通过分析高频信道特性和高频器件发展，我们进一步对高频通信的覆盖和网络性能进行初步评估。高频通信覆盖是高频频谱能否应用于移动通信的关键研究问题，同时高频通信的覆盖同样会影响高频通信组网性能。

影响高频同频覆盖的关键因素主要有三个因素：信道传播特性、天线增益和基站发射功率，下面逐一对这三个因素进行分析。

（1）信道传播特性

如前所示，毫米波频段传播特性受到大气衰落和雨衰影响相对3 GHz以下频段更加严重。根据6.4.1节中对衰落的描述，可以看出除60 GHz外，对于大多数毫米波频段（6～100 GHz），大气气体衰减小于2 dB/km。频段57～64 GHz信号传播由于在60 GHz氧气吸收电磁能量会导致15 dB/km的传播损耗。根据以上数据，除了需要在60 GHz特别注意氧气和雨水吸收导致损耗外，我们可以忽略其在整个6～100 GHz频段对覆盖造成的影响。

除大气和雨水吸收损耗外，穿透损耗的取值是另一个影响链路覆盖的重要因素。从表6-12我们可以看到对于木材和透明玻璃材质，40 GHz信号的穿透损耗比3 GHz以下频段少2～3 dB，但对于混凝土和植物，高频信号的穿透损耗比低频信号要严重很多，会严重影响毫米波通信系统的覆盖。

在NLOS环境下，反射和衍射同样会造成信号功率损失，这种损失在链路预算中主要体现在高频和低频系统链路预算的路损因子不同。

（2）天线增益

由于毫米波波长较短，与空气中尘埃颗粒的尺寸具有可比性，高频信号在空气中传播，缺少绕过空气中尘埃不间断传输的能力，因此会造成信号能量损失从而影响系统覆盖。然而毫米波通信系统也具有一定的优势，因为毫米波波长短，所以半波长天线阵子的尺寸相应变短，因此在3G或LTE系统相同的天线尺寸下，可以放入比3G和LTE系统更多的天线阵子数目。

在当前网络中，800 MHz的CDMA天线尺寸为1500 mm×260 mm×100 mm，包含1列依45°双极化天线，共10个天线阵子，天线增益为15 dBi，如图6-25所示。对于2.1 GHz的LTE系统，天线尺寸大约为1400 mm伊320 mm伊80 mm，包含2列±45°双极化天线，天线阵子总数为40，天线增益为18 dBi，如图6-26所示。对比CDMA和LTE也可以看到，相比800 MHz的CDMA，2.1 GHz的LTE已经在与CDMA近似的天线尺寸中放置了更多的天线阵元，由此可以推断未来在高频段通信系统中，如果天线尺寸不变，可以放置更多的天线阵元，带来更高的天线增益。

如果在40 GHz的毫米波频段，以现有天线尺寸可以包含57（K_c=57）列双极化天线，每列天线包含180（K_r=180）个天线阵子，如图6-27所示，这样每列天线增益可以增加到26 dBi，而额外的天线增益可以用于克服高频段信号传播带来的能量衰减。在毫米波系统，相似的天线增益也同样可以在UE端获得。

图6-25 800 MHz CDMA基站天线

图6-26 2.1 GHz LTE基站天线(www.daowen.com)

图6-27 毫米波基站天线

（3）发送功率

以现有RF集成电路工业水平，毫米波频段的功率放大器的功率效率为10%～20%，而现有低频段的功率放大器功率效率为40%。这表示如果发送相同功率，毫米波通信系统基站比传统通信系统基站需要消耗更多功率。

在本节，我们通过链路预算方法来比较下行典型LTE系统和毫米波系统的覆盖情况。链路预算采用的自由空间传播模型如下^[23]：

式中，X_σ（dB）是按照标准方差σ（dB）分布的零均值高斯白噪声变量。在满足90%的市区覆盖需求和阴影衰落标准差σ=8 dB条件下，X_σ=10.25 dB。路径衰落因子（PLE）用于表示信号随距离指数衰减的程度，其数值大小与所处无线环境密切相关，根据参考目前文献中对PLE的描述，在本节的链路预算中，将NLOS场景2.1 GHz频段下的PLE取值为3.2^[23，24]，将38 GHz频段下的PLE取值为4.5^[15]。参数d₀是以天线1 m的远场功率为参照的参考距离，参数d是发送和接收天线之间的距离，参数σ是载波波长。

表6-17给出2.1 GHz的LTE系统和38 GHz毫米波通信系统的链路预算。利用式（6-14）和式（6-15），链路预算的结果给出2.1 GHz的LTE和38 GHz的毫米波系统覆盖距离分别为1.8km和52m。即使考虑其他提升覆盖的方法，包括减少系统带宽、采用波束赋形等方式，例如将高频38 GHz的1 GHz带宽减少到500 MHz，并且采用波束赋形获得17 dB赋形增益，仍然难以使38 GHz的毫米波通信系统获得与2.1 GHz的LTE系统相同的覆盖。但是根据当前信道测量结果，38 GHz频段传播损耗在不同环境下信道衰减因子差异较大，未来在一些特定环境下（如直射径LOS环境），高频段通信仍然可以很好地工作。

表6-17 下行覆盖比较

①此项中的符号只表示各参数之间的计算关系，不代表物理意义。