在仿真条件下,5G宏基站(非毫米波基站)的下行覆盖半径可以做到和4G基站一样。这里的仿真条件指的是:特定模型、基站装备massive MIMO天线等等....
1、电磁波的传播特性
在最理想情况下,针对下行信道(基站到手机终端的数据传输),基站电磁波的自由空间损耗可以从Friis Transmission Equation得到:
考虑到用户终端的多样性,我们通常会认为终端相关参数运营商无法修改,那么当终端接收功率确定时,电磁波传输距离会受到电磁波频率、基站天线配置、基站发射功率的影响。
4G LTE所采用的主要频段是1.8GHz~1.9GHz,2.3GHz~2.6GHz,而5G NR所采用的主要频段是3.4 GHz~3.6 GHz、4.7 GHz~4.9 GHz。这意味着5G NR的工作频率会更高,那么考虑上述方程,很明显更高的频率会导致电磁波传输距离下降。因此,当其它条件相同时,5G基站的覆盖范围比4G基站覆盖范围更小。
2、5G中的新天线技术,以massive MIMO为代表
但是5G中其它技术显然会同样改变,我们讨论的时候不能忽略这些因素。在这些改变中,我想对基站天线部分影响更大的显然是massive MIMO。
MIMO在LTE中就有应用,现在4G中比较普遍的基站天线是8TR,而5G的推荐配置是64TX。那么根据天线增益公式,64TR大概可以比8TR天线提升3dB左右增益。
同时,考虑为了能够对特定终端获得更强的天线增益,采用了更先进的波束赋形技术。目前基站中一般会采用3-D形式放置天线,这样波束可以比4G基站更加集中,由此而来的天线增益同样会被提升。
需要提一下massive MIMO的配套技术:波束管理。4G基站与用了massive MIMO的5G基站,区别就像电灯泡与手电筒的关系,手电筒所产生的光柱是高增益的波束,但是需要找得到目标,才能提供增益。这与massive MIMO的波束原理是一致的。必须通过波束管理预测用户位置,才能连续不断的提供高增益波束。
同时,massive MIMO带来的是天线增益增强,但是其实还有负面影响因素。比如因为massive MIMO带来的空分复用,所以单位时间内传输的数据量要大于4G,因此会导致终端的编解码需求提升,导致解调门限提高引起覆盖降低。不过总的来说,增益要比负面影响要高很多。