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毫米波与5G之间有哪些“血肉”联系?

2019-08-26 14:18
来源: 21IC电子网

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。

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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。

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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。

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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。

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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

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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。

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