05 无线电波传播理论及5G频谱

5g常用的频谱所谓“频谱”，是指特定类型的无线通信所在的射频范围。

不同的无线技术使用不同的频谱，因此互不干扰。

由于一项技术的频谱是有限的，因此频谱空间存在大量竞争，并且人们也在不断开发和增强全新的、高效率的频谱使用方式。

介绍5G 3GPP全球频谱频带的带宽越多，接收数据的量越大、速度越快。

带宽越多，下载大文件的用时越少。

因此，移动网络运营商和监管机构正在尽一切可能，重构、获取或共享频谱资源。

所谓“频谱重构”，是一种将一个现有应用所使用的频谱转移到新应用的方法（例如：2010年，移动网络运营商将2G应用使用的频谱直接转移到4G LTE应用）。

在释放频谱资源上，尽管监管机构已有长足进步，但仍需采取其他措施。

为适应5G通信的众多用例和性能需求，必须在所有频率范围都提供频谱资源。

另外，承运商为支持5G需要增加容量，由于带宽是提高数据率的关键，因此运营商必须取得更多宽带。

3GPP为全球各个地区分配国际移动电信（IMT）频带。

3GPP是一个由移动系统制造商组成的集体性项目合作伙伴组织。

过去几年，3GPP通过重构和清理数字电视等现有服务，稳步增加新的时分双工（TDD）和频分双工（FDD）3G和4G频带。

甚至在5G到来之前，4G LTE就已在许多方面完善了频谱效率。

随着高位调制技术的进步，例如：64和256正交波幅调制技术（QAM），以及多入多出（MIMO）和波束赋形技术的推出，每秒峰值数据率被推升至2吉比特。

另外，LTE载波聚合技术也为移动网络运营商新增一个提高带宽的选项，即：将多个20MHz带宽的频率载波合并，提供最高140MHz的可用频谱。

在美国，当非特许LAA和CBRS 频谱与7分量载波（CC）聚合时，可实现140MHz的聚合带宽。

5G 更进一步，允许进一步加大分量载波带宽。

在7GHz以下的FR1频段，能够实现100MHz带宽；对于FR2频段毫米波，则可实现400MHz 的带宽。

如果个体移动网络运营商拥有足够的频谱许可证，5G在FR2频段能够聚合达到800MHz的带宽。

电波传播基础知识无线电波传播（radio wave propagation）频率从几十赫（甚至更低）到30000千兆赫左右（波长从几万千米到0.1毫米左右）整个频谱范围内的电磁波，称为无线电波。

发射天线或自然源辐射的无线电波，通过介质或受到介质分界面的影响，而到达接收天线的过程，称为无线电波传播。

无线电波在介质或介质分界面的影响下，有被折射、反射、散射、绕射和吸收等现象。

接收点的无线电信号，也有衰减和干扰出现。

为了确定无线电系统的频率、功率、增益、灵敏度、信号噪声比和工作方式等，都需要对无线电波传播特性有所了解。

根据何种介质或何种介质分界面对电波传播产生主要的影响，可将常遇到的电波传播方式分为：（1）地波传播（电波传播主要受地球表面的影响）。

（2）对流层电波传播（电波传播主要受对流层影响）。

（3）电离层电波传播（电波传播主要受电离层影响）。

（4）地—电离层波导电波传播（电波传播主要受电离层下缘和地面的影响，此外还有埋地天线、地壳中电波传播、火箭喷焰、再入等离子体鞘套和核爆炸等影响）。

各种频段的无线电波的传播方式和特点及其应用，可见各有关词汇。

地波传播（propagation of ground wave）沿地球表面的无线电波的传播，称为地波传播。

其特点是信号比较稳定。

在讨论地波传播问题时，一般是将对流层视为均匀介质（有时认为对流层的折射指数垂直梯度为常数），电离层的影响不予考虑，而主要考虑地球表面对电波传播的影响。

半导电性地球表面的影响，一方面使地波的垂直方向电场强度远大于水平方向电场强度，并因在地面上产生感应电流，使地波有较大的衰减；另一方面，由于地球是椭球形，在视线距离以外，地波传播可以认为是围绕弧形地球面的绕射传播。

垂直偶极子所产生的地波垂直电场E通常表示为E=E0ν其中：E0为理想导电地面上的垂直电场，ν称为衰减因子，它是频率、距离和地面电参数的复杂函数。

一般说来，频率愈高，地面电导率愈低，地波随距离衰减就愈快。

无线电波段划分及传播方式频率从几十Hz(甚至更低）到3000GHz左右（波长从几十Mm 到0.1mm左右)频谱范围内的电磁波，称为无线电波。

电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播,有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层,飞向遥远的宇宙空间。

发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波,通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播.无线电波的频谱,根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段.根据频谱和需要,可以进行通信、广播、电视、导航和探测等,但不同波段电波的传播特性有很大差别。

光速÷频率=波长无线电波波段划分波段名称波长范围(m）频段名称频率范围超长波长波中波短波1,000,000~10,00010，000～1，0001,000~100100~～1010~11~0.10.1～0.010.01～0。

001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3～30KHz30～300KHz 300～3,000KHz 3～30MHz30~300MHz 300~3，000MHz 3～30GHz30~300GHz超短波米波分米波厘米波毫米波电波主要传播方式电波传输不依靠电线,也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播,有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间.任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。

传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等,这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。

当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。

那些走直线的电波就过不去了.只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去,这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。

无线电波段的传播规律无线电频率从低频到高频被划分成许多不连续的波段，常用的有HF频段、VHF频段和UHF频段，频率再高的微波频段只用于业余卫星通讯和微波通讯实验。

下面简要的介绍一下常用的业余无线电波段的传播规律。

一、160m频段（频率1.80～2.00MHz）这是业余无线电台允许使用的最低频段。

这个波段的传播规律跟中波很相似，白天主要是靠地面波进行近距离的通讯，晚上可以通过电离层D层反射进行远距离通讯，最佳的通讯时机是通讯双方都处于日出日落的交界时间。

在冬天的傍晚或黎明时分，是用160m频段进行远距离通讯的时候。

由于这个频段频率比较低，需要架设庞大的天线，电离层对它的衰减也比较大，需要较大的功率才能达到远距离的通讯，因此，操作的人较少，并且多用CW进行联络。

二、80m频段（频率3.50～3.90MHz）这个频段的传播规律与160m频段相似，主要是以F层和E层混合传播为主。

夏天和白天由于D层和E层的电子密度高，这个频段以下的电波会被吸收掉而不能经电离层反射，白天只能进行100～200km距离的通讯。

同时，在夏天经常发生雷电，使频段上有很大的噪音，弱小的信号不能被听到。

在冬季的傍晚或黎明时分，进行远距离通讯的效果比160m频段好，通联到远距离电台的机会也大。

这个波段的天线也是比较庞大，但比起160m频段的天线已经缩小了许多，况且现在也有许多缩短型的产品天线，使这个波段架设天线的难度减低。

一般简易架设多用水平半波偶极天线，缩短型的产品无线多为垂直接地型的天线，有大的架设场地和充足的资金就可以在几十米的铁塔上架设起庞大的八木定向天线！效果好的天线是既要架得高，又要长度够。

三、40m频段（频率7.00～7.20MHz）这是个短波初学者的入门频段之一，也是最拥挤热闹的频段。

这个频段操作范围比较窄，但几乎全年全天大多可以进行QSO。

白天可以进行几百公里的通联，在傍晚或黎明时分是开通远距离通讯的好机会，这时各国的许多电台在狭窄的频段内互相拥挤，加上本身频段的严重杂音，汇集成一幅繁华的市井图。

5g电波传播与无线信道测量虚拟仿真实验原理
5G网络中的电波传播和无线信道测量是关键技术，而虚拟仿真实验则是研究这些技术的常用手段。

其原理如下：
1. 电波传播模型：电波在空气中传播时受到衰减和反射等干扰。

对于不同的环境和频率，传播模型也不同。

虚拟仿真实验可以通过构建不同的场景和环境，模拟不同频率的电波在空间空气中的传播和干扰情况。

2. 无线信道测量模拟：无线信道测量是对网络中无线传输历程的测试和评估。

因为其难以在真实环境中进行精确实验，虚拟仿真实验可以通过模拟不同网络场景下的无线信道传播，测试无线信号的接收质量和干扰程度。

3. 虚拟仿真实验设计：在进行虚拟仿真实验时，需要选取合适的仿真软件和相应的模型。

通过模拟现实情境，设计实验方案和数据采集，进行模拟仿真实验，获得数据，进行数据分析，最终评估网络的质量。

通过上述原理，虚拟仿真实验可以对5G网络中的电波传播和无线信道测量进行模拟研究，在真实环境不易得到的情况下，提供了一种有效手段，为5G网络的建设和优化提供指导。