為什么5G能比4G快十倍？看了這篇文章應(yīng)該就會明白了

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[導(dǎo)讀]按照預(yù)期，最終5G的傳輸速率將可實現(xiàn)1Gb/s，比4G快十倍以上，要如何實現(xiàn)？這其中的關(guān)鍵技術(shù)在于5G采用了毫米波。

距離2020年5G正式商用的期限，越來越近。目前，各大廠商都在加快自己在5G技術(shù)上的測試工作。日前，華為與沃達豐共同完成了5G毫米波室外現(xiàn)場測試，實現(xiàn)單用戶設(shè)備20Git/s的峰值傳輸速度。

不過，按照預(yù)期，最終5G的傳輸速率將可實現(xiàn)1Gb/s，比4G快十倍以上，要如何實現(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？這會是5G實現(xiàn)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵所在嗎？實際上，毫米波是指波長在1～10毫米的電磁波，其頻率大約在30GHz~300GHz之間。它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼具兩種波普的特點。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。

從通信原理來看，無線通信最大信號帶寬約在載波頻率的5%左右，也就是說，載波頻率越高，其可實現(xiàn)的信號帶寬也就越大。此外，在毫米波頻段中，28GHz與60GHz是最有望應(yīng)用在5G通信的兩個頻段。其中，28GHz的可用頻譜帶寬可達1GHz，60GHz每個信道的可用信號帶寬則可達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)實等更多的應(yīng)用。

2. 寶貴的頻帶資源

眾說周知，無線通信依托于電磁波傳播，最寶貴的資源莫過于頻帶。目前，電信業(yè)者已開始研究毫米波技術(shù)，以便找到最適合移動應(yīng)用的頻率范圍。為了統(tǒng)一全球的毫米波頻率標準，國際電信聯(lián)盟（ITU）在近期的世界無線電通訊大會結(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三個頻帶逐漸脫穎而出。

基于28GHz在美國、韓國與日本的可用性，加之美國電信業(yè)者早期現(xiàn)場測試的投入，該頻譜無論是否成為國際標準，都可能直接成為美國的移動技術(shù)應(yīng)用。此外，韓國于2018年奧運展示5G技術(shù)的目標，也可能在標準組織確定5G標準之前，率先推動28GHz技術(shù)用于消費型產(chǎn)品上。盡管目前仍無法確認28GHz是否可以廣泛用于5G應(yīng)用，但該頻率在現(xiàn)階段絕對非常重要。

在進行28GHz相關(guān)研究的同時，E波段(E-band)頻率在近幾年也引起了移動通訊領(lǐng)域的關(guān)注。開篇所說的華為與沃達豐，正是在E-Band微波上對5G進行室外現(xiàn)場測試。此外，區(qū)分73GHz與28GHz、39GHz三者關(guān)系的其中一項特性，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，39GHz附近就有兩個頻帶提供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與另外兩個頻率相較更具優(yōu)勢。

3. 毫米波的特性

說了這么多，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。由于毫米波的獨有特性，使其在傳播時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、制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域。

說了這么多，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，可通過空氣就可傳輸信號。由于毫米波的獨有特性，使其在傳播時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、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遙感氣象參數(shù)，還可以使用射電天文望遠鏡探測宇宙空間的輻射波譜，從而推斷星際物質(zhì)的成分。現(xiàn)在，對于網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸，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)的無線寬帶，其速度遠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)，但通過空氣傳輸信號的毫米波技術(shù)無疑是另一種不錯的替代方案。

4. 5G通信的關(guān)鍵所在

當然，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，無法實現(xiàn)遠距離傳輸，又或是毫米波的穿透能力不強，在空氣中衰減較大，遇到墻或者其他阻礙就無法發(fā)揮作用。

不過，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，毫米波尚不能單獨使用，需與其他技術(shù)結(jié)合形成疊加型網(wǎng)絡(luò)，共同實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸功能。

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，而造成用戶體驗差的問題。宏基站可以作為移動通信的控制平面在低頻段工作，毫米波小基站可作為移動通信的用戶數(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通信回程，可根據(jù)數(shù)據(jù)流量的實際情況隨時部署新的小基站，也可在閑置或輕流量時段關(guān)閉小基站。部署靈活，還可降低能耗，節(jié)約資源。毫米波的另一個特點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，因此硬件廠商可以更方便的在移動設(shè)備上配備毫米波的天線陣列，從而實現(xiàn)各種MIMO技術(shù)。

盡管目前，我們還不清楚5G技術(shù)未來究竟如何發(fā)展，但可以確定的是毫米波因其特有的優(yōu)勢，無疑將成為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，只需確定移動通訊要使用哪一種毫米波頻帶。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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