5G通訊靈魂所在 5分鐘看懂毫米波

時間:2019-04-03

來源: PChome電腦之家

導語:5G手機即將在今年廣泛推出,工信部方面已經(jīng)表示,在下半年會在一些地區(qū)開展5G試商用,5G手機也會在這個時間后逐漸發(fā)布。

5G手機即將在今年廣泛推出,工信部方面已經(jīng)表示,在下半年會在一些地區(qū)開展5G試商用,5G手機也會在這個時間后逐漸發(fā)布。5G網(wǎng)絡會帶來眾多全新的體驗,對于我們大眾用戶來說,5G最能夠吸引我們的元素,還得說是是超越4G數(shù)倍的網(wǎng)絡速度了。

5G能夠有著數(shù)倍乃至數(shù)十倍4GLTE的網(wǎng)絡速度,離不開背后所使用的各種新技術與新標準,毫米波技術的使用無疑就是其中的最關鍵一環(huán)。

毫米波是什么

毫米波究竟是個什么東西?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對于毫米波的利用,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?;氐阶畛醯膯栴},網(wǎng)絡速度的提升跟毫米波有什么關系?這里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(wǎng)絡通訊速度的根本,其實就是單位時間內所能接收到的數(shù)據(jù)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?shù)臄?shù)據(jù),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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量,來提高通訊效率,來加快網(wǎng)絡速率。

比如目前使用的256-QAM就是基于這樣的原理來提高網(wǎng)絡速率的,但這種做法具有一定的局限性。它并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干擾,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(shù)量增加,這也就是提高帶寬,來實現(xiàn)更快的網(wǎng)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(shù)量也就越多,也就是單位時間內能夠接收到的數(shù)據(jù)越多,反應在網(wǎng)速上無疑就是更快的速度了。

好了,接下來就是關于毫米波的問題了。通過以上的分析,我們不難得出結論,提高網(wǎng)絡速率最簡單粗暴的方式,就是加強帶寬。根據(jù)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4GLTE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(xiàn)更高的系統(tǒng)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4GLTE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(xù)的優(yōu)質頻段。

帶寬高、資源好、速度快,這就是毫米波的優(yōu)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(jīng)表現(xiàn)得比較成熟了,高通方面就曾經(jīng)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(wǎng)絡速率上已經(jīng)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

毫米波其實并非是新技術,早在很久之前就出現(xiàn)了,只是沒有被廣泛應用。因為其在通訊中受到環(huán)境因素的很大制約。由于其波長較短,因此衍射能力不強,對于建筑物的穿透力幾乎等于沒有,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,傳播范圍極為有限。甚至是人體本身也會對毫米波產生致命的干擾,人手就能夠完全阻斷毫米波信號。

對于毫米波應用的技術方案,現(xiàn)在的通訊行業(yè)有了成熟的解決方案。4G信號的傳輸,是屬于區(qū)域覆蓋,類似于水波紋,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(tài)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,具有較好的抗干擾性,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(huán)境。

在手機終端中接收與發(fā)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占用空間,這是毫米波的優(yōu)勢。不過毫米波在手機終端的使用上,也面臨著射頻發(fā)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(fā)、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(xù)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。

5G手機的纖薄性不是問題

QTM,525實際上已經(jīng)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(fā)布了首代毫米波模組QTM052,與驍龍X50調制解調器配合為全球首批5G手機提供毫米波支持。鑒于今年上市的5G手機絕大部分都將采用驍龍855移動平臺+驍龍X50的組合,對于其中數(shù)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(wǎng)絡建成后,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(jīng)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(wǎng)絡速度,更是5G差異化體驗的重要組成部分。

5G網(wǎng)絡是一個復雜的網(wǎng)絡環(huán)境,毫米波是最為閉環(huán)中處于圓心周圍的最核心體驗,它所呈現(xiàn)的是極限的速度,但是網(wǎng)絡信號的覆蓋范圍有所局限;Sub-6GHz頻段兼顧了速度與信號覆蓋范圍,有著均衡的表現(xiàn);除此之外,千兆級LTE網(wǎng)絡在5G環(huán)境中也是不可或缺的,它有著最優(yōu)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(xiàn)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(xiàn)在的流行用語,那就是沒有靈魂的5G了。

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