近期美國消費者吐槽他們享受的5G服務是假5G,原因5G網(wǎng)絡覆蓋太差,以及5G的數(shù)據(jù)傳輸速率太低了,與4G相比提升極為有限,這一切源于美國采用5G毫米波技術。
與光波相比,毫米波利用大氣窗口(毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時,由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率)傳播時的衰減小,受自然光和熱輻射源影響小。
優(yōu)點:1)極寬的帶寬。通常認為毫米波頻率范圍為26.5~300GHz,帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收,在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口,但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz,為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。
2)波束窄。在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個 12cm的天線,在9.4GHz時波束寬度為18度,而94GHz時波束寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節(jié)。
3)與激光相比,毫米波的傳播受氣候的影響要小得多,可以認為具有全天候特性。
4)和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統(tǒng)更容易小型化。
目前全球的5G技術雖然號稱是統(tǒng)一的5G技術,不過美國所采用的5G技術和其他國家的5G技術還是有區(qū)別的,美國運營商所采用的是5G毫米波技術,而主流的5G卻是5G厘米波技術。
5G毫米波和5G厘米波的差異主要有兩點。5G毫米波可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更低的時延,但是覆蓋效果太差并且容易被阻隔,甚至連雨滴都會阻隔5G毫米波的信號;5G厘米波則恰恰相反,覆蓋效果好,但是時延卻很難達到5G標準的理論時延,數(shù)據(jù)傳輸速率也較低。
此前各方在宣傳5G技術的時候都喜歡強調(diào)5G的超低時延和高速數(shù)據(jù)傳輸速率,不過在實際運營中,運營商卻發(fā)現(xiàn)考慮到成本問題,還是5G厘米波更實際,而且即使是5G厘米波技術也因為5G基站的建設成本和運營成本過高而難以承受,中國移動如今更選擇低頻的700MHz建設5G網(wǎng)絡,大幅減少5G基站的建設數(shù)量,顯然成本是運營商的優(yōu)先考慮,而5G技術的優(yōu)勢已被放到次要位置。
作為無線電波的一種,從前的毫米波并不起眼,比它頻率低的微波傳輸距離遠,在通訊領域大有作為,比它頻率高的光波也廣泛應用是數(shù)碼、通訊等領域,唯有處于中間位置的毫米波無人問津。
然而,從某個時刻開始,毫米波突然成了所有人的重點關注對象。
風口上的當紅炸子雞
要說當今時代的風口有哪些,相信大家會脫口而出5G、自動駕駛、人工智能等名詞,而不被大眾熟知的是這些風口都使用了名為“毫米波”的技術。
由此看出,這個名叫毫米波的“波”,是風口中的風口,想不紅都難。
毫米波通指波長為1-10毫米的電磁波,毫米波有極高的帶寬,可利用總帶寬高達135GHz,是傳統(tǒng)微波波段帶寬和的5倍,在頻段資源緊張的今天有巨大吸引力;
其次毫米波的波束很窄,能更精準地分辨目標物并還原目標物細節(jié);
與激光相比,毫米波對氣候要求更低,與微波相比,毫米波元器件尺寸更小,毫米波設備更容易小型化。
但毫米波也有衰減嚴重和對器件精度要求高的缺點,也正是這兩個缺點在過去制約了毫米波的發(fā)展。全球5G網(wǎng)絡頻段分為Sub-6GHz和毫米波,而我國在5G Sub-6GHz網(wǎng)絡建設基本成熟的情況下,將5G毫米波網(wǎng)絡建設提上了日程。
6天前,上海舉辦了巴塞羅那連著兩年都沒能辦成的移動世界大會,且有一個和往年5G主題最不同的新話題吸引了不少人關注,即處處可見的毫米波。
很多ICT知名大廠展臺都開放了5G毫米波演示專區(qū),人們排著隊體驗這個新概念究竟有何不同。
那么,毫米波對5G來說到底意味著什么?
2021年,它的風口來了嗎?
毫米波是5G剛需嗎?
在全球5G的高歌猛進下,中美5G在不同路子上一直進行著無形中的競爭力博弈。
但其實在建網(wǎng)和應用上,圍繞5G毫米波,無論中國還是美國,都有著躲不開的頭疼問題。
在中國,截至2020年底三大運營商突飛猛進建設并開通了71萬個5G基站,因普遍建在6GHz以下的中低頻段,盡管相對6GHz以上的高頻段有覆蓋半徑更大的優(yōu)勢,但理想的5G速率和容量卻一直未能突破。
5G各類PPT里不斷提到的高清視頻、VR/AR、V2X自動駕駛、工業(yè)自動化、智能物聯(lián)網(wǎng)等代表著高容量、高速率、低時延的典型業(yè)務,沒有高頻段的大容量基本玩不轉(zhuǎn)。(畢竟毫米波擁有的是從24GHz到100GHz范圍內(nèi)的非常大的帶寬,比當前3G/4G使用的帶寬多25倍,且可以真正實現(xiàn)低時延。)
但5G建設初期,毫米波的建設和應用難度大,問題多。據(jù)稱,國內(nèi)最大運營商曾聯(lián)手多家企業(yè)和研究所投入了不菲的資金用于毫米波天線的研發(fā),幾年下來對達標情況很不滿意,所需的很多各種功率器件仍依賴進口。
今年的 iPhone 12 又恢復了昔日加價取貨的盛況,去年因為 iPhone 11 沒有 5G 而持幣觀望的用戶,終于有了換機的理由。
而在發(fā)布會上,蘋果也將 5G 作為最重要的亮點進行介紹。iPhone 12 幾乎支持目前所有的 5G 頻段,超過主流的 Android 機型,不過只有美版支持毫米波頻段。
美版 iPhone 12 獨占的毫米波,和國行版支持的 sub-6GHz ,其實就是目前全球 5G 網(wǎng)絡頻段兩大分支。
顧名思義,毫米波的頻率波長小于 10 mm,一般指的是 24 GHz 以上的頻段。而 Sub-6 GHz 則是 6GHz 以下的網(wǎng)絡頻段,因為波長為厘米級,又被稱為‘厘米波’。
毫米波和厘米波,看名字似乎是毫米波贏了,就像導航衛(wèi)星里毫米級顯然比厘米級定位更精準,那么 5G 毫米波也比 sub-6GH 更強大嗎?
的確,毫米波有著 sub-6GHz 難以望其項背的優(yōu)勢,從最直觀的網(wǎng)速就能體現(xiàn)。
根據(jù)網(wǎng)絡測速平臺 Ookla 的實測數(shù)據(jù),5G 毫米波終端下載速度是 6GHz 以下頻段的 4 倍,平均速率達到 900 Mbps,峰值速率超過 2Gbps。