5G 基站的半径就能做到和 4G 基站一样么？

看到网上一份分析报告，说采用了Massive MIMO，和波束赋形技术的5G基站，可以做到和4G基站一样的覆盖半径，这可信么？

5G 宏基站链路预算参数

链路预算结果

一般来说，在仿真条件下，5G宏基站（非毫米波基站）的下行覆盖半径，可以做到和4G基站一样。

这里的仿真条件指的是：特定模型、基站装备massive MIMO天线等等....

先普及下知识：

1、电磁波的传播特性

在最理想情况下，针对下行信道（基站到手机终端的数据传输），基站电磁波的自由空间损耗可以从Friis Transmission Equation得到：

注：这里的最理想情况是指无线通信中最简单的自由空间传播模型，

即无遮挡、无损耗、无多径的传播空间。

实际上现实环境要考虑很多因素，不过从最简单情况入手，往往能得到一些基础结论。

考虑到用户终端的多样性（谁让你们乱买手机，摔！），我们通常会认为终端相关参数运营商无法修改。

那么当终端接收功率确定时，电磁波传输距离会受到电磁波频率、基站天线配置、基站发射功率的影响。

4G LTE所采用的主要频段是1.8GHz~1.9GHz，2.3GHz~2.6GHz。

而5G NR所采用的主要频段是3.4 GHz~3.6 GHz、4.7 GHz~4.9 GHz。

这意味着5G NR的工作频率会更高，那么考虑上述方程很明显更高的频率会导致电磁波传输距离下降。

因此，当其它条件相同时，5G基站的覆盖范围比4G基站覆盖范围更小。

2. 5G中的新天线技术，以massive MIMO为代表。

但是5G中其它技术显然会同样改变，我们讨论的时候不能忽略这些因素。

在这些改变中，我想对基站天线部分影响更大的显然是massive MIMO。

MIMO在LTE中就有应用，现在4G中比较普遍的基站天线是8TR，而5G的推荐配置是64TX。

那么根据天线增益公式，64TR大概可以比8TR天线提升3dB左右增益。

同时，考虑为了能够对特定终端获得更强的天线增益，采用了更先进的波束赋形技术。

目前基站中一般会采用3-D形式放置天线，这样波束可以比4G基站更加集中，由此而来的天线增益同样会被提升。

需要提一下massive MIMO的配套技术：波束管理。

4G基站与用了massive MIMO的5G基站，区别就像电灯泡与手电筒的关系，手电筒所产生的光柱是高增益的波束，但是需要找得到目标，才能提供增益。

这与massive MIMO的波束原理是一致的。必须通过波束管理预测用户位置，才能连续不断的提供高增益波束。

同时，massive MIMO带来的是天线增益增强，但是其实还有负面影响因素。

比如因为massive MIMO带来的空分复用，所以单位时间内传输的数据量要大于4G，因此会导致终端的编解码需求提升，导致解调门限提高（就是上述公式中的 )，引起覆盖降低。不过总的来说，增益要比负面影响要高很多。

3. 覆盖分析

那么，如果考虑天线增益，5G基站的覆盖半径能和4G基站一样吗？

理论上，下行数据传输（基站到终端）是可以的，因为天线增益会被提升很多。

5G理论验证时就有过这种验证实验：

实验环境：

• 采用3GPP TR 38.901 中定义的UMa NLOS（非视距）传输模型

注：这种模型是非常接近实际情况的电磁波传输模型之一。

数据信道覆盖范围：

（下图红框是城市宏基站（Uma）覆盖范围数据）

5G NR覆盖能力研究,周娇,李新,刘磊

可见在限定边缘速度的情况下，5G 和 4G基站覆盖基本相当，甚至在室外还会更好一些。

注：这里是仿真分析，虽然很靠近实际，但是实际情况中由于遮挡等环境因素，相信5G基站应该不会如此理想，但是也不会相差太远。

还有一个需要指出地方是，实验中考虑的波束管理问题是非常理想的，不存在不匹配的问题。

我们都知道数据传输是双向的，手机也需要向基站传输数据，那么考虑上行信道，5G基站的覆盖会怎么样？（手机到基站的数据传输）

手机上没有能力部署massive MIMO,而且手机的发射功率也不如基站。因此5G中的上行数据覆盖范围会小于下行覆盖。

这里可以直接给出仿真结果：

大家可以直接看UMa distance这一项，对比上上一个图中的下行覆盖365m(室内）/1121m(室外），上行覆盖半径少了一半左右200m (室内）/616m（室外）。

从对比上来看，依然与4G基站上行覆盖相当。

这个结果其实挺反直觉的，我觉得是因为Tx Power部分增加了3dBm才获得这么理想的数据，当然目前没找到他们这么做的原因。。。

如果有小伙伴知道，可以提示一下~~

总之，结论是5G基站下行覆盖确实可以做到和4G基站一样。

用户的实际体验效果可能会因为波束管理/追踪问题相比4G基站打一点折扣，上行覆盖会可能会比5G低一些。

如果综合考虑上下行和实际情况下复杂的遮挡、波束追踪问题，5G基站会比4G基站覆盖低；

但是如果不考虑这些，仅仅说理想情况下的下行信道，5G基站覆盖确实可以与4G一样。

（半径不够加天线也能解决，咳咳.....）返回搜狐，查看更多