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信号那么弱,毫米波为何还能成为5g“新宠”?-龙8app登录

      2020年,是业内公认的5g建设大年,在新基建大潮和政策的持续加码下,5g蓄势待发。

       众所周知,5g频段主要分为sub-6ghz和毫米波(24ghz-86ghz)两大类,目前国内的5g场景应用都是在sub-6ghz之下的案例。

      而毫米波作为高频波,其因传输距离短、“一纸就能挡住信号”等劣势,一直以来未能入运营商“法眼”。但在sub6ghz的5g网络下,单用户峰值速率仍在百兆水平。

 

      为满足5g所期望的8大kpi指标,更大的带宽资源只得向高频方向探寻,毫米波频段超高的传输速率、超大的容量和极低的时延,或成为5g下一阶段发展的重要方向。

 

毫米波或成5g发展关键

     根据3gpp协议规定,5g网络主要使用两段频率:fr1频段和fr2频段

     fr1频段的频率范围是450mhz-6ghz,又称sub-6ghz频段;fr2频段的频率范围是24.25ghz-52.6ghz,通常被称为毫米波(mmwave)。业界对6ghz以下频段已非常熟悉,当前4g lte网络都运行于该频段,对于毫米波则相对陌生。

 

    所谓毫米波,是指波长为1至10毫米的电磁波,具有带宽大、波束窄的特点,在过去其仅用在卫星通信、雷达定位等军事化领域。

 

 

      它的优势很突出,高速率、高容量,毫米波可提供高达400至800mhz极大的载波带宽,相比4g的20mhz有数十倍提升,可将5g网络的传输速率提高至10gbps的水平。

 

      其劣势也很明显,毫米波传输距离短,中间如果有树木遮挡、天气如果下雨、雾霾都会对传输造成影响。

 

     甚至有人比喻说,一片树叶、一张纸、甚至是一滴水的遮挡,就可以让毫米波5g信号彻底“翻车”。

 

     只要基站和手机之间有遮挡,可能转个身,网络会立刻回落到4g。而采用sub-6ghz和毫米波同时覆盖的运营商则相安无事。想要5g毫米波体验好,必须建很多基站——几乎每个角落都需要。

 

      这也是为什么在移动通信发展的30年间,毫米波一直被处于移动通信的“荒芜之地”。

 

      随着5g建设浪潮到来,毫米波技术的推进将会是关键。据悉,目前广泛应用的基于sub-6ghz频段的4g lte蜂窝系统可使用的最大带宽是100mhz,数据速率不超过1gbps。而在毫米波频段,可使用的最大带宽是400mhz,数据速率高达10gbps甚至更高。在5g时代,这样的带宽表现才能满足用户对特定场景的需求。通俗地说,就是5g毫米波网速很快,比sub-6ghz的5g更快。itu imt-2020规范要求5g速度可以达到20gbit/s,单靠sub-6ghz是搞不定的,得用上毫米波。

 

     5g与毫米波的完美结合,除了速率高之外,良好的方向性,能够清晰的观察到目标的每一个细节。此外,毫米波的传输质量高,电磁频谱极为干净,受到干扰少,信号稳定。

 

     另外,毫米波本身的频谱资源也更为丰富。30ghz之内的频谱资源已被各个运营商、机构瓜分殆尽,此时未经开垦的毫米波就留给了运营商广阔的资源空间。更重要的是,载波频率的提高意味着天线的变小,这意味着可以通过增加天线数量来补偿高频路径损耗,而又不会增加天线阵列的尺寸。

 

5g毫米波技术受重视

 

      5g的到来,让越来越多的国家和公司开始在毫米波频谱中支持5g。欧美日韩等国已率先完成5g毫米波频谱划分,并部分开始商用,重点为高价值区域提供高性能5g服务。

 

      其中,美国高通率先5g毫米波的研究,其推出了骁龙865和外挂x55基带支持毫米波的5g芯片;三星正在韩国和美国研究毫米波技术。三星最近在5g传输速率的测试中,通过将800mhz的毫米波频谱与mu-mimo(多用户、多输入、多输出)技术相结合,将信号从其接入单元发送到两个配备最新5g调制解调器芯片组的测试终端上,从而实现业内最快的5g传输速率。

 

 

      在我国,前不久工信部前不久印发的《关于推动5g加快发展的通知》提到,要持续加大5g技术研发力度,加强5g技术和标准研发。组织开展5g行业虚拟专网研究和试点,打通标准、技术、应用、部署等关键环节。同时《通知》中还提到,要适时发布部分5g毫米波频段频率使用规划,开展5g行业(含工业互联网)专用频率规划研究,适时实施技术试验频率许可。

 

      未来几年,预计将有超过15个国家加入5g毫米波俱乐部。

 

      使用5g毫米波频谱的移动运营商可以为用户提供更快的网络连接速度,还可以提供以前移动互联网上从未提供过的新服务,如ar远程学习、8k在线视频、vr远程会议等。

 

      工程院院士邬贺铨表示,在频率问题上,我们现在是工作在6ghz(千兆赫兹)以下的频段,这个频段与毫米波频段相比建网相对更快一些,但能得到的最高峰值带宽不如毫米波频段,所以未来中国5g还要采用毫米波频段。

 

实现商用仍需努力

 

     毫米波对未来5g的发展至关重要,同时,随着5g建设的加快,毫米波也将迎来广阔的发展空间。

 

     据gsma报告预测,在工业4.0场景和互联交通运输场景中部署5g毫米波应用将会带来诸多益处。毫米波频谱,特别是24.25-27.5ghz和37-43.5ghz频段中的毫米波频谱,能够提供为大量数据密集型5g应用所需求带宽而必须的连续频谱。

 

     报告还预测了中国5g毫米波的应用场景结构,其中,垂直行业领域中的制造业和水电等公用事业是目前可见贡献最大的行业,占贡献总数的62%;其次是专业服务和金融服务占12%;信息通信和贸易占10%;然后是农业和矿业,最后是公共服务。在5g毫米波所带来的创新服务推动下,到2034年中国将占亚太地区2120亿美元经济增长额的53%。

 

 

      尽管如此,目前,毫米波要实现商用仍存在一些问题需要解决。毫米波在通信中应用,5g是首次应用于蜂窝通信,之前都是用于点对点中继或室内wlan为主,在蜂窝通信中应用,需要的产业链与点对点传输会有所不同,包括对性能的需求,处理能力不会完全一致的,所以很多方面需要完善。

 

      有专家表示,毫米波相对于低频段,整体产业链完善程度还不足够,包括器件的成熟度等,还需要进一步推动整体产业链成熟。

 

      如,毫米波技术对基带芯片、射频芯片、天线、变频器、移相器、功放、低噪放、射频开关等关键器件提出了新要求。

 

 

      中国目前重点关注于sub-6ghz的5g商用,在这个窗口期,国内的毫米波上下游产业应该尽快技术积累,缩小与国外顶尖水平的差距,同时,3gpp对于52.6ghz以上通信标准在r17中准备立项,这部分频率的通信标准还没有完成,也需要推动完成。另外,在什么样的应用场景下能充分发挥毫米波的优势,降低劣势,也是整个行业要充分论证的。

 

      gsma大中华区公共政策总经理关舟表示,一段新的频谱从划分到真正的商用一般会需要7到10年,从国际电联划分到相关产业研究到最后的商用需要时间很长。当然,从长期来看,特别是在超高速率,高带宽的需求上,毫米波的应用是很难取代的。

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