是什麼讓5G的峰值速度高達20Gb/s?一文看懂毫米波技術

雷鋒網(公眾號：雷鋒網)按：隨著視頻內容的爆發，如今的移動用戶已經不再滿足現有的上網速度，希望電信商能夠提供更快的數據傳輸速度、以及更可靠的網絡服務，而下一代通信技術5G就是在此背景下誕生的。

雖然現在5G還處在規劃階段，但是整個行業都在共同努力，希望能夠確定5G的最終形態。但是這個行業的所有參與者都必定同意這一點：隨著移動用戶數量及其需求的上升，5G必須比如今的蜂窩網絡基站更快地處理更多的流量。

為了實現這一點，無線通訊的工程師正在設計一套全新的技術。利用這些技術，5G數據傳輸的延遲將不超過1毫秒（相比之下，今天的4G網絡的延遲約為70毫秒），而且數據下載的峰值速度將可以高達20Gb/s（4G為1Gb/s）。

目前還不清楚，從長遠來看哪些技術將是5G中最關鍵的，但是已經有一些早期技術脫穎而出。這些技術包括毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形。

今天的無線網絡遇到的非常重要的一個問題就是：越來越多的人和設備正在消耗比以前多得多數據，但是他們依舊擁擠在電信公司一直使用的與無線電頻譜相同的頻段上。這意味著每個人被分配到的帶寬有限，導致速度下降、掉線情況時有發生。

隨著連接到無線網絡設備的數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這極大的影響了用戶的體驗。而毫米波技術就是解決這一問題的關鍵。

什麼是毫米波？

與以前用於行動裝置的5Ghz以下的頻段相比，毫米波在30GHz和300GHz之間的頻率進行傳輸。它們被稱為毫米波，是因為這些頻段的波長在1毫米到10毫米之間，而如今用於智慧型手機的無線電波的波長大多為幾十釐米。

迄今為止，毫米波只在雷達系統和衛星上有應用。現在，一些蜂窩網絡提供商已經開始使用毫米波在諸如兩個基站這樣的固定點之間傳輸數據，但是使用毫米波將移動用戶與附近的基站相連則是一種全新的方法。

毫米波技術有什麼優點？

雷鋒網此前曾報導，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。相對於提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法顯得更簡單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬翻倍則可以實現的數據傳輸速率也翻倍。但問題是，現在常用的5GHz以下的頻段已經非常擁擠，到哪裡去找新的頻譜資源呢？5G使用毫米波就是通過第二種方法來提升速率。

根據通信原理，無線通信的最大信號帶寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可實現的信號帶寬也越大。在毫米波頻段中，28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個頻段。28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則到了2GHz（整個9GHz的可用頻譜分成了四個信道）。

相比而言，4G-LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下，而可用頻譜帶寬只有100MHz。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬輕輕鬆鬆就翻了10倍，傳輸速率也可得到巨大提升。

毫米波技術有什麼缺點？

除了優點之外，毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建築物或者障礙物，並且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什麼5G網絡將會採用小基站的方式來加強傳統的蜂窩塔。

由於毫米波的頻率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎。可以預見的是，未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

矽說作者李一雷曾表示，目前，各大廠商對5G頻段使用的規劃，是在戶外開闊地帶使用較傳統的6GHz以下頻段以保證信號覆蓋率，而在室內則使用微型基站加上毫米波技術實現超高速數據傳輸。

憑藉毫米波和其他5G技術，工程師希望5G網絡不僅能夠為智慧型手機用戶提供服務，而且能夠在無人駕駛汽車、VR以及物聯網等領域發揮重要作用。

研究人員和公司已經為5G設定了很高的期望，並承諾為消費者提供超低延遲和創紀錄的數據速度。如果他們能夠解決剩下的挑戰，並弄清楚如何讓整個系統協同工作，那麼超快的5G服務有望在未來5年內商用。

*本文綜合了雷鋒網文章《5G比4G強在哪？看完這篇文章你就明白了》和《如何實現比4G快十倍？毫米波技術是5G的關鍵》的部分內容。

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