18、毫米波（mmWave）无线电传播特性解析

毫米波（mmWave）无线电传播特性解析

1. 引言

如今，毫米波（mmWave）无线通信技术被视为第五代（5G）无线蜂窝网络发展的主要元素之一。这是因为毫米波无线系统能够提供极宽的信道带宽，从而使可实现的数据速率随带宽线性增加。

不过，尽管基于超宽带宽，毫米波5G无线网络有诸多优势，但毫米波无线链路的传播具有高方向性，且由于其较高的载波频率（约30 - 300 GHz），信号衰减严重。为了量化方向性和衰减因素，我们将对国际电信联盟（ITU）的标准文档进行总结，涵盖ITU标准化的天线辐射方向图、路径损耗模型、毫米波无线系统中特定的衰减因素等。基于这些模型和参数，我们会进行链路预算计算，以确定在给定阈值数据速率下，毫米波无线传播链路能够达到的距离。本文主要关注28、38和60 GHz的毫米波无线信道，这些频段在5G蜂窝和点对点无线接入网络中研究最多。

2. 传播特性

2.1 高方向性

毫米波无线电技术虽因带宽大而颇具吸引力，但具有高方向性。这种高方向性在毫米波网络设备密集化方面有积极作用（得益于空间复用），但在波束跟踪开销方面是负面的（不利于移动性支持）。因此，有必要量化定向波束的波束宽度。

无线无线电传播的方向性取决于天线类型和相应参数。这里考虑ITU标准的天线辐射方向图，ITU推荐的用于400 MHz至约70 GHz共享研究的参考天线辐射方向图如下：
[
G(\phi, \theta) =
\begin{cases}
G_{max} - 12(\frac{x}{x_{1}})^2, & 0 \leq x < x_{1} \
G_{max} - 15(\frac{x