毫米波的劣势也能转化为优势，其超高的频率使得不需要大尺寸的接受天线，也就意味着终端设备的机身能够比以往更小，或在原有的基础上装备更多的高频天线，都能实现更好的信息接收效果。

四、5G毫米波在移动通信系统的应用分析

1、毫米波小基站

通过我国全方位的部署，商用化的毫米波基站成熟之前，目标网的构建会采取4G与5G协同的方式，其中5G会采用Sub-6 GHz，主要还是采取宏站覆盖。但随着更多的连接进入网络，其密度会大幅提升，5G毫米波的引入成为了移动通信系统的必然走势，也是各界所关注的热点话题。与此同时，考虑到毫米波传输的距离与覆盖范围受限问题，未来的无线接入会以小基站场景为主。

2、基站回传

要实现基站回传必须满足两个条件，首先要有稳定的网络，其次要有可靠高速的性能，这对于传统的网络而言难以实现，因此现阶段的基站回传仍旧采用光纤布缆进行有线传输，然而光纤布缆布置难度与日俱增，加之光纤资源告急，无线回传技术的研发又成为人们关注的重点。5G毫米波的应用使人们看到了新的方向，大宽带高速率能够实现相同面积更多的天线部署集中能量，在很大程度上满足基站回传的网络特性，使用毫米波进行基站回传，一方面能够将其作为终端设备，另一方面可以实现无线回传，很好地解决光纤资源不足与光纤布放成本较大的问题。

3、垂直行业专网

5G毫米波不仅提供大宽带与高速率，将其部分频点进行规划还能为行业用户的转网提供服务。除此之外，与移动边缘计算、人工智能的有机融合，能够更充分发挥其各自的优势，为其技术的进步提供更加专业性的解决方案，实现安全可靠的网络支持。

结束语

随着新兴技术的不断发展，5G也要做到与时俱进，要充分发挥毫米波大宽带、高速率等优势充分融合移动通信系统，为科技创新注入新鲜活力。除此之外，5G的研发与应用还影响着职能、万物互联等产业，5G毫米波的充分应用能够使各行各业实现技术升级，为创新驱动提供无限可能。

参考文献：

[1]张忠皓,李福昌,延凯悦,高帅.5G毫米波移动通信系统部署场景分析和建议[J].邮电设计技术,2019,(08):1-6.

[2]袁涛.毫米波5G移动通信系统射频接收前端研究[J].信息通信,2019,(08):200-201.

[3]邢海龙.用于5G移动通信系统的毫米波天线阵列设计[D].导师：王卓鹏.山东科技大学,2019.

[4]林维泉.毫米波5G移动通信系统射频接收前端研究[D].导师：陈继新.东南大学,2017.

作者简介：邵帅（1980年01月），男，汉族，吉林长春人，任职于吉林吉大通信设计院股份有限公司工程师，研究方向：5G无线通信。