為什么5G能比4G快十倍？看了這篇文章應(yīng)該就會(huì)明白了

　　距離2020年5G正式商用的期限，越來(lái)越近。目前，各大廠商都在加快自己在5G技術(shù)上的測(cè)試工作。記得在上周，華為與沃達(dá)豐共同完成了5G毫米波室外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)單用戶設(shè)備20Git/s的峰值傳輸速度。不過(guò)，按照預(yù)期，最終5G的傳輸速率將可實(shí)現(xiàn)1Gb/s，比4G快十倍以上，要如何實(shí)現(xiàn)?這其中的關(guān)鍵技術(shù)在于5G采用了毫米波。

　　1. 什么是毫米波

　　什么是毫米波?這會(huì)是5G實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵所在嗎?實(shí)際上，毫米波是指波長(zhǎng)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(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍，因而兼具兩種波普的特點(diǎn)。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(lái)看，無(wú)線通信最大信號(hào)帶寬約在載波頻率的5%左右，也就是說(shuō)，載波頻率越高，其可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)帶寬也就越大。此外，在毫米波頻段中，28GHz與60GHz是最有望應(yīng)用在5G通信的兩個(gè)頻段。其中，28GHz的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，60GHz每個(gè)信道的可用信號(hào)帶寬則可達(dá)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(shí)等更多的應(yīng)用。

　　2. 寶貴的頻帶資源

　　眾說(shuō)周知，無(wú)線通信依托于電磁波傳播，最寶貴的資源莫過(guò)于頻帶。目前，電信業(yè)者已開(kāi)始研究毫米波技術(shù)，以便找到最適合移動(dòng)應(yīng)用的頻率范圍。為了統(tǒng)一全球的毫米波頻率標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在近期的世界無(wú)線電通訊大會(huì)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(gè)頻帶逐漸脫穎而出。

　　基于28GHz在美國(guó)、韓國(guó)與日本的可用性，加之美國(guó)電信業(yè)者早期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的投入，該頻譜無(wú)論是否成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，都可能直接成為美國(guó)的移動(dòng)技術(shù)應(yīng)用。此外，韓國(guó)于2018年奧運(yùn)展示5G技術(shù)的目標(biāo)，也可能在標(biāo)準(zhǔn)組織確定5G標(biāo)準(zhǔn)之前，率先推動(dòng)28GHz技術(shù)用于消費(fèi)型產(chǎn)品上。盡管目前仍無(wú)法確認(rèn)28GHz是否可以廣泛用于5G應(yīng)用，但該頻率在現(xiàn)階段絕對(duì)非常重要。

　　在進(jìn)行28GHz相關(guān)研究的同時(shí)，E波段(E-band)頻率在近幾年也引起了移動(dòng)通訊領(lǐng)域的關(guān)注。開(kāi)篇所說(shuō)的華為與沃達(dá)豐，正是在E-Band微波上對(duì)5G進(jìn)行室外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。此外，區(qū)分73GHz與28GHz、39GHz三者關(guān)系的其中一項(xiàng)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(dòng)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(guó)，39GHz附近就有兩個(gè)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(gè)頻率相較更具優(yōu)勢(shì)。

　　3. 毫米波的特性

　　說(shuō)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(dú)有特性，使其在傳播時(shí)不易受到自然光和熱輻射源的影響，不光是通信，其還可應(yīng)用于雷達(dá)、制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域。

　　說(shuō)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(guò)空氣就可傳輸信號(hào)。由于毫米波的獨(dú)有特性，使其在傳播時(shí)不易受到自然光和熱輻射源的影響，不光是通信，其還可應(yīng)用于雷達(dá)、制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域。

　　例如利用大氣窗口的毫米波頻率，可實(shí)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(jì)遙感氣象參數(shù)，還可以使用射電天文望遠(yuǎn)鏡探測(cè)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸，毫米波技術(shù)也產(chǎn)生了巨大助力。

　　于用戶而言，使用毫米波技術(shù)的無(wú)線寬帶，其速度遠(yuǎn)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(shù)，但通過(guò)空氣傳輸信號(hào)的毫米波技術(shù)無(wú)疑是另一種不錯(cuò)的替代方案。

　　4. 5G通信的關(guān)鍵所在

　　當(dāng)然，事物都有兩面性，毫米波亦是如此。盡管毫米波技術(shù)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(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，又或是毫米波的穿透能力不強(qiáng)，在空氣中衰減較大，遇到墻或者其他阻礙就無(wú)法發(fā)揮作用。

　　不過(guò)，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(shè)的網(wǎng)絡(luò)基站就越少，也就越節(jié)省成本。因此，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸方面，毫米波尚不能單獨(dú)使用，需與其他技術(shù)結(jié)合形成疊加型網(wǎng)絡(luò)，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(yàn)差的問(wèn)題。宏基站可以作為移動(dòng)通信的控制平面在低頻段工作，毫米波小基站可作為移動(dòng)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(dòng)通信回程，可根據(jù)數(shù)據(jù)流量的實(shí)際情況隨時(shí)部署新的小基站，也可在閑置或輕流量時(shí)段關(guān)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(gè)特點(diǎn)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(zhǎng)，因此硬件廠商可以更方便的在移動(dòng)設(shè)備上配備毫米波的天線陣列，從而實(shí)現(xiàn)各種MIMO技術(shù)。

　　盡管目前，我們還不清楚5G技術(shù)未來(lái)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(shì)，無(wú)疑將成為5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)。盡管毫米波存在著傳輸距離與穿透力問(wèn)題上的缺陷，但其應(yīng)用前景卻是極為廣闊的。下一步，只需確定移動(dòng)通訊要使用哪一種毫米波頻帶。