5G信号基站发展讨论

5G信号基站发展讨论

沈仁超

中国计量大学  浙江 杭州  310000

摘要：当下正在进入5G时代，5G信号基站的修建也带来了各种各样的思考与问题。虽然5G基站因为种种原因修建地并不顺利，但其实它已经被规划地十分合理了。

关键词：5G，基站，信号覆盖，演进

近两年，中美两国就5G进行了一系列的资源争夺，使得这个偏僻的名词变得家喻户晓。众所周知，5G的网速十分迅速，在4G的基础上可以说开创了新的时代。但它却有一个缺点，即：对基站的数量要求爆发式提升。

为什么需要这么多5G基站？大家都知道，无线电波里承载的信息量与它的频率成正比。信号的频率变高，它所蕴涵的信息量也相应变大，网速自然就越快[1]。电磁波速恒定的情况下，频率和波长是成反比的，频率如果变高，波长则相应越短[2]。在2G到5G网络的不断升级进程中，信号波频率逐渐变高，对应的波长则越来越短。而信号波长变短了，电磁波就会变得更加难以穿越障碍物[3]。2G信号可以轻松穿越高楼大厦，但发展到了5G，其信号便不能达到这种要求了。5G信号的频率高，它的波长非常短，所以它穿越障碍物的能力很差，传播不远便失去信号。一个5G基站覆盖的范围，仅仅为100米至300米。比起5G基站这样小范围的信号覆盖，2G基站的信号大概能覆盖半径5-10公里的区域，3G基站的信号能覆盖半径2-5公里的区域，而4G基站的信号覆盖半径大概为1-3公里[4]。当我们的技术不断变得先进，能使用的信号频率越来越高，信息传输的能力已经变得很强，但信号覆盖的面积却变小了[5]。如果频率继续增加，到了未来，可能我们只能使用可见光来传输信号了。到了那个时候，信号传输速率非常快，但波长也将惊人的短，基本无法穿越任何障碍物。

所以，中国在进入5G时代之前，首先要解决的便是基础建设的问题。我们需要大量的5G基站。以北京为例，按照国家的规划要求，2019年底需要建设一万个5G基站，才能够在2021年实现重点功能区的5G网络覆盖。在5G前期的建设阶段，它和以往的网络相比，除了速度快以外没有什么好处。当前它既没有形成完整的网络构造，也没有构建固定的使用人群，当然，更没有对应的应用开发商。

5G技术足以直接改变我们的生活和未来的经济。4G网络对中国互联网生态的影响非常深远，而5G所带来的改变一定会更大。但是我们在推广5G建设的时候，遇到了很多的问题。比如，5G基站建设的项目报批率太低，申报不成功的原因大多是因为建设成本太高。很多人认为5G信号频率如此之高，一定会对生活产生辐射影响，因此拒绝在生活场所修建5G基站[8]。然而，虽然从2G网络以来，我们的需求使得信号的信息量越来越大，但是基站的辐射是在逐步变小的。这是因为在2G时代，一个基站需要覆盖近十公里内所有的信号，信号发射器的功率必须足够高。但到了5G时代，由于信号的波长过短，其穿越障碍物的能力非常不足，单个基站覆盖范围仅仅数百米，功率大小几乎不影响其信号覆盖的面积，无需将基站修建得像以前那么大。所以，每个5G的基站都修建得很小。华为公司创始人任正非曾描述过，5G基站的本体十分的小，重量也只有20公斤左右，整个基站的大小就和一个箱子差不多[6]。这样一个5G基站的功率非常小，只有10瓦左右，远小于常用的家用电器。这样的功率，自然谈不上辐射高。我们国家对通信基站的要求是非常严格的，远远高于其他国家标准标准。而且当人远离电器时，其辐射量是急剧降低的。距离30厘米左右，辐射就会成100倍地下跌。所以，如果使用手机，那么基站信号越弱，手机反而需要加强功率捕捉信号，其辐射影响会比基站信号强得多。

图 1-5G信号基站

5G 基站的天线处于主要工作频段之外,在抗干扰能力方面要求很高[7]。天线效率简单来说就是有多少能量是被辐射体(天线)浪费了,又有多少能量被发射出去了。目前,5G 移动通信已初步实现商用[9]。随着 5G 的发展及推广,针对 5G 基站天线的研究热度越来越高,因为相较于 4G,在 5G 通信系统中基站天线在功能上有着很大的变化,其中最为关键的功能即为波束扫描[10]。相较于从前的4G,5G网络在其架构、运作方式和服务的对象等方面均有了极大的改变[11]。中国通信行业的发展速度十分迅速,这使得4G 时代才开始了数年,5G时代就马上要开始进入我们的生活了[12]。随着 5G 技术的发展和应用,有源的大规模自适应多波束阵列天线已成为 5G 基站天线、海事卫星通信以及空天地一体化通信的研究热点和发展方向,而大规模 MIMO 共形阵和波束赋形技术是其中极为关键的一环[13]。

5G网络的经济吸引力影响着其全球发展的速度将部署过程置于环境研究之前。随着4G和5G技术的不断发展和商业化，移动通信的发展也越来越快。CPRI/eCPRI中前程IQ数据的带宽需求迅速增加[14-16]。针对第五代多用户应用，提出了一种非传统的准模块化基站相控阵综合技术。5G设计中的一个关键关注点是无线接入网，预计无线接入网将显著密集和更先进

[17-20]。

参考文献

[1]何智斌.万物磁波论——《易经》科学探秘.

[2]张艳.移动通信基站电磁辐射影响及监测现状与管理对策.

[3]舒诚诚,顾其源,姚源昌.5G时代深度覆盖解决方案探讨.

[4]曹祎遐,李乐.5G才露尖尖角早有蜻蜓立上头

[5]陈嘉明.5G移动通信的关键技术规范及发展

[6]贺斌.5G加速度将带动经济产出10.6万亿元

[7]孟涛.5G的基站通信天线的研究

[8]邓晓钦,高鹏.5G 移动通信基站电磁辐射监测波束引导必要性研究

[9]褚庆昕,常玉林,吴锐,陈袁泷.5G基站天线面临的电磁兼容问题及对策

[10]蒋沅臻.5G基站天线小型化及其关键技术研究

[11]5G时代，通信企业的变革2020-202年

[12]李中军.5G时代移动通信天线产业的机遇和挑战

[13]谢明聪.应用于5G通信的柱面共形阵列天线研究

[14]Yu Zvezdina M; Shokova Yu A.Features of Electromagnetic Situation Estimation Near the 5G Base Station Antennas

[15]Yunxiang Tang; Biao Long; Dake Liu.An ASIP design for low loss compression of fronthaul data in 5G base stations:LETTER

[16]Aslan Yanki; Puskely Jan; Roederer Antoine; Yarovoy Alexander.Synthesis of quasi‐modular circularly polarized 5G base station antenna arrays based on irregular clustering and sequential rotation

[17]Aondoakaa David; Comas John; Swift Stephen.Exploiting heterogeneity for cost efficient 5G base station deployment using meta‐heuristics

[18]Lee Won Sang; Kim John; Lee Kyung Won; Jin Hyung Suk; Kim Sang Keun; Kang Youn Duk; Na Hyung Gi.A Trapping Behavior of GaN on Diamond HEMTs for Next Generation 5G Base Station and SSPA Radar Application

[19]Chih‐Min Yu; Mohammad Tala’t; Kai‐Ten Feng.On hybrid energy utilization for harvesting base station in 5G networks

[20]Wang; Zhu; Liao; Luo; Yin.Broadband dual-polarized dipole antenna for LTE/5G base station applications

作者简介：沈仁超(1999.5-)，男，汉族，浙江台州，本科在读，研究方向：电子信息科学与技术。