是什么讓5G的峰值速度高達20Gb/s？一文看懂毫米波技術(shù)

 隨著視頻內(nèi)容的爆發(fā)，如今的移動用戶已經(jīng)不再滿足現(xiàn)有的上網(wǎng)速度，希望電信商能夠提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、以及更可靠的網(wǎng)絡服務，而下一代通信技術(shù)5G就是在此背景下誕生的。

雖然現(xiàn)在5G還處在規(guī)劃階段，但是整個行業(yè)都在共同努力，希望能夠確定5G的最終形態(tài)。但是這個行業(yè)的所有參與者都必定同意這一點：隨著移動用戶數(shù)量及其需求的上升，5G必須比如今的蜂窩網(wǎng)絡基站更快地處理更多的流量。

為了實現(xiàn)這一點，無線通訊的工程師正在設計一套全新的技術(shù)。利用這些技術(shù)，5G數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t將不超過1毫秒(相比之下，今天的4G網(wǎng)絡的延遲約為70毫秒)，而且數(shù)據(jù)下載的峰值速度將可以高達20Gb/s(4G為1Gb/s)。

目前還不清楚，從長遠來看哪些技術(shù)將是5G中最關(guān)鍵的，但是已經(jīng)有一些早期技術(shù)脫穎而出。這些技術(shù)包括毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形。

今天的無線網(wǎng)絡遇到的非常重要的一個問題就是：越來越多的人和設備正在消耗比以前多得多數(shù)據(jù)，但是他們依舊擁擠在電信公司一直使用的與無線電頻譜相同的頻段上。這意味著每個人被分配到的帶寬有限，導致速度下降、掉線情況時有發(fā)生。

隨著連接到無線網(wǎng)絡設備的數(shù)量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現(xiàn)在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這極大的影響了用戶的體驗。而毫米波技術(shù)就是解決這一問題的關(guān)鍵。

什么是毫米波?

與以前用于移動設備的5Ghz以下的頻段相比，毫米波在30GHz和300GHz之間的頻率進行傳輸。它們被稱為毫米波，是因為這些頻段的波長在1毫米到10毫米之間，而如今用于智能手機的無線電波的波長大多為幾十厘米。

迄今為止，毫米波只在雷達系統(tǒng)和衛(wèi)星上有應用?，F(xiàn)在，一些蜂窩網(wǎng)絡提供商已經(jīng)開始使用毫米波在諸如兩個基站這樣的固定點之間傳輸數(shù)據(jù)，但是使用毫米波將移動用戶與附近的基站相連則是一種全新的方法。

毫米波技術(shù)有什么優(yōu)點?

雷鋒網(wǎng)此前曾報道，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。相對于提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法顯得更簡單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬翻倍則可以實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率也翻倍。但問題是，現(xiàn)在常用的5GHz以下的頻段已經(jīng)非常擁擠，到哪里去找新的頻譜資源呢?5G使用毫米波就是通過第二種方法來提升速率。

根據(jù)通信原理，無線通信的最大信號帶寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可實現(xiàn)的信號帶寬也越大。在毫米波頻段中，28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個頻段。28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則到了2GHz(整個9GHz的可用頻譜分成了四個信道)。

相比而言，4G-LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下，而可用頻譜帶寬只有100MHz。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬輕輕松松就翻了10倍，傳輸速率也可得到巨大提升。

毫米波技術(shù)有什么缺點?

除了優(yōu)點之外，毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡將會采用小基站的方式來加強傳統(tǒng)的蜂窩塔。

由于毫米波的頻率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎?？梢灶A見的是，未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

矽說作者李一雷曾表示，目前，各大廠商對5G頻段使用的規(guī)劃，是在戶外開闊地帶使用較傳統(tǒng)的6GHz以下頻段以保證信號覆蓋率，而在室內(nèi)則使用微型基站加上毫米波技術(shù)實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。

憑借毫米波和其他5G技術(shù)，工程師希望5G網(wǎng)絡不僅能夠為智能手機用戶提供服務，而且能夠在無人駕駛汽車、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

研究人員和公司已經(jīng)為5G設定了很高的期望，并承諾為消費者提供超低延遲和創(chuàng)紀錄的數(shù)據(jù)速度。如果他們能夠解決剩下的挑戰(zhàn)，并弄清楚如何讓整個系統(tǒng)協(xié)同工作，那么超快的5G服務有望在未來5年內(nèi)商用。