高频通信毫米波技术的优劣势

发布人:红松小e 发布时间:2020-08-25 15:09:38

为了更好地应对容量的大幅增长,除了使用高阶调制方式,超密集网络等技术之外,占用更宽的连续频谱资源可以成倍提升系统容量。然而目前在3GHz以下的低频范围內,频谙资源分配已经十分缺乏,很难找到用来攴撑系统的连续宽带频。

高频通信毫米波技术的优劣势

 

而在3GHz以上的高频段范围内,目前还有着丰富的连续宽带频谱资源。当前高频通信在军用通信、无线局域网等领域已经获得应用,但是在蜂窝通信领域尚处于初步硏究阶段。之前,人们普遍认为高频段电波不适合用于蜂窝通信,因为与低频信号相比,高频信号在传播过程中,自由空间衰减和穿透损耗均比较大,基于该频谱的网络也并不可行。然而,美国纽约大学( New York University,NYU)T.S.RAppaport博士的硏究从根本上挑战了这种想法,他已证明利用这些频率进行可靠的信号传输是有可能的。
 

一、毫米波的优势
 

增加带宽是增加容量和传输速率最直接的方法,然而,移动通信传统工作频段十分拥挤,尤其是6GHz以下频谱资源桸缺,而大于6GHz的髙频段可用频谱资源丰富,能够有效缓解频谱资源紧张的现状,可以攴持极高速短距离通信,尤其是30G Hz~300GHz毫米波频段上丰富的高频频谱资源还并未得到充分的开发利用,高达1GHz带宽的频率资源,将有效地支持10Gbit/s峰值速率和1Gbit/s用户体验速率,是实现5G通信愿景和要求的最有效的解决方案之一。毫米波可用于蜂窝接入、基站与基站之间的回传、D2D的通信、车载通信等。相比已经饱和的3GHz以下频段,毫米波( Millimeter-Wave,mmW)频段具有如下优势。
 

(1)可以分配更大的带宽,意味着可以达到更高的数据速率
 

(2)信道容量随带皃増大而提高,从而极大地降低数据流量的延迟
 

(3)毫米波段上不同频段的相对距离更近,使不同的频段更具有同质化。
 

(4)波长更短,可以利用极化和新的空间处理技术,例如, Massive MIMO技术和自适应波束赋形技术。
 

由于毫米波信号的波长较短,天线阵列占用空间小、集成度高、增益大,这使毫米波系统非常适合采用 Massive MIMO阵列天线技术。其中, Massive MIMO技术能够同时在几个数据通路上实现数据的传输,具有能够提高频谱效率、增加信道容量、提高通信可靠性等众多优点。基于阵列天线的波束成形技术的原理是通过控制阵列天线中每个阵元的相位,从而形成固定指向的波束,波束成形技术可以同时用于发送端和接收端,其提供的阵列增益能够有效地提高信噪比(Sig nal to No ise ratio,SNR),抑制网络间的千扰;由于毫米波通信中阵列天线集成度较高,且波束辐射模式也较多,可以充分地利用电磁波的散射和反射特性。因此,对于毫米波通信系统来说,波束成形技术有着很好的发展前景,是毫米波无线通信的关键技术之一。
 

二、毫米波的劣势
 

毫米波通信具有传统无线信道的特性,但由于高频波段的物理特性的不同,相比于传统无线通信,毫米波通信在提供超高速率服务的同时,衰减和损耗也急剧增加,例如,28GHz毫米波频段的路径损耗比1.8GHz传统频段高20dB左右,对此可利用 Massive MIMO阵列天线,并结合 Massive MIMO波束赋形( Beam forming,BF)技术来对抗毫米波通信的高损耗。MIMO系统在传统无线通信领域中应用广泛,与传统无线通信系统相比,毫米波系统的阵列天线数量更多、规模更大。
 

由于毫米波信号较大的自由路径损耗和穿透衰减,使通信双方的高速可靠通信受到巨大挑战,相关协议标准多采用定向天线等技术来提高通信链路的质量,通过集中能量的强方向特性提高点对点的传输能力,定向天线结合波束成形技术可以有效地减小网络干扰,并改善链路质量。

红松