1、毫米波技术的概述
为了支持5G网络中的超过千兆比特的数据速率,将利用毫米波频带用于未来的接入网络,这是因为毫米波频带具有丰富的可用频率资源。
在毫米波频带中,一个关键性挑战是传播损耗。与传统工作在2.6GHz或3.5GHz上的4G网络相比,毫米波频段网络的传输信道将会存在额外的数十dB的传播损耗。
对于工作在毫米波频带的系统,由于波长非常短,可以设计和开发具有合理形状的超大型天线阵列。利用大规模多输入多输出MIMO技术,设计发射波束和接收波束来补偿严重的传播损耗。这意味着毫米波系统可以被称为基于波束的传输系统。
尽管窄波束能够改进信道质量,但是它仅具有窄的波束覆盖范围。这种传输模式将会显著地影响例如物理广播信道(PBCH)信号的传输,PBCH信号承载了用于小区覆盖范围内的所有候选用户的主要系统信息,以帮助用户随机接入并且构建链路连接。如果PBCH信号传输是基于窄波束,并在发射端进行波束扫描完成服务小区覆盖,则这种传输模式将会引起用户接入到网络的更长等待时间并且将延长传输时延。
毫米波5G基站之间的切换,使用户在基站之间进行移动时可保持无缝连接,这是实现Gbps数据传输速度水平的一种“关键技术”
2、毫米波技术有什么优点?
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。
此前有报道称,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。
3、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。
4、其他描述
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毫米波相比于传统6GHz以下频段还有一个特点就是天线的物理尺寸可以比较小。这是因为天线的物理尺寸正比于波段的波长,而毫米波波段的波长远小于传统6GHz以下频段,相应的天线尺寸也比较小。因此我们可以方便地在移动设备上配备毫米波的天线阵列,从而实现各种MIMO(指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量)技术,包括波束成型。
当然,毫米波在空气中衰减非常大这一特点也注定了毫米波技术不太适合在室外手机终端和基站距离很远的场合使用。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。
毫米波频段的另一个特性是在空气中衰减较大,且绕射能力较弱。换句话说,用毫米波实现信号穿墙基本不可能。但是,毫米波在空气中传输衰减大也可以被我们所利用,你手机使用的毫米波信号衰减确实比较大,但是,其他终端发射出的毫米波信号(对你而言是干扰信号)的衰减也很大,所以毫米波系统在设计的时候不用特别考虑如何处理干扰信号,只要不同的终端之间不要靠得太近就可以了。选择60GHz更是把这一点利用到了极致,因为60GHz正好是氧气的共振频率,因此60GHz的电磁波信号在空气中衰减非常快,从而可以完全避免不同终端之间的干扰。
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Matt Branda也称:“要实现在毫米波上的优质移动宽带用户体验,就需要使用持续智能波束搜索和跟踪算法以发现并切换至主波束路径。该主波束路径可能根据环境、移动性及许多其他因素差异而不断改变。我们致力开发可在波束路径之间以及不同毫米波小型基站之间实现灵活切换的5G设计。”
同时,Matt Branda还介绍,5G毫米波的另一个重要瓶颈在于不同地区中定义并清空的毫米频段不尽相同。他强调:“目前讨论的频段从20+ GHz至70+ GHz不等。全球范围内有大量频段都在考虑之内,此外还有60GHz非授权频段(目前为802.11ad Wi-Fi所使用)。从高通的角度看,选择在5G网络中使用哪些毫米波频段目前还为时过早,因此我们正在进行的设计和分析是针对整个频段范围的。”
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熊挺也对记者强调:“(毫米波)提供小范围密集高速数据服务热点服务,它无法提供广域以及复杂地形覆盖。所以,毫米波的未来在于深度覆盖,而不是广泛覆盖。”