5G毫米波時代,不懂氣象的工程師不是好通信工程師

5G毫米波時代,不懂氣象的工程師不是好通信工程師未來的流量需求很瘋狂，根據(jù)香農(nóng)定理，毫米波有足夠的帶寬，成為5G無線的必然。

毫米波將應(yīng)用于未來SmallCells和網(wǎng)絡(luò)回傳。有機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2019年，毫米波將替代20%的LTE回傳，大大節(jié)省昂貴的光纖網(wǎng)絡(luò)部署。

什么叫毫米波？嚴(yán)格的講，毫米波頻率為30GHz至300GHz，對應(yīng)波長分別為10mm到1mm。在移動通信領(lǐng)域，通常把24GHz-100GHz稱為5G毫米波。

關(guān)于毫米波，一直以來爭論不休，主要的焦點集中在毫米波的天然缺點：信號衰耗大、易受阻擋、覆蓋距離短等。

但，這些問題是可以克服的。

不懂氣象知識的工程師不是好通信工程師

無線信號通過大氣傳播時，由于無線信號的吸收和散射，會產(chǎn)生信號衰減，我們用dB/km來定義信號的衰減程度。

通常認(rèn)為，無線信號頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近。但是，在毫米波這里有些例外。

毫米波在大氣傳播中主要受氧氣、濕度、霧和雨的影響。

●氧氣

關(guān)于氧氣的影響也不是一概而論的，不同毫米波波段受氧氣的影響是不一樣的。比如，60GHz必須承受約20dB/km的氧氣吸收損耗，而28GHz、38GHz與73GHz情況就好多了，這也正是目前一些運營商將28GHz定為主要測試對象的原因。

▲毫米波頻率范圍的大氣吸收率(以dB/km為單位)

●濕度

相對于氧氣，濕度對于毫米波的衰減影響較大。在高溫和高濕度環(huán)境下，其信號在1公里內(nèi)可衰減一半（3dB/km）。和濕度同理，毫米波在通過霧和云層時，也會產(chǎn)生衰減。

●雨

雨是毫米波最大的敵人。極端情況下，在特大暴雨天氣下（降雨強(qiáng)度為50毫米/小時），毫米波傳播損耗可達(dá)到18.4dB/km。

所以，毫米波真正面臨的最大問題是——天氣。這是個靠天吃飯的家伙，但通信網(wǎng)絡(luò)講的是穩(wěn)定可靠，靠天吃飯這種事太不靠譜，怎么辦？

辦法是有的，現(xiàn)在有請網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師閃亮登場。

雖然暴雨會引起毫米波信號大幅度衰減，但是，只要做好足夠的鏈路預(yù)算，并不會導(dǎo)致毫米波數(shù)據(jù)鏈路中斷。我們在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，可根據(jù)不同地區(qū)的歷史最大降雨量來預(yù)算毫米波無線鏈路損耗，確定毫米波的最大傳輸距離。

也就是說，以后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師一定要和氣象局通力合作，要收集各個地方歷年降雨量歷史數(shù)據(jù)，才能干好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

上知天文，下知地理，通信工程師是也。

此路不通，請繞道而行！

我們可以通過足夠的鏈路預(yù)算克服了惡劣天氣對毫米波的影響，可毫米波還有另一大硬傷——阻擋。

這硬傷很難克服，毫米波不但容易被建筑物阻擋，還會被人體本身阻擋，甚至是在手握手機(jī)時，手也能阻擋它。

怎么辦？既然有人攔路，你繞著走不就行了。

關(guān)于繞路走，這一智慧集中體現(xiàn)在以下三個方面：

1）利用墻體反射，或者加裝反射裝置，就是用非視距（NLOS）鏈路替代視距（LOS）鏈路。這一辦法的缺點是功耗大、能效低，衰減大影響傳輸速率，且復(fù)雜的建筑環(huán)境影響反射裝置部署。

2）利用空間分集技術(shù)，在波束賦形過程中，沿著多個路徑，同時發(fā)送多個波束，來減輕非視距（NLOS）衰減，提高連接穩(wěn)定性，不過這增加了波束賦形處理的復(fù)雜性。更優(yōu)化的辦法是，引入智能波束搜索和跟蹤算法，發(fā)現(xiàn)并切換到主導(dǎo)波束路徑上。

3）利用中繼節(jié)點