6G那些事(3)-------基站越来越像路灯

姓名：毛智；学号：21021110040；

学院：电子工程学院。

转自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/55536099

【嵌牛导读】本文主要简要介绍了不同代无线通信中基站的变化。

【嵌牛鼻子】6G  基站

【嵌牛提问】什么是基站？1G~6G的基站变化？

【嵌牛正文】

自上个世纪70年代末移动通信网络诞生以来，移动基站已经陪伴人类40年了，为人类社会带来了空前的变革，但你知道它的故事吗？

定义：基站即公用移动通信基站，是移动设备接入互联网的接口设备，也是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。

对于大多数人来说，提到基站，第一个就想到的是下图：

信号塔

不错，这的确是一种基站。基站的功能就是辐射和接收电磁波信号，让附近的通信设备连接到通信网络。基站对我们来说，就是一个信号源，靠近它，我们的手机信号会满格，可以更加愉快地网上冲浪了。

随着通信技术的升级换代，基站又发生了什么变化呢？由于基站负责电磁波信号的辐射接收，所以它的特点直接由通信频段决定。关于通信频段，可以查看之前6G系列的频率分节“6G那些事-------频率越高了”了解。

1G时代，进行的是模拟语音信号的传输，所谓的通信仅限于打电话（大哥大）。

1G时代基站示意图

1G是模拟系统，不但容量低、通话质量差，而且保密性极差，但是1G基站可以传播更远，但由于通信质量差，这里我们不统计1G基站的覆盖范围。

2G时代，进入了数字时代，数字电路的发展也使得手机终端变小了，典型代表是诺基亚手机。此时通信频率大概在1GHz左右，对应的波长在3m左右，一个基站的覆盖半径约为5-10公里。从1G跨入2G则是从模拟调制进入到数字调制，相较而言，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加，同时从这一代开始手机也可以上网了，不过人们只能浏览一些文本信息。

3G时代，有了高频宽和稳定的传输，影像电话和大量数据的传送更为普遍，移动通信有更多样化的应用，被视为是开启行动通信新纪元的重要关键。此时通信频率在2GHz左右，波长为1.5m左右，一个基站的覆盖半径约为2-5公里。此时我们可以上网浏览图片，简单网页。

4G时代，具备速度更快、通信灵活、智能性高、高质量通信、费用便宜的特点，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此时通信频率在3GHz左右，波长为1m左右，一个基站的覆盖半径约为1-3公里。此时我们可以上网刷视频了。

5G时代，国际电联将5G应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。凭借低时延、高可靠、低功耗的特点，5G的应用领域非常广泛，不仅能提供超高清视频、浸入式游戏等交互方式再升级；将支持海量的机器通信，服务智慧城市、智慧家居；也将在车联网、移动医疗、工业互联网等垂直行业“一展身手”。此时通信频率在30GHz左右，波长为10mm左右，一个基站的覆盖半径约为100-300米。

6G时代，准备采用太赫兹技术，为毫米波和亚毫米波结合，预计一个基站的覆盖范围小于200m。6G时代网络将“致密化”，我们的周围会充满小基站。

所以说未来的基站越来越像路灯一样，隔几十米便有一个基站，不同的是，基站白天可不休息哦。

除了覆盖距离的变化，基站中的关键技术也需要与时俱进。

当信号的频率超过10GHz时，其主要的传播方式就不再是衍射。对于非视距传播链路来说，反射和散射才是主要的信号传播方式。同时，频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。这些因素都会大大增加信号覆盖的难度。不止是6G，处于毫米波段的5G也是如此。5G目前是采用Massive MIMO和波束赋形这两个关键技术来解决此类问题的。Massive MIMO主要是通过增加发射天线和接收天线的数量，即设计一个多天线阵列，来补偿高频路径上的损耗。空间复用技术就是在MIMO多副天线的配置下来提高传输数据数量。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。由于发射端与接收端的天线阵列之间的空域子信道足够不同，接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。

空间复用技术

MIMO的多天线阵列会使大部分发射能量聚集在一个非常窄的区域。由于区域比较窄，不同波束之间的干扰会比较少。

但由于基站发出的窄波束不是360度全方向的，不能保证波束能覆盖到基站周围任意一个方向上的用户，此时可采用波束赋形技术。波束赋形就是通过复杂的算法对波束进行管理和控制，使之变得像“聚光灯”一样。这些“聚光灯”可以找到手机都聚集在哪里，然后更为聚焦地对其进行信号覆盖。

5G采用的是MIMO技术提高频谱利用率。而6G所处的频段更高，MIMO未来的进一步发展很有可能成为6G提供关键的技术支持。