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5G网络灵魂所在 5分钟看懂毫米波

5G手机即将在今年广泛推出,工信部方面已经表示,在下半年会在一些地区开展5G试商用,5G手机也会在这个时间后逐渐发布。5G网络会带来众多全新的体验,对于我们大众用户来说,5G最能够吸引我们的元素,还得说是是超越4G数倍的网络速度了。

5G能够有着数倍乃至数十倍4G LTE的网络速度,离不开背后所使用的各种新技术与新标准,毫米波技术的使用无疑就是其中的最关键一环。

毫米波是什么

毫米波究竟是个什么东西?其实我们翻翻高中物理课本就能清楚,其本质上就是一种高频电磁波,它是波长1-10毫米的电磁波,通常来说就是频率在30GHz-300GHz之间的电磁波。是5G通讯中所使用的主要频段之一。

5G通讯中主要使用两个通讯频段,Sub-6GHz为低频频段,它主要使用6GHz以下频段进行通讯。毫米波频段则使用24GHz-100GHz的高频毫米波进行通讯。目前5G对于毫米波的利用,大多集中在24GHz/28GHz/39GHz/60GHz几个频段之中。

毫米波的简单介绍到此为止。回到最初的问题,网络速度的提升跟毫米波有什么关系?这里我们不需要提及那些生涩难懂技术,只要举个例子分分钟就能理解。

网络通讯速度的根本,其实就是单位时间内所能接收到的数据多少。通讯基站与手机就好比两个物流站点之间进行货物的传输,货物就是需要传输的数据,连接两个站点之间的正是我们通讯所使用的电磁波,它就好比一条高速公路一般;相互之间的数据传输,则如同一辆辆卡车中的货物。

想要将全部的货物运送到另一端,我们可以加大卡车的容量,让其可以一次运送更多的货物,从而在在卡车速度被固定的情况下(电磁波传输速度固定为光速),在更短的时间内将货物运送完毕。简单来说就是提高通讯电磁波中可以承载的数据量,来提高通讯效率,来加快网络速率。

比如目前使用的256-QAM就是基于这样的原理来提高网络速率的,但这种做法具有一定的局限性。它并非能够无限制的提升效率,这种方法一是会造成射频信号的功耗增加,另一方面也会让其更容易受到噪声的干扰,造成解码时的错误。换成卡车的概念则更容易理解,一辆卡车的体积有限,你无论如何也不能将其打造成火车。

另一种方式则是提高车道,让能够同行的卡车数量增加,这也就是提高带宽,来实现更快的网络速率。这其实也不难理解,车道越多,单位时间内通行的卡车数量也就越多,也就是单位时间内能够接收到的数据越多,反应在网速上无疑就是更快的速度了。

好了,接下来就是关于毫米波的问题了。通过以上的分析,我们不难得出结论,提高网络速率最简单粗暴的方式,就是加强带宽。根据通讯方面的原理,通讯信号频率与其最大带宽是呈正比的,其大概是频率的5%,以28GHz毫米波为例,其理论最大带宽就有1.4GHz,比起目前4G LTE所使用的800Mhz-2600MHz信号100Mhz左右的带宽相比,先天性就有着十倍以上的带宽差距。

毫米波单载波就能达到100MHz带宽

载波聚合技术也能够提高带宽,它能够将多个载波整合在一起,来实现更高的系统带宽。但是载波聚合的使用也是受到频谱资源的限制的,在目前的4G LTE频谱资源上,频谱资源十分稀缺,国内频谱资源最丰富的中国移动也只有130MHz的频谱资源。相比较之下,毫米波的频谱资源十分丰富,能够被分配给运营商的频段极为广阔,甚至可以分配出诸多连续的优质频段。

带宽高、资源好、速度快,这就是毫米波的优势所在,也是5G为何要使用毫米波作为载体的根本原因所在。目前毫米波技术已经表现得比较成熟了,高通方面就曾经为我们进行了这方面的展示,其通过利用8个100MHz信道组成800MHz的高带宽,网络速率上已经接近5Gbps,比起Sub-6GHz的最高速率还有着成倍的提升。

毫米波使用也有难度

毫米波其实并非是新技术,早在很久之前就出现了,只是没有被广泛应用。因为其在通讯中受到环境因素的很大制约。由于其波长较短,因此衍射能力不强,对于建筑物的穿透力几乎等于没有,稍有障碍物就会导致信号传播受阻。空气中的水分子也能够吸收毫米波,造成其能量的衰减,传播范围极为有限。甚至是人体本身也会对毫米波产生致命的干扰,人手就能够完全阻断毫米波信号。

对于毫米波应用的技术方案,现在的通讯行业有了成熟的解决方案。4G信号的传输,是属于区域覆盖,类似于水波纹,没有十分精准的方向性。毫米波信号的传输,则可以看做是点对点的动态传输,它能够精准的识别基站与手机之间的位置和距离,将毫米波信号集中在一起,形成一道高能量的波束,再运用波束追踪技术直接进行定向传输。这种传输方式的能量集中,具有较好的抗干扰性,完美的弥补了毫米波先天性的不足之处,使其能够支持商用环境。

在手机终端中接收与发射毫米波,同样是需要解决的难题。毫米波的波长短,相应所需要的天线长度也要短,可以减少手机内部的天线占用空间,这是毫米波的优势。不过毫米波在手机终端的使用上,也面临着射频发射、天线、放大、接收等全方面的设计难题。

好在目前在手机终端的毫米波使用上,也有了完备的解决方案。这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线模组QTM525,集成了毫米波传输中的天线、信号收发、放大等一系列功能,将这些功能集合在了一个十分“袖珍”的模组之中。手机终端只要运用该模组,就能够直接解决毫米波通讯的问题。QTM525毫米波天线模组,能够在一部手机中部署四个,全方位覆盖手机的四边,让用户无论是橫置还是单手握持,总能够保证有一组天线的通畅,确保毫米波通讯的可靠。

QTM525毫米波天线模组的体积控制极佳,搭载该模组的手机,能够将手机的厚度控制在8mm,这个厚度与目前的4G手机相当,能够延续手机设计纤薄特性,它能够让5G手机有着如同4G手机版的精美纤薄设计。

5G手机的纤薄性不是问题

QTM,525实际上已经是高通的第二代5G毫米波天线模组。早在去年7月,高通就发布了首代毫米波模组QTM052,与骁龙X50调制解调器配合为全球首批5G手机提供毫米波支持。鉴于今年上市的5G手机绝大部分都将采用骁龙855移动平台+骁龙X50的组合,对于其中数家厂商推出的支持毫米波的5G手机终端而言,毫米波不再是难题,只待运营商的网络建成后,用户即可体验到毫米波所带来的疾速体验。

毫米波是5G不可或缺的部分

开头我们就已经明确了,毫米波是5G通讯中的一部分,是5G通讯中的两大主要频段之一,它所带给5G的不止是极快的网络速度,更是5G差异化体验的重要组成部分。

5G网络是一个复杂的网络环境,毫米波是最为闭环中处于圆心周围的最核心体验,它所呈现的是极限的速度,但是网络信号的覆盖范围有所局限;Sub-6GHz频段兼顾了速度与信号覆盖范围,有着均衡的表现;除此之外,千兆级LTE网络在5G环境中也是不可或缺的,它有着最优秀的信号覆盖,能够在5G信号覆盖不到的地方,保证用户不出现断崖式的糟糕体验。

无论是毫米波、Sub-6GHz,都是5G不可或缺的一部分。毫米波作为其中技术难度最高的,或许在5G初期不太被重视,但缺了毫米波的5G,借用一句现在的流行用语,那就是没有灵魂的5G了。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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