ICCSZ訊 距離2020年5G正式商用的期限,越來越近。目前,各大廠商都在加快自己在5G技術上的測試工作。記得在上周,華為與沃達豐共同完成了5G毫米波室外現(xiàn)場測試,實現(xiàn)單用戶設備20Git/s的峰值傳輸速度。不過,按照預期,最終5G的傳輸速率將可實現(xiàn)1Gb/s,比4G快十倍以上,要如何實現(xiàn)?這其中的關鍵技術在于5G采用了毫米波。
1. 什么是毫米波
什么是毫米波?這會是5G實現(xiàn)高速傳輸?shù)年P鍵所在嗎?實際上,毫米波是指波長在1~10毫米的電磁波,其頻率大約在30GHz~300GHz之間。它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍,因而兼具兩種波普的特點。理論上講,毫米波是光波向低頻的發(fā)展與微波向高頻的延伸。
從通信原理來看,無線通信最大信號帶寬約在載波頻率的5%左右,也就是說,載波頻率越高,其可實現(xiàn)的信號帶寬也就越大。此外,在毫米波頻段中,28GHz與60GHz是最有望應用在5G通信的兩個頻段。其中,28GHz的可用頻譜帶寬可達1GHz,60GHz每個信道的可用信號帶寬則可達 2GHz。
與5G通信相比,4G-LTE的頻段最高頻率約在2GHz左右,因而其可用頻譜帶寬只有100MHz;使用毫米波頻段,頻譜帶寬則可翻10倍,傳輸速率也將更快。因此,5G將不僅僅意味著10秒傳輸一部1GB電影,其還將支撐例如云端游戲、虛擬現(xiàn)實等更多的應用。
2. 寶貴的頻帶資源
眾說周知,無線通信依托于電磁波傳播,最寶貴的資源莫過于頻帶。目前,電信業(yè)者已開始研究毫米波技術,以便找到最適合移動應用的頻率范圍。為了統(tǒng)一全球的毫米波頻率標準,國際電信聯(lián)盟(ITU)在近期的世界無線電通訊大會結(jié)束后,公布了24GHz到86GHz之間的全球可用頻率的建議列表,最后 28GHz、39GHz與73GHz三個頻帶逐漸脫穎而出。
基于28GHz在美國、韓國與日本的可用性,加之美國電信業(yè)者早期現(xiàn)場測試的投入,該頻譜無論是否成為國際標準,都可能直接成為美國的移動技術應用。此外,韓國于2018年奧運展示5G技術的目標,也可能在標準組織確定5G標準之前,率先推動28GHz技術用于消費型產(chǎn)品上。盡管目前仍無法確認28GHz是否可以廣泛用于5G應用,但該頻率在現(xiàn)階段絕對非常重要。
在進行28GHz相關研究的同時,E波段(E-band)頻率在近幾年也引起了移動通訊領域的關注。開篇所說的華為與沃達豐,正是在E-Band微波上對5G進行室外現(xiàn)場測試。此外,區(qū)分73GHz與28GHz、39GHz三者關系的其中一項特性,就是可用的連續(xù)帶寬。
73GHz中有2GHz的連續(xù)帶寬可用于移動通訊,這是擬議頻率頻譜中范圍最廣的;28GHz僅提供850MHz的帶寬;在美國,39GHz附近就有兩個頻帶提供1.6GHz與1.4GHz帶寬。此外,根據(jù)Shannon定律,即更高的帶寬代表更高的數(shù)據(jù)傳輸量,73GHz與另外兩個頻率相較更具優(yōu)勢。
3. 毫米波的特性
說了這么多,毫米波又具備哪些特性呢?從理論上講,毫米波是光波向低頻的發(fā)展與微波向高頻的延伸。由于毫米波的獨有特性,使其在傳播時不易受到自然光和熱輻射源的影響,不光是通信,其還可應用于雷達、制導等諸多領域。
說了這么多,毫米波又具備哪些特性呢?從理論上講,毫米波是光波向低頻的發(fā)展與微波向高頻的延伸,可通過空氣就可傳輸信號。由于毫米波的獨有特性,使其在傳播時不易受到自然光和熱輻射源的影響,不光是通信,其還可應用于雷達、制導等諸多領域。
例如利用大氣窗口的毫米波頻率,可實現(xiàn)大容量的衛(wèi)星到地面通信,利用高分辨率的毫米波輻射計遙感氣象參數(shù),還可以使用射電天文望遠鏡探測宇宙空間的輻射波譜,從而推斷星際物質(zhì)的成分?,F(xiàn)在,對于網(wǎng)絡信號的傳輸,毫米波技術也產(chǎn)生了巨大助力。
于用戶而言,使用毫米波技術的無線寬帶,其速度遠高于從有線電視公司或電話公司獲得的寬帶速度。盡管現(xiàn)在已有WIFI、LIFI等上網(wǎng)技術,但通過空氣傳輸信號的毫米波技術無疑是另一種不錯的替代方案。
4. 5G通信的關鍵所在
當然,事物都有兩面性,毫米波亦是如此。盡管毫米波技術用途廣泛,但其也不可避免地存有短板。例如其傳播距離最多只能在200米左右,無法實現(xiàn)遠距離傳輸,又或是毫米波的穿透能力不強,在空氣中衰減較大,遇到墻或者其他阻礙就無法發(fā)揮作用。
不過,毫米波在空氣中傳輸衰減大也是可以為我們所用的。只要想辦法提升毫米波的傳輸距離,出于成本考慮,距離越大所需建設的網(wǎng)絡基站就越少,也就越節(jié)省成本。因此,在網(wǎng)絡技術傳輸方面,毫米波尚不能單獨使用,需與其他技術結(jié)合形成疊加型網(wǎng)絡,共同實現(xiàn)對網(wǎng)絡信號的傳輸功能。
若能使用毫米波小基站,則有利于解決宏基站和小基站切換頻繁,而造成用戶體驗差的問題。宏基站可以作為移動通信的控制平面在低頻段工作,毫米波小基站可作為移動通信的用戶數(shù)據(jù)平面在高頻段工作,二者配合的相得益彰。
此外,用毫米波信道作為移動通信回程,可根據(jù)數(shù)據(jù)流量的實際情況隨時部署新的小基站,也可在閑置或輕流量時段關閉小基站。部署靈活,還可降低能耗,節(jié)約資源。毫米波的另一個特點就是天線的物理尺寸可以較小,原因在于天線的物理尺寸正比于波段的波長,因此硬件廠商可以更方便的在移動設備上配備毫米波的天線陣列,從而實現(xiàn)各種MIMO技術。
盡管目前,我們還不清楚5G技術未來究竟如何發(fā)展,但可以確定的是毫米波因其特有的優(yōu)勢,無疑將成為5G網(wǎng)絡發(fā)展中的關鍵技術。盡管毫米波存在著傳輸距離與穿透力問題上的缺陷,但其應用前景卻是極為廣闊的。下一步,只需確定移動通訊要使用哪一種毫米波頻帶。