是什么让5G的峰值速度高达20Gb/s？一文读懂毫米波

2017-05-09 09:08

随着视频内容的爆发，如今的移动用户已经不再满足现有的上网速度，希望电信商能够提供更快的数据传输速度、以及更可靠的网络服务，而下一代通信技术5G就是在此背景下诞生的。虽然现在5G还处在规划阶段，但是整个行业都在共同努力，希望能够确定5G的最终形态。但是这个行业的所有参与者都必定同意这一点：

随着移动用户数量及其需求的上升，5G必须比如今的蜂窝网络基站更快地处理更多的流量。

为了实现这一点，无线通讯的工程师正在设计一套全新的技术。利用这些技术，5G数据传输的延迟将不超过1毫秒（相比之下，今天的4G网络的延迟约为70毫秒），而且数据下载的峰值速度将可以高达20Gb／s（4G为1Gb／s）。

目前还不清楚，从长远来看哪些技术将是5G中最关键的，但是已经有一些早期技术脱颖而出。这些技术包括毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形。

今天的无线网络遇到的非常重要的一个问题就是：越来越多的人和设备正在消耗比以前多得多数据，但是他们依旧拥挤在电信公司一直使用的与无线电频谱相同的频段上。这意味着每个人被分配到的带宽有限，导致速度下降、掉线情况时有发生。

随着连接到无线网络设备的数量的增加，频谱资源稀缺的问题日渐突出。至少就现在而言，我们还只能在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，这极大的影响了用户的体验。而毫米波技术就是解决这一问题的关键。

什么是毫米波？

与以前用于移动设备的5Ghz以下的频段相比，毫米波在30GHz和300GHz之间的频率进行传输。它们被称为毫米波，是因为这些频段的波长在1毫米到10毫米之间，而如今用于智能手机的无线电波的波长大多为几十厘米。

迄今为止，毫米波只在雷达系统和卫星上有应用。现在，一些蜂窝网络提供商已经开始使用毫米波在诸如两个基站这样的固定点之间传输数据，但是使用毫米波将移动用户与附近的基站相连则是一种全新的方法。

毫米波技术有什么优点？

雷锋网此前曾报道，无线传输增加传输速率一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽。相对于提高频谱利用率，增加频谱带宽的方法显得更简单直接。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽翻倍则可以实现的数据传输速率也翻倍。但问题是，现在常用的5GHz以下的频段已经非常拥挤，到哪里去找新的频谱资源呢？5G使用毫米波就是通过第二种方法来提升速率。

根据通信原理，无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5％左右，因此载波频率越高，可实现的信号带宽也越大。在毫米波频段中，28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段。28GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则到了2GHz（整个9GHz的可用频谱分成了四个信道）。

相比而言，4G－LTE频段最高频率的载波在2GHz上下，而可用频谱带宽只有100MHz。因此，如果使用毫米波频段，频谱带宽轻轻松松就翻了10倍，传输速率也可得到巨大提升。

毫米波技术有什么缺点？

除了优点之外，毫米波也有一个主要缺点，那就是不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被叶子和雨水吸收。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

由于毫米波的频率很高，波长很短，这就意味着其天线尺寸可以做得很小，这是部署小基站的基础。可以预见的是，未来5G移动通信将不再依赖大型基站的布建架构，大量的小型基站将成为新的趋势，它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。

矽说作者李一雷曾表示，目前，各大厂商对5G频段使用的规划，是在户外开阔地带使用较传统的6GHz以下频段以保证信号覆盖率，而在室内则使用微型基站加上毫米波技术实现超高速数据传输。

凭借毫米波和其他5G技术，工程师希望5G网络不仅能够为智能手机用户提供服务，而且能够在无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域发挥重要作用。

研究人员和公司已经为5G设定了很高的期望，并承诺为消费者提供超低延迟和创纪录的数据速度。如果他们能够解决剩下的挑战，并弄清楚如何让整个系统协同工作，那么超快的5G服务有望在未来5年内商用。