5G(NR)技術(shù)與毫米波頻段的結(jié)合開(kāi)啟了超高速、低延遲移動(dòng)性能的新紀(jì)元。 隨著商業(yè)服務(wù)、設(shè)備和高達(dá)850 MHz寬帶的普及，使得28GHz的應(yīng)用日漸成熟。天線(xiàn)陣列和波束斌形技術(shù)的結(jié)合，使得28GHz 頻段毫米波頻率成功應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信。

1. 28GHz技術(shù)參數(shù)

•      3GPP 波段編號(hào)：n257

•      頻率范圍：26.50 GHz– 29.50 GHz

•      可用帶寬：850 MHz

•      信道帶寬：50 MHz, 100 MHz, 200 MHz,      400 MHz

•      波段名稱(chēng)： LMDS

2.鏈路預(yù)算分析

         從運(yùn)營(yíng)商角度來(lái)看，任何新技術(shù)的可行性都取決于商業(yè)模式完成后形成的業(yè)務(wù)案例。商業(yè)案例由兩個(gè)主要因素決定: 所需資本的支出(CAPEX) ，其次是運(yùn)營(yíng)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的成本(OPEX)。其中：資本支出(CAPEX)包括：

•      部署站點(diǎn)（小區(qū)）數(shù)量

•      小區(qū)邊緣性能指標(biāo)（如邊緣速率要求）

•      覆蓋情況

          毫米波支持波束斌形，有助于克服較高的路徑損耗，但覆蓋范圍有限；而頻率低于6 GH的頻譜都被營(yíng)業(yè)商使用。 為了確保足夠的覆蓋，鏈接預(yù)算分析也就必不可少。

3.鏈路預(yù)算實(shí)例

      考慮到28 GHz頻帶和100 MHz載波帶寬，首先需要計(jì)算接收機(jī)靈敏度極限。我們假設(shè)：BW= 100 MHz的場(chǎng)景

•       SINR達(dá)到成功解碼 16 QAM,1/2 FEC = 8dB,

•       天線(xiàn)陣列增益 17 dB

•       UE 噪聲指數(shù) 10 dB

·            估算覆蓋1000米 ISD（小區(qū)半徑500米）

                視距路徑損耗    133 dB

                非視距路徑損耗 156 dB

第一步：設(shè)定接收靈敏度

• Rx   Sensitivity = -174 + 10*log (BW) + Noise Figure

•                                          =-174  + 10*log(100*10^6) + 10

                                             = -174 + 80 +10

                                             = -84 dB

第二步：設(shè)定路徑損耗




• （理想條件下）視距：133        dB

• （固定無(wú)線(xiàn)接入FWA）非視距：156dB

第三步：設(shè)定各向同性輻射所需有效功率

• EIRP        = Receiver Sensitivity + SNR – Rx Antenna Gain + Path Loss

• LOS    Case            EIRP  = -84 +8 -16 +133 =41dBm

• Non-LOS     Case   EIRP  = -84 +8 -16 +156 = 64 dBm

第四步：設(shè)定小區(qū)邊緣的性能指標(biāo)（如速率）

              每個(gè)載波數(shù)據(jù)傳輸速率取決于調(diào)制、 MIMO方案和可達(dá)到的SNR。例如，一個(gè)典型要求是達(dá)到2 bps/Hz頻譜效率，即100 MHz信道帶寬達(dá)到200 Mbps。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，信噪比需要約8 dB，這就進(jìn)一步提高了對(duì)接收機(jī)靈敏度的要求。

              接收機(jī)使用天線(xiàn)陣列，波束斌形的增益，單個(gè)天線(xiàn)單元增益和單元總數(shù)決定了小區(qū)邊緣的速率。 在5G部署早期階段，總接收波束斌形增益接近17 dBi。

              根據(jù)估計(jì)路徑損耗，可以確定所需的總等效各向同性輻射功率(EIRP)和所需的發(fā)射功率。 根據(jù)以上計(jì)算，發(fā)送端所需的總EIRP在41到64 dBm之間(見(jiàn)步驟2)。 在5G拉遠(yuǎn)無(wú)線(xiàn)單元（RRH）上使用大型天線(xiàn)陣列也可獲得較大的波束斌形增益。

        對(duì)于毫米波網(wǎng)元來(lái)說(shuō)，也都需高輸出功率；設(shè)計(jì)這樣的功率放大器、射頻前端和天線(xiàn)陣列的電路對(duì)射頻硬件設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。由于不是所有的基帶板都能提供如此高的功率輸出，業(yè)界面臨著設(shè)計(jì)這些射頻元件的公司之間的所有挑戰(zhàn)。 其中之一就是提供一個(gè)可接受的功率增加效率，用以處理散熱元件。

        基于以上的分析，下行方向建立一個(gè)可行的通信鏈路，其在與ISD的1000米是可以實(shí)現(xiàn)。 然而上一代無(wú)線(xiàn)技術(shù)的上行鏈路功率有限，5G也不例外。 下面顯示了上行鏈路預(yù)算，假設(shè)最大設(shè)備功率為+23 dBm，用戶(hù)設(shè)備(CPE)路由器天線(xiàn)是16個(gè)單元的陣列。

4.上行鏈路預(yù)算

•         總發(fā)射功率：Tx EIRP: 41 dBm

•         路徑損耗：133 to 156 dB

•         帶寬：100MHz

•         熱噪聲：-174 + 10*log(100*10^6) =−94 dBm

•         gNB接收噪聲系數(shù)：6 dB

•         最小可探測(cè)信號(hào)：−88 dBm

•         QPSK and ½ FEC解調(diào)SNR: 5 Db

•         天線(xiàn)賦形總接收增益：24 dBi

•         100MHZ帶寬信號(hào)接收：−107 dBm

•         邊緣鏈路= Total Tx EIRP – Path Loss – Rx Signal

•         邊緣鏈路* −9 to +14 dB

  
  

        根據(jù)路徑損耗和信道模型，可以計(jì)算出一個(gè)覆蓋的大致范圍(如：-9 to +14 dB)的鏈路預(yù)算。所有低于零的數(shù)據(jù)都表明這個(gè)鏈接無(wú)法匹配。

        通過(guò)這些理想的計(jì)算，可得出這樣結(jié)論：毫米波頻率在1000米上ISD上行鏈路是有問(wèn)題的�；�于這個(gè)原因，3GPP定義了一個(gè)5G（NR）用戶(hù)設(shè)備（UE）功率等級(jí)，它允許總EIRP達(dá)到+55 dBm。

        目前美國(guó)規(guī)定中允許有如此高EIRP的設(shè)備，但不允許在手機(jī)上使用。 然而實(shí)現(xiàn)這一EIRP 本身就是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，（產(chǎn)品）可能會(huì)在更晚的時(shí)候上市。從這個(gè)角度來(lái)看，服務(wù)提供者應(yīng)該在其業(yè)務(wù)案例中考慮一個(gè)較短的ISD。 目前的文獻(xiàn)和文件正在為無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的早期階段規(guī)劃250米或更小的小區(qū)�，F(xiàn)在需要確定一個(gè)較短的ISD，例如250米，是否滿(mǎn)足5G 毫米波FWA的業(yè)務(wù)需求。