毫米波是今年如火如荼的话题之一,原因在于毫米波使 5G 技术成为可能。那么,5G 网络是如何借助毫米波发展自身的呢?心怀这个疑问来看看本文吧。在本文中,将通俗易懂地向大家介绍毫米波的基本知识,并阐述毫米波与 5G 间的“血肉”关联。

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,让用户无论是横置还是单手握持,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。

 


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。