5G毫米波时代, 不懂气象的工程师不是好通信工程师

未来的流量需求很疯狂，根据香农定理，毫米波有足够的带宽，成为5G无线的必然。

毫米波将应用于未来Small Cells和网络回传。有机构预测，到2019年，毫米波将替代20%的LTE回传，大大节省昂贵的光纤网络部署。

什么叫毫米波？严格的讲，毫米波频率为30GHz至300GHz，对应波长分别为10mm到1mm。在移动通信领域，通常把24GHz-100GHz称为5G毫米波。

关于毫米波，一直以来争论不休，主要的焦点集中在毫米波的天然缺点：信号衰耗大、易受阻挡、覆盖距离短等。

但，这些问题是可以克服的。

不懂气象知识的工程师不是好通信工程师

无线信号通过大气传播时，由于无线信号的吸收和散射，会产生信号衰减，我们用dB/km来定义信号的衰减程度。

通常认为，无线信号频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近。但是，在毫米波这里有些例外。

毫米波在大气传播中主要受氧气、湿度、雾和雨的影响。

●氧气

关于氧气的影响也不是一概而论的，不同毫米波波段受氧气的影响是不一样的。比如，60GHz必须承受约20dB/km的氧气吸收损耗，而28GHz、38GHz与73GHz情况就好多了，这也正是目前一些运营商将28GHz定为主要测试对象的原因。

▲毫米波频率范围的大气吸收率(以dB/km为单位)

●湿度

相对于氧气，湿度对于毫米波的衰减影响较大。在高温和高湿度环境下，其信号在1公里内可衰减一半（3dB/km）。和湿度同理，毫米波在通过雾和云层时，也会产生衰减。

●雨

雨是毫米波最大的敌人。极端情况下，在特大暴雨天气下（降雨强度为50毫米/小时），毫米波传播损耗可达到18.4dB/km。

所以，毫米波真正面临的最大问题是 —— 天气。这是个靠天吃饭的家伙，但通信网络讲的是稳定可靠，靠天吃饭这种事太不靠谱，怎么办？

办法是有的，现在有请网络规划工程师闪亮登场。

虽然暴雨会引起毫米波信号大幅度衰减，但是，只要做好足够的链路预算，并不会导致毫米波数据链路中断。我们在进行网络规划时，可根据不同地区的历史最大降雨量来预算毫米波无线链路损耗，确定毫米波的最大传输距离。

也就是说，以后的网络规划工程师一定要和气象局通力合作，要收集各个地方历年降雨量历史数据，才能干好网络规划。

上知天文，下知地理，通信工程师是也。

此路不通，请绕道而行！

我们可以通过足够的链路预算克服了恶劣天气对毫米波的影响，可毫米波还有另一大硬伤 —— 阻挡。

这硬伤很难克服，毫米波不但容易被建筑物阻挡，还会被人体本身阻挡，甚至是在手握手机时，手也能阻挡它。

怎么办？既然有人拦路，你绕着走不就行了。

关于绕路走，这一智慧集中体现在以下三个方面：

1）利用墙体反射，或者加装反射装置，就是用非视距（NLOS）链路替代视距（LOS）链路。这一办法的缺点是功耗大、能效低，衰减大影响传输速率，且复杂的建筑环境影响反射装置部署。

2）利用空间分集技术，在波束赋形过程中，沿着多个路径，同时发送多个波束，来减轻非视距（NLOS）衰减，提高连接稳定性，不过这增加了波束赋形处理的复杂性。更优化的办法是，引入智能波束搜索和跟踪算法，发现并切换到主导波束路径上。

3）利用中继节点保持连接性。部署多个中继节点，形成多跳、网状的链路结构，一旦某一节点被建筑物阻挡，可灵活选择另一个未被阻挡节点来迂回路由，保持连接可靠性。