21IC電子網 發表於 2020-04-08 11:25:57
毫米波是今年如火如荼的話題之一，原因在於毫米波使5G技術成為可能。那麼，5G網絡是如何藉助毫米波發展自身的呢？心懷這個疑問來看看本文吧。在本文中，將通俗易懂地向大家介紹毫米波的基本知識，並闡述毫米波與5G間的「血肉」關聯。
毫米波是什麼
毫米波究竟是個什麼東西？其實我們翻翻高中物理課本就能清楚，其本質上就是一種高頻電磁波，它是波長1－10毫米的電磁波，通常來說就是頻率在30GHz－300GHz之間的電磁波。是5G通訊中所使用的主要頻段之一。
5G通訊中主要使用兩個通訊頻段，Sub－6GHz為低頻頻段，它主要使用6GHz以下頻段進行通訊。毫米波頻段則使用24GHz－100GHz的高頻毫米波進行通訊。目前5G對於毫米波的利用，大多集中在24GHz／28GHz／39GHz／60GHz幾個頻段之中。
毫米波的簡單介紹到此為止。回到最初的問題，網絡速度的提升跟毫米波有什麼關係？這裡我們不需要提及那些生澀難懂技術，只要舉個例子分分鐘就能理解。
網絡通訊速度的根本，其實就是單位時間內所能接收到的數據多少。通訊基站與手機就好比兩個物流站點之間進行貨物的傳輸，貨物就是需要傳輸的數據，連接兩個站點之間的正是我們通訊所使用的電磁波，它就好比一條高速公路一般；相互之間的數據傳輸，則如同一輛輛卡車中的貨物。
想要將全部的貨物運送到另一端，我們可以加大卡車的容量，讓其可以一次運送更多的貨物，從而在在卡車速度被固定的情況下（電磁波傳輸速度固定為光速），在更短的時間內將貨物運送完畢。簡單來說就是提高通訊電磁波中可以承載的數據量，來提高通訊效率，來加快網絡速率。
比如目前使用的256－QAM就是基於這樣的原理來提高網絡速率的，但這種做法具有一定的局限性。它並非能夠無限制的提升效率，這種方法一是會造成射頻信號的功耗增加，另一方面也會讓其更容易受到噪聲的幹擾，造成解碼時的錯誤。換成卡車的概念則更容易理解，一輛卡車的體積有限，你無論如何也不能將其打造成火車。
另一種方式則是提高車道，讓能夠同行的卡車數量增加，這也就是提高帶寬，來實現更快的網絡速率。這其實也不難理解，車道越多，單位時間內通行的卡車數量也就越多，也就是單位時間內能夠接收到的數據越多，反應在網速上無疑就是更快的速度了。
好了，接下來就是關於毫米波的問題了。通過以上的分析，我們不難得出結論，提高網絡速率最簡單粗暴的方式，就是加強帶寬。根據通訊方面的原理，通訊信號頻率與其最大帶寬是呈正比的，其大概是頻率的5％，以28GHz毫米波為例，其理論最大帶寬就有1．4GHz，比起目前4G LTE所使用的800Mhz－2600MHz信號100Mhz左右的帶寬相比，先天性就有著十倍以上的帶寬差距。
毫米波單載波就能達到100MHz帶寬
載波聚合技術也能夠提高帶寬，它能夠將多個載波整合在一起，來實現更高的系統帶寬。但是載波聚合的使用也是受到頻譜資源的限制的，在目前的4G LTE頻譜資源上，頻譜資源十分稀缺，國內頻譜資源最豐富的中國移動也只有130MHz的頻譜資源。相比較之下，毫米波的頻譜資源十分豐富，能夠被分配給運營商的頻段極為廣闊，甚至可以分配出諸多連續的優質頻段。
帶寬高、資源好、速度快，這就是毫米波的優勢所在，也是5G為何要使用毫米波作為載體的根本原因所在。目前毫米波技術已經表現得比較成熟了，高通方面就曾經為我們進行了這方面的展示，其通過利用8個100MHz信道組成800MHz的高帶寬，網絡速率上已經接近5Gbps，比起Sub－6GHz的最高速率還有著成倍的提升。
毫米波使用也有難度
毫米波其實並非是新技術，早在很久之前就出現了，只是沒有被廣泛應用。因為其在通訊中受到環境因素的很大制約。由於其波長較短，因此衍射能力不強，對於建築物的穿透力幾乎等於沒有，稍有障礙物就會導致信號傳播受阻。空氣中的水分子也能夠吸收毫米波，造成其能量的衰減，傳播範圍極為有限。甚至是人體本身也會對毫米波產生致命的幹擾，人手就能夠完全阻斷毫米波信號。對於毫米波應用的技術方案，現在的通訊行業有了成熟的解決方案。4G信號的傳輸，是屬於區域覆蓋，類似於水波紋，沒有十分精準的方向性。毫米波信號的傳輸，則可以看做是點對點的動態傳輸，它能夠精準的識別基站與手機之間的位置和距離，將毫米波信號集中在一起，形成一道高能量的波束，再運用波束追蹤技術直接進行定向傳輸。這種傳輸方式的能量集中，具有較好的抗幹擾性，完美的彌補了毫米波先天性的不足之處，使其能夠支持商用環境。
在手機終端中接收與發射毫米波，同樣是需要解決的難題。毫米波的波長短，相應所需要的天線長度也要短，可以減少手機內部的天線佔用空間，這是毫米波的優勢。不過毫米波在手機終端的使用上，也面臨著射頻發射、天線、放大、接收等全方面的設計難題。
好在目前在手機終端的毫米波使用上，也有了完備的解決方案。這其中以高通的方案最具代表性，其所打造的新一代毫米波天線模組QTM525，集成了毫米波傳輸中的天線、信號收發、放大等一系列功能，將這些功能集合在了一個十分「袖珍」的模組之中。手機終端只要運用該模組，就能夠直接解決毫米波通訊的問題。QTM525毫米波天線模組，能夠在一部手機中部署四個，全方位覆蓋手機的四邊，讓用戶無論是橫置還是單手握持，總能夠保證有一組天線的通暢，確保毫米波通訊的可靠。
QTM525毫米波天線模組的體積控制極佳，搭載該模組的手機，能夠將手機的厚度控制在8mm，這個厚度與目前的4G手機相當，能夠延續手機設計纖薄特性，它能夠讓5G手機有著如同4G手機版的精美纖薄設計。
QTM，525實際上已經是高通的第二代5G毫米波天線模組。早在去年7月，高通就發布了首代毫米波模組QTM052，與驍龍X50數據機配合為全球首批5G手機提供毫米波支持。鑑於今年上市的5G手機絕大部分都將採用驍龍855移動平臺＋驍龍X50的組合，對於其中數家廠商推出的支持毫米波的5G手機終端而言，毫米波不再是難題，只待運營商的網絡建成後，用戶即可體驗到毫米波所帶來的疾速體驗。
毫米波是5G不可或缺的部分
開頭我們就已經明確了，毫米波是5G通訊中的一部分，是5G通訊中的兩大主要頻段之一，它所帶給5G的不止是極快的網絡速度，更是5G差異化體驗的重要組成部分。
5G網絡是一個複雜的網絡環境，毫米波是最為閉環中處於圓心周圍的最核心體驗，它所呈現的是極限的速度，但是網絡信號的覆蓋範圍有所局限；Sub－6GHz頻段兼顧了速度與信號覆蓋範圍，有著均衡的表現；除此之外，千兆級LTE網絡在5G環境中也是不可或缺的，它有著最優秀的信號覆蓋，能夠在5G信號覆蓋不到的地方，保證用戶不出現斷崖式的糟糕體驗。
無論是毫米波、Sub－6GHz，都是5G不可或缺的一部分。毫米波作為其中技術難度最高的，或許在5G初期不太被重視，但缺了毫米波的5G，借用一句現在的流行用語，那就是沒有靈魂的5G了。
責任編輯：ct
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