彻底了解毫米波：驾驭它，就算掌握5G终极武器

2019-03-26 09:15

来源：IT之家

5G相比以往4G的优势有很多，不过最重要、普通消费者最关心的，恐怕还是突破想象的传输速率了。但是不知大家有没有想过，5G的速度为何能实现10倍甚至100倍的提高？其实这背后涉及一个关键技术：毫米波。

事实上，IT之家小编在此前的文章中也曾提到过毫米波的相关技术，但并没有深入讲解，那么今天，小编不妨就带大家近距离认识一下毫米波。

一、毫米波究竟是什么，为什么这么重要？

前面我们说到，“高传输速率”是5G的一项关键技术指标。那么怎样提高传输速率呢？

首先我们明确，这里的传输速率，即单位时间里通过信道的数据量。在通信行业，关于信道传输速率，有这样一个公式：

n＝Rb／B

这个公式中，n为频带利用率，Rb为信道传输速率，B则为系统带宽。将这个公式变一下：

Rb＝n×B

不难看出，传输速率和频带利用率以及系统带宽为正向关系，当频带利用率越高，传输速率越高；系统带宽越高，传输速率也越高。这就说明，要想提高信道传输速率，就有提高频带利用率和系统带宽两种方法。

OK，确立了这两种方法后，我们先放一放，来复习一下无线通信的一些基本概念，这样才能对这两种方法有更深的理解。

我们所说的无线通信，就是利用无线电磁波进行通信，翻中学的物理课本，我们还能找到那张熟悉的图：

上面这张图是电磁波谱，它是按照电磁波的频率顺序进行排列的而画出来的。频率，是电磁波的重要性。

中学物理老师曾经带着我们研究的是可见光部分，而在无线通信领域，主要研究的是图中绿色框线框起来的部分。

我们知道，无线通信的基本原理是将声画信息变换为含有声画信息的电信号，再把电信号“寄载”在比该信号频率高得多的高频振荡信号上去，然后用发射天线以无线电波的形式向周围传播。

打个比方，整个无线电磁波的频段就像一条“大路”，其中的高频振荡波（载波）就像运载工具。

前面说了，频率是电磁波的重要特性，不同频率的电磁波有不同的特性，也就意味着有不同的用途，所以我们在电磁波这条“大路”上进一步划分车道，分配给不同的对象和用途。具体的划分比较复杂，我们用下面这张表来展示：

以往的移动通信，主要走的是“中频”到“超高频”这段道路。在这段路上给各个国家运营商划分使用的频段，就是我们所说的频谱划分。例如4G lTE标准中我们国家划分的主要是超高频的一部分频谱资源。并且有一个趋势：从1G到2G、3G再到4G，划分的电波频率越来越高。这其实是为了满足更高传输速率的需要。

刚才我们说到这条“大路”，其中的一个载波就像运载工具，而载波载着信号，经历编码、调制、发送、媒介传输、接收、解码、译码的整个路径，就是我们广义所说的信道，就像是一辆汽车从出发地到目的地的行进轨迹，而信号，就是在信道中传输的。具体的传输方式，是以码元（symbol）的形式传输。

好，这时我们回到前面说的频带利用率。什么是频带？对于信道来讲，就是允许传送的信号的最高频率与最低频率之间的频率范围。提高频带利用率，简单说就是让信道中单位时间里引入更多的码元，从而提升速率。

但是这样做也有不足。具体是怎么回事呢？简单说一下。信号的调制是通过操纵无线电波的幅度和相位来形成载波的不同状态，当调制方式由简单到多进制时，载波状态数增加，就表示一个码元代表的信息量增加了。码元增加，一个码元代表的信息量增加，但是载波的幅度不变，那么每个码元状态之间的间距变小了，所以容易受到噪声干扰而令码元偏离原本应该在的位置，造成解码出错，同时功耗也会增大。

▲由简单调制到复杂调制的状态图

听起来略复杂，没关系，大家只要知道其实频带利用率不是越高越好就行。所以，人们很自然地将目光转向另一个更简单粗暴的方法——提高频谱系统带宽。

但问题是目前常用的6GHz以下的频段已经基本没有更多的资源可利用了（到4G时代已经非常拥挤）。5G时代怎么办呢？这时候，人们想到了过去一直没太关注的毫米波频段。

毫米波就位于微波与远红外波相交叠的波长范围，其实它也是兼有两种波谱特点的。

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