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◤在移动通信发展的30年间,毫米波一直都是一片未经开垦的蛮荒之地,诸如高通、爱立信、华为、中兴等通信巨头的实验室都对它持续地研究,现如今毫米波在生活中的应用已越来越多,例如毫米波雷达技术、5G技术中均有毫米波的身影 。◢
◤本文中,将为大家介绍毫米波频谱的划分以及毫米波终端技术测试方案的分析,以帮助大家对毫米波具备进一步认识 。◢
▍1、毫米波产生的背景
在频谱资源越来越紧缺的情况下,开发利用使用在卫星和雷达军用系统上的毫米波频谱资源成为了第五代移动通信技术的重点,因毫米波段拥有巨大的频谱资源开发空间所以成为 Massive MIMO 通信系统的首要选择 。毫米波的波长较短,在 Massive MIMO 系统中可以在系统基站端实现大规模天线阵列的设计,从而使毫米波应用结合在波束成形技术上,这样可以有效的提升天线增益,但也是由于毫米波的波长较短,所以在毫米波通信中,传输信号以毫米波为载体时容易受到外界噪声等因素的干扰和不同程度的衰减 。
▍2、毫米波简介
毫米波 (millimeter wave ):波长为1~10毫米的电磁波称毫米波,对应频率为30~300GHz,它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,因而兼有两种波谱的特点 。
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毫米波的优势:
1)极宽的带宽 。通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz 。超过从直流到微波全部带宽的10倍 。即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用四个主要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5倍 。配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量,适用于高速多媒体传输业务, 这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力 。
2)波束窄 。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多 。例如一个 12cm的天线,在9.4GHz时波束宽度为18度,而94GHz时波束宽度仅1.8度 。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节 。
3)可靠性高,较高的频率使其受干扰很少,能较好抵抗雨水天气的影响,提供稳定的传输信道;与激光相比,毫米波的传播受气候的影响要小得多,可以认为具有全天候特性 。
4)方向性好,毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大,使得传输波束较窄,增大了窃听难度,适合短距离点对点通信;
5)波长极短,所需的天线尺寸很小,易于在较小的空间内集成大规模天线阵 。和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多 。因此毫米波系统更容易小型化 。
毫米波的缺点:
除了优点之外,毫米波也有一个主要缺点,那就是不容易穿过建筑物或者障碍物,并且可以被叶子和雨水吸收 。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔 。毫米波通信系统中,信号的空间选择性和分散性被毫米波高自由空间损耗和弱反射能力所限制,又由于配置了大规模天线阵,很难保证各天线之间的独立性,因此,在毫米波系统中天线的数量要远远高于传播路径的数量 。
同时以技术来看,毫米波曾经的技术“缺陷”现如今也能成为优势 。
要知道频段越高,对于接收天线的尺寸要求就会越低 。这意味对于支持毫米波的终端而言,机身内部的接收天线可以做得比以往更小,而对于没有尺寸限制的终端,也可以在原先的技术上容纳更多的高频段天线,从而获得更好的接受效果 。
更为重要的是,毫米波本身由于传播距离比6GHz以下频率更短,因此在整个传播路径下,它的定向性将会更具优势,这使得毫米波信号间受到干扰的可能性将会变得更小,传播的精度有所提高 。另外,窄波束本身由于传播距离短,它被远距离截获的可能性将变得更低,在通讯安全方面,也有着无可比拟的优势 。
当然严格来说,所谓的毫米波(mmWave)更确切的是指EHF频段,它是频率范围横跨30GHz至300GHz的电磁波,如果从波长来定义,30GHz的电磁波波长为10毫米,而300GHz的电磁波波长则仅为1毫米 。但根据FR2频段的播放来计算,24.25GHz的波长已经超过10毫米,虽然我们将它称作毫米波,但许多人认为它更应该划入厘米波的范畴 。
不过由于世界并没有组织对毫米波下达过明确的定义,因此从广义认同的界限来看,FR2频段算作毫米波也无伤大雅 。
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