5G提供极致性能需要新的频谱（读者论坛）

5G的推出取决于位置，网络，订阅和所使用的手机，将预示着移动网络性能的显着变化。对于用户而言，5G提供了广受关注的“增强型移动宽带”（与现有的“移动宽带” LTE / 4G网络相比）。 5G凭借其增强的功能，支持更多的应用程序，例如8K视频流，增强现实（AR）和不同的数据共享方式等。同样，对于企业用户而言，5G可以支持多种新的机器类型应用程序和用例，除了更高的数据速率外，还要求超低的等待时间和可靠性。这些包括车辆安全，工业应用，传感器和实时控制等，它们同时大规模运行，这在以前是不可能的。

实现它

但这怎么可能呢？好吧，要达到这种性能水平，需要对移动网络及其使用的资源进行一些相当重大的更改。在本文中，我们研究了其中一种资源。频谱，这对于所有移动网络都是至关重要的。尽管5G网络采用各种技术来比现有网络更有效地利用频谱，但5G的最高性能取决于大量频谱的可用性和使用。这提出了挑战。

当今的移动网络频段

当今大多数现有的移动网络都倾向于在600兆赫兹（MHz）至3500 MHz范围内的各种频带下工作。移动行业已经成熟，现有频段内的频谱已分配给运营商，以与GSM（2G）和LTE（4G）等现有移动技术一起使用。此外，这些频带很窄（例如，称为“ 3GPP，频带1”的频带（通常用于WCDMA / LTE服务）覆盖2110 – 2170 MHz（60 MHz带宽）），分配给每个运营商的频谱显然很多小于整体带宽。虽然这适用于现有技术，并且频谱分配的频谱很少，但没有带宽可用于5G。即使监管机构允许改变频谱的使用，在给出的示例中，也只有60 MHz可用，这将无法在不同运营商的网络之间提供预期的性能。总而言之，现有频段和运营商频率分配不支持高性能5G，这是一个挑战。

克服频谱可用性挑战

因此，该行业已经超出了移动网络当前使用的频谱范围，以识别合适的“新”频谱。以前未被充分利用的所谓的毫米波（mmWave）频谱提供了必要的高带宽。现在，世界各地的电信监管机构正在批准将先前未被充分利用的频谱用于5G网络。毫米波频率是高于6千兆赫（GHz）的那些频率。由于这些极高的频率未得到充分利用，因此可用带宽远远大于6 GHz以下的拥挤频谱。

什么是毫米波？

毫米波（缩写为mmWaves）是介于30 GHz和300 GHz之间的无线电波，相当于10毫米至1毫米范围内的波长。它们被归类为极高频（EHF）。但是，移动行业通常将6 GHz以上的频率定义为mmWave。移动网络使用的最高频谱可能会低于90 GHz。在撰写本文时（2019年7月），为5G移动网络使用而讨论的最高频段在66 GHz至71 GHz之间。

mmWaves提出了自己的挑战

尽管毫米波有助于克服6 GHz以下频段所带来的带宽限制，但其极短的波长对其部署提出了固有的挑战。简而言之，毫米波信号不像其低频信号那样“健壮”，并且传播路径损耗更大。最终结果是它们没有提供相同级别的覆盖范围。

取决于与移动网络和物理环境有关的范围或参数，现有的移动网络技术还可能发现难以克服的渗透损失，这就是为什么许多建筑物已经采用了建筑物内的所谓“小型蜂窝”解决方案的原因。从建筑物的外部传输到内部时，毫米波会遭受更高的信号损耗。

即使部署在建筑物内，它们也更易于传播和穿透损失，而且还可以减少衍射，使信号“弯曲”在物体和拐角周围，这意味着它们本质上具有很高的视线，这是网络规划人员必须解决的问题。这也适用于室外环境中的部署。

为了使5G网络成功利用mmWave频谱，它们必须使用先进的技术，并以应对其实际应用挑战的方式进行部署。

什么是小细胞？

就是这样，小牢房。相对于通常使用所谓的宏小区实现的移动小区覆盖范围而言，该范围很小。那些宏小区提供广域覆盖，并且在现有网络中很常见。小型小区并不是什么新鲜事物，它被用来补充许多现有的宏网络以提高覆盖范围，并在需要的地方提高容量。自移动宽带诞生之初，就已经有大约70％的移动数据流量来自室内。并没有改变。也就是说，在室外环境中也发现了小型小区，在那里它们为特定位置和热点提供了增加的容量。在5G时代，小型蜂窝将在室内和室外的热点地区提供预期的性能。除了性能特征外，小型蜂窝基站的大小要比宏蜂窝基站小得多，这自然使它们更易于安装在繁忙的繁华市区，那里的空间通常是非常重要的，而且美观很重要。

整合在一起：毫米波和小型蜂窝

尽管存在挑战，mmWave频谱仍非常适合于小型小区部署，并且在如此高的频率下工作的一些挑战可用于增强网络密度。以前，mmWave频谱通常仅限于点对点短距离和固定无线访问类型的应用程序。移动网络技术在信号处理和天线方面的最新进展使得能够引入称为波束成形和波束跟踪的复杂技术。这些技术允许系统使用来自天线的窄波束跟随用户设备（手机），同时还使用基站分集来减轻信号的任何阻塞（阴影）。基站多样性使用多个基站以及围绕障碍物的信号快速重新路由，以帮助克服此类挑战。

目前，目标是在城市微型室外部署5G mmWave小型小区，通常覆盖大约100米的小区半径和郊区微型室外（典型的小区半径大约200米）位置，即屋顶和灯杆；室内热点，例如购物中心，办公室和公交枢纽。这些类型的部署将需要具有成本效益，相对较小并且具有不显眼且易于部署的外形尺寸。 mmWave小型蜂窝的工作频率，确切地说是毫米波长，导致天线尺寸更小。此特性允许使用“集成天线”，其中天线和其他通常独立的基站组件都集成在同一组件中，从而形成了高度紧凑的解决方案，很适合在当今的城市环境中部署。

mmWave和小型蜂窝有助于提高网络密度和5G数据速率

宏小区是现有移动网络的支柱，它们在其中提供广域覆盖和移动性。 5G也是如此。小型蜂窝已经在当今的WCDMA和LTE网络中的室内和室外环境中使用。通过精心的网络规划和优化，小型小区可用于支持mmWave中的部署，使运营商能够满足不断增长的需求，因为室内和室外环境均已部署5G。