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毫米波对5G发展的重要价值

导读: 5G强大的能力和丰富的连接场景势必会激发各行各业的应用。而满足这些需求仅仅依靠中、低频段是无法实现的,这就需要高、中、低频协同工作,在不同场景下不断创造更佳的用户体验。

5G强大的能力和丰富的连接场景势必会激发各行各业的应用。而满足这些需求仅仅依靠中、低频段是无法实现的,这就需要高、中、低频协同工作,在不同场景下不断创造更佳的用户体验。为此,尽早推动毫米波产业发展和成熟对于5G的成功商用非常重要。毫米波带宽大,可以满足5G高速传输要求。波束窄,可应用于雷达系统,波束窄可以看到更多细节。对于5G来讲,波束窄意味着可以做天线数量更多的天线阵列,增强信号。然而,毫米波在室外部署现阶段难度较大。对于设备的精度要求更高,这无疑会增加建设和维护成本,包括手机。在“提速降费”大背景下,显得有点格格不入。

AI芯天下丨毫米波对5G发展的重要价值

毫米波将是5G发展的必经之路

当然严格来说,所谓的毫米波(mmWave)更确切的是指EHF频段,它是频率范围横跨30GHz至300GHz的电磁波,如果从波长来定义,30GHz的电磁波波长为10毫米,而300GHz的电磁波波长则仅为1毫米。但根据FR2频段的播放来计算,24.25GHz的波长已经超过10毫米,虽然我们将它称作毫米波,但许多人认为它更应该划入厘米波的范畴。毫米波曾是蛮荒之地,但现在它却是通向5G最好的桥梁。

相较于LTE所采用的6GHz以下频段,毫米波天生的技术优势让人没有再拒绝的可能。从带宽来看,6GHz频段以下的LTE最大可用带宽仅为100MHz,这意味着数据速率至高只能满足1Gbps的下行。但毫米波频段移动应用最大带宽达到了400MHz,传输速率能够达到10Gbps甚至更多,在以快为先的5G时代,这样的带宽表现才能满足用户的期待。

毫米波本身由于传播距离比6GHz以下频率更短,因此在整个传播路径下,它的定向性将会更具优势,这使得毫米波信号间受到干扰的可能性将会变得更小,传播的精度有所提高。另外,窄波束本身由于传播距离短,它被远距离截获的可能性将变得更低,在通讯安全方面,也有着无可比拟的优势。

AI芯天下丨毫米波对5G发展的重要价值

毫米波5G布局中的重要作用

在我国,《2019年全国无线电管理工作要点》明确,将会在2019年适时发布5G系统部分毫米波频段频率使用规划,引导5G系统毫米波产业发展。这将利于支撑2019 年毫米波预商用试验及2020年毫米波大规模商业部署。

毫米波5G的高性能不止于带宽、速率。3.5 GHz频段的TDD 5G有着很好的时延表现(小于5毫秒),但还达不到极低时延,而毫米波5G的时延则可以做到1毫秒——由此,大规模开展一些新兴移动通信服务(360°高/超高清视频、行业应用、FWA)所需的容量、带宽、时延,只有24 GHz以上的毫米波5G系统才能够提供。目前,Telia试验的毫米波5G应用包括:eSports、VR、对远程数据中心进行实时质量分析、为港口附近的游轮提供网络接入等。

毫米波对于5G商用而言,是不可或缺的。这是全球所有移动通信运营商基础网络运营商的共识。ITU召开的世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国代表提出强烈要求把一些毫米波频谱资源识别用于5G。WRC-15最后决议设立5G高频段议题1.13,将针对24.25-86 GHz频段内的11个5G毫米波候选频段开展研究,为5G及其演进的未来发展寻找新的频谱资源。这标志着5G频谱全面迈入毫米波时代。

从运营商们发布的毫米波5G技术试验结果看来,网络吞吐、峰值速率、单用户体验速率、时延等均能满足ITU对于5G系统的关键性能指标要求。在进行毫米波5G技术试验的过程中,运营商、设备商、芯片商、测试测量厂商等逐渐形成共识:未来的5G网络架构必须异构多层且能支持全频段接入的低频、中频、毫米波频段无线协作组网。

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毫米波现阶段的难题

毫米波用在移动通信是5G的目标,不过目前在技术上还有很多问题,穿透障碍物和反射的损耗太大,初期可用于室内或没有遮挡的固定无线宽带接入上,能否广泛用在手机上还看技术的进步,估计要到五年以后。

由于面临诸多技术和设计挑战,很多人都认为毫米波在移动终端和网络中的应用是不切实际且不可实现的。

①毫米波能量发散比较快,容易衰弱,无法传播到很远;

②毫米波频谱容易被楼宇、人体等阻挡、反射和折射;

③毫米波受限于很多空间因素,衰减非常快。

④形成波束后,如果只有一个波束,波束的方向又不变,一旦手机的位置有变动,信号就无法传到基站。

因此,波束必须要通过波束导向技术不断调整,指向传输对象的方向。同时,手机持有者的位置不断移动,基站相对于人的位置也在变,这就需要波束追踪技术来时刻追踪天线移动的位置,并让波束做出相应的调整。

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