5G(NR)技术与毫米波频段的结合开启了超高速、低延迟移动性能的新纪元。 随着商业服务、设备和高达850 MHz宽带的普及，使得28GHz的应用日渐成熟。天线阵列和波束斌形技术的结合，使得28GHz 频段毫米波频率成功应用于无线通信。

1. 28GHz技术参数

•      3GPP 波段编号：n257

•      频率范围：26.50 GHz– 29.50 GHz

•      可用带宽：850 MHz

•      信道带宽：50 MHz, 100 MHz, 200 MHz,      400 MHz

•      波段名称： LMDS

2.链路预算分析

         从运营商角度来看，任何新技术的可行性都取决于商业模式完成后形成的业务案例。商业案例由两个主要因素决定: 所需资本的支出(CAPEX) ，其次是运营和维护网络的成本(OPEX)。其中：资本支出(CAPEX)包括：

•      部署站点（小区）数量

•      小区边缘性能指标（如边缘速率要求）

•      覆盖情况

          毫米波支持波束斌形，有助于克服较高的路径损耗，但覆盖范围有限；而频率低于6 GH的频谱都被营业商使用。 为了确保足够的覆盖，链接预算分析也就必不可少。

3.链路预算实例

      考虑到28 GHz频带和100 MHz载波带宽，首先需要计算接收机灵敏度极限。我们假设：BW= 100 MHz的场景

•       SINR达到成功解码 16 QAM,1/2 FEC = 8dB,

•       天线阵列增益 17 dB

•       UE 噪声指数 10 dB

·            估算覆盖1000米 ISD（小区半径500米）

                视距路径损耗    133 dB

                非视距路径损耗 156 dB

第一步：设定接收灵敏度

• Rx   Sensitivity = -174 + 10*log (BW) + Noise Figure

•                                          =-174  + 10*log(100*10^6) + 10

                                             = -174 + 80 +10

                                             = -84 dB

第二步：设定路径损耗




• （理想条件下）视距：133        dB

• （固定无线接入FWA）非视距：156dB

第三步：设定各向同性辐射所需有效功率

• EIRP        = Receiver Sensitivity + SNR – Rx Antenna Gain + Path Loss

• LOS    Case            EIRP  = -84 +8 -16 +133 =41dBm

• Non-LOS     Case   EIRP  = -84 +8 -16 +156 = 64 dBm

第四步：设定小区边缘的性能指标（如速率）

              每个载波数据传输速率取决于调制、 MIMO方案和可达到的SNR。例如，一个典型要求是达到2 bps/Hz频谱效率，即100 MHz信道带宽达到200 Mbps。为了实现这一目标，信噪比需要约8 dB，这就进一步提高了对接收机灵敏度的要求。

              接收机使用天线阵列，波束斌形的增益，单个天线单元增益和单元总数决定了小区边缘的速率。 在5G部署早期阶段，总接收波束斌形增益接近17 dBi。

              根据估计路径损耗，可以确定所需的总等效各向同性辐射功率(EIRP)和所需的发射功率。 根据以上计算，发送端所需的总EIRP在41到64 dBm之间(见步骤2)。 在5G拉远无线单元（RRH）上使用大型天线阵列也可获得较大的波束斌形增益。

        对于毫米波网元来说，也都需高输出功率；设计这样的功率放大器、射频前端和天线阵列的电路对射频硬件设计师来说也是一个挑战。由于不是所有的基带板都能提供如此高的功率输出，业界面临着设计这些射频元件的公司之间的所有挑战。 其中之一就是提供一个可接受的功率增加效率，用以处理散热元件。

        基于以上的分析，下行方向建立一个可行的通信链路，其在与ISD的1000米是可以实现。 然而上一代无线技术的上行链路功率有限，5G也不例外。 下面显示了上行链路预算，假设最大设备功率为+23 dBm，用户设备(CPE)路由器天线是16个单元的阵列。

4.上行链路预算

•         总发射功率：Tx EIRP: 41 dBm

•         路径损耗：133 to 156 dB

•         带宽：100MHz

•         热噪声：-174 + 10*log(100*10^6) =−94 dBm

•         gNB接收噪声系数：6 dB

•         最小可探测信号：−88 dBm

•         QPSK and ½ FEC解调SNR: 5 Db

•         天线赋形总接收增益：24 dBi

•         100MHZ带宽信号接收：−107 dBm

•         边缘链路= Total Tx EIRP – Path Loss – Rx Signal

•         边缘链路* −9 to +14 dB

  
  

        根据路径损耗和信道模型，可以计算出一个覆盖的大致范围(如：-9 to +14 dB)的链路预算。所有低于零的数据都表明这个链接无法匹配。

        通过这些理想的计算，可得出这样结论：毫米波频率在1000米上ISD上行链路是有问题的。基于这个原因，3GPP定义了一个5G（NR）用户设备（UE）功率等级，它允许总EIRP达到+55 dBm。

        目前美国规定中允许有如此高EIRP的设备，但不允许在手机上使用。 然而实现这一EIRP 本身就是一个技术挑战，（产品）可能会在更晚的时候上市。从这个角度来看，服务提供者应该在其业务案例中考虑一个较短的ISD。 目前的文献和文件正在为无线电设备的早期阶段规划250米或更小的小区。现在需要确定一个较短的ISD，例如250米，是否满足5G 毫米波FWA的业务需求。