请您脑补一个场景,小区中心只立着一盏路灯,阴影面积当然会很大,而如果在小区里均匀设置很多路灯,阴影面积则会小得多了。所以说,将传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站,是解决毫米波“直线问题”的有效方法。
这只是微基站的一个原由,还有一个更强大的原由。5G时代的入网设备数量会呈爆炸性的增长,单位面积内的入网设备可能会增至千倍,若延续以往的宏基站覆盖模式,即使基站的带宽再大也无力支撑。这个原由很好理解,以前的宏基站覆盖1000个上网用户,这些用户均分这个基站的速率资源,而进入5G时代后用户的速率要求高多了,一个基站的资源就远远不够分了,只能布设更多的基站,例如让每个基站只负责20个用户,分餐的人少了,每个人自然就能多吃。
基站微型化则设布设密度会加大,为避免基站之间的频谱互扰,基站的辐射功率谱就会降低,同时手机的辐射功率也会降低,这有两个好外,一是功耗小了待机时间会增加,二是对人体的辐射会降低。传统基站好比是房屋中间的火炉子,近处烫远处冷,而5G的微基站就好比是地暖,发热均匀更加舒适。
微基站数量大幅度增加后,传统的铁塔和楼顶架设方式将会扩展,路灯杆、广告灯箱、楼宇内部的天花板,都会是微基站架设的理想地点。
波长缩短到毫米波还会有什么影响呢?还会影响到手机天线的变化,这就是下一节要说的5G另一项技术—高阶MIMO。
4、高阶MIMO
根据天线理论,天线长度应与波长成正比,大约在1/10~1/4之间,当前手机使用的是甚高频段(即分米波),天线长线大约在几厘米左右,通常安装在手机壳内的上部。
天线的长度为什么应在波长的1/10~1/4之间?因为这个比例可使电波的辐射和接收更有效,为什么会更有效?这我就不知道了,这得问物理学家。
5G时代的手机频率在提升几十倍后,相应的手线天线长度也会降低到以前的几十分之一,会变成毫米级的微型天线,手机里就可以布设很多个天线,乃至形成多天线阵列。
多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上,手机的面积很小,现在的手机天线是几厘米长,多天线阵列是难以设置的。而随着天线长度的降低,特别是5G时代的毫米尺寸天线,就可以布设多天线阵列了,就给高阶MIMO技术的实现带来了可能。
啥是MIMO呢?其英文简写是“多入多出”的意思,高阶MIMO的意思是指基站与手机之间有很多对的信道并行通信,每一对天线都独立传送一路信息,经汇集后可成倍提高速率,这当然是件极好的事。
不知您是否思考过这个问题:因为基站不知道您在哪个方位,所以它跟你通信使用的电磁波是全向辐射的,就好像是电灯泡发出的光那样,只有到达你手机的辐射才是有用的,其它方向的辐射都是浪费的,这种巨大的无用辐射还成为了其它手机的干扰。
如上图所示,因为手电筒的能量更集中,所以比灯泡照的更远,基站与某部手机的关系就相当于光源与被照射物的关系,现在基站与手机的关系就是灯泡模式,不管手机在哪个方位,都会把针对这部手机的信号进行全向的辐射,当然绝大多数非正对方向的能量都是浪费掉了,而且还成为了其它手机的干扰。
能不能把灯泡模式改成有指向性的手电筒模式呢,即把上图左面的全向辐射样式改成右面的这种窄波瓣样式呢?从而提高能量的使用效率?这就是下节要说到的波束赋形技术。
5、波束赋形技术