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基于mmWave海量MIMO技术的5g天线阵

摘要

从蜂窝业务的角度来看,带宽不足是一个全球性的问题。随着技术的变化,许多移动服务提供商正在从4G向5G过渡。有效利用频带、带宽和映射技术的一个解决方案是毫米波(mmWave)大规模MIMO(multi-input multiple-output),全世界都看到了技术从1G到4G的转变,很快5G也开始了。5G技术的关键因素是基于毫米波段,它有可能提高用户吞吐量、频谱效率、能源效率、处理流量、增强的数据速率、设备到设备(D2D)通信、低延迟、小区覆盖等等。使用mmWave的5G系统将成为技术变革的垫脚石,用户对数据速率的满意度将达到峰值。为了应对这一广泛的全球性挑战,在基站和小区站点使用天线阵列是必不可少的,它们将利用毫米波段进行天线阵列设计,并克服与之相关的非常小的波长导致的体积小、硬件限制和路径损耗等问题。

索引项:毫米波,大规模MIMO,天线阵列,5G,基站,半功率波束宽度

介绍

在当今世界,高数据速率是任何用户和任何应用程序在操作系统上运行的首要要求。由于市场上有大量的用户和服务,高速数据传输的必要性急剧增加[1]。毫米波(mmWave)被认为是5G的关键重现可能性,它可以在蜂窝通信中提供极高的传输数据速率[2][3]。

大规模MIMO也称为全维MIMO、非常大的MIMO或大规模天线系统,这清楚地表明基站(BS)使用了大量的天线。与传统的MIMO相比,大规模MIMO提供了大量的天线,有助于将能量集中到更小的区域、低干扰水平、用户吞吐量和辐射能量效率上。此外,由于大量的可操作天线(即天线阵列)可以以较小的占地面积填充高功率方向性,并有助于在恶劣条件下传播[4],因此,大规模MIMO为毫米波(mmWave)中的高频段提供更有效的小区范围或覆盖范围.基站和移动电话的毫米波频谱5G融合需要具有波束形成的高定向天线[6]。发射机和接收机处的天线阵列能够随时间和频率改变其辐射方向图,称为空间波束形成。天线阵列也可以进行空间滤波。它可用于将信号聚焦在空间中的任意点,该空间是如图1[5]所示的多径传播环境。

天线阵的波束形成

目前,许多移动服务提供商都在使用低于3GHz的频谱,但随着业务的需求,这已经不能满足用户的需求,解决这个问题的办法就来自于毫米波频段。如图2所示,该频带具体范围为3GHz到300ghz。

毫米波段分配

在该毫米波频率下,氧吸收带为57-64GHz,水蒸气吸收带为164-200ghz,由于水汽衰减(主要发生在180ghz)而不适合传播。简而言之,整个mmWave波段252ghz频谱可用于移动宽带通信。[红3],[红4]。

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