5G NR网络毫米波(28GHz)的链路预算

Waxberrylee

5G NR技术和毫米波频段的结合开创了超高速和低延迟的移动性能新水平。随着业务发展，以及设备和高达850MHz的大带宽的普及，加上天线阵列和波束赋形的使用，28GHz频段毫米波频段mmWave得以用于无线通信。下面是3GPP规定的28GHz详细指标：

• 3GPP频段命名：n257
• 频率范围：26.50 GHz– 29.50 GHz
• 可用带宽：850 MHz
• 频道带宽：50 MHz，100 MHz，200 MHz，400 MHz
• 频段名称：LMDS
  

1. 链接预算分析

从运营商的角度来看，任何新技术的可行性都取决于实现业务模型给出的业务案例。业务案例受两个主要因素支配：所需的资本支出（CAPEX），其次是运营和维护网络的成本（OPEX）。其中CAPEX由以下驱动：

• 部署的蜂窝站点数量
• 小区边缘性能（即，小区边缘所需的数据速率）
• 可达到的覆盖率
  

毫米波频段mmWave允许进行波束成形，有助于克服较高的路径损耗，但是与低于6GHz的频率相比，其覆盖范围仍然有限。为了确保足够的覆盖范围，链接预算分析必不可少。转载声明：本文由“通信百科”整理发布，转载请注明出处。

考虑到具有100MHz载波带宽的28GHz频段，首先需要计算接收器灵敏度极限。让我们考虑以下假设：

• 带宽BW= 100 MHz
• 16 QAM解码成功所需的SINR，½FEC= 8dB
• 天线阵列增益= 17dB
• UE噪声系数= 10dB
• 距离1000m ISD（500m小区半径）的估计路径损耗
  
  • 视线条件路径损耗= 133 dB
  • 非视线连接路径损耗= 156 dB
    

步骤1：确定接收机灵敏度极限

• Rx灵敏度= -174 + 10 * log（BW）+噪声系数
  = -174 + 10 * log（100 * 10 ^ 6）+ 10
  = -174 + 80 +10
  = -84 dBm
  

步骤2：确定预期的路径损耗

• 理想条件下的视线连接：133 dB
• 固定无线访问（FWA）的非LOS连接：156dB
  

步骤3：确定所需的有效的各向同性辐射功率

• EIRP =接收机灵敏度+ SNR – Rx天线增益+路径损耗
• Los case情况下：
  EIRP = -84 +8 -16 +133 = 41dBm
• non-Loss情况下：
  EIRP = -84 +8 -16 +156 = 64 dBm
  

步骤4：确定所需的小区边缘性能，即所需的数据速率：

• 每个载波的数据速率取决于采用的调制、MIMO方案以及可达到的SNR。例如，典型的要求是要达到2bps/Hz的频谱效率，即对于100 MHz宽的信道达到200Mbps。为此，需要大约8dB的SNR，这进一步增加接收器灵敏度的要求。
• 但是，由于接收器正在使用天线阵列，因此可用波束赋形增益，该增益由单个天线元件的增益和元件总数决定。在5G发展的早期阶段，总接收波束赋形增益可以达到近似为17dBi。
• 基于路径损耗的估计，可以确定所需的总等效全向辐射功率（EIRP）和所需的发射功率。根据上述计算，发送侧所需总的EIRP介于41至64dBm之间（请参见步骤2）。另外，在5G RRH(remote radio head)上使用大型的天线阵列也会得到较大的波束赋形增益。
  

对于mmWave毫米波组件而言，它们也需要高输出功率，因此，设计此类功率放大器以及驱动RF前端和天线阵列所需的电路对RF硬件设计人员来说是一个挑战。但又由于并非所有基板都可以提供如此高的输出功率，因此在设计这些RF组件的公司之间，行业面临着一场挑战。其中挑战之一是为组件提供可接受的功率并附加效率以处理散热问题。转载声明：本文由“通信百科”整理发布，转载请注明出处。

基于此分析，可以在ISD为1000 m的下行链路方向上建立可行的通信链路。但是，前几代无线技术受到上行链路功率的限制，5G也不例外。

下面显示了假设最大设备功率为+23 dBm的上行链路链路预算，以及具有16个天线阵列的用户设备（CPE）路由器的外形尺寸。

2.上行链路预算

• 总发射EIRP：41 dBm
• 路径损耗：133至156 dB
• 带宽：100 MHz
• 热噪声：-174 + 10 * log（100 * 10 ^ 6）= −94 dBm
• gNB Rx噪声系数：6 dB
• 最小可检测信号：−88 dBm
• QPSK和½FEC时所需的SNR：5 dB
• Rx波束赋形总增益：24 dBi
• 100 MHz Rx信号带宽：−107 dBm
  
  • 链路余量=总发射EIRP –路径损耗–接收信号
  • 链路余量* -9至+14dB
    

根据路径损耗和假定的信道模型，可以计算出跨越相当大范围（即-9至+14dB）的链路余量，低于0的数据表示该链接无法匹配。

基于这些比较理想的计算，可以得出结论，ISD为1000米的毫米波频率的上行链路是有问题的。因此，3GPP定义了5G NR用户设备（UE）功率等级，该等级允许总EIRP高达+55dBm。

参考来源：网络

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