为什么5G能比4G快十倍？看了这篇文章应该就会明白了 2016年09月21日09:52 来源：|
距离2020年5G正式商用的期限，越来越近。目前，各大厂商都在加快自己在5G技术上的测试工作。日前，华为与沃达丰共同完成了5G毫米波室外现场测试，实现单用户设备20Git/s的峰值传输速度。
不过，按照预期，最终5G的传输速率将可实现1Gb/s，比4G快十倍以上，要如何实现？这其中的关键技术在于5G采用了毫米波。
1.什么是毫米波
什么是毫米波？这会是5G实现高速传输的关键所在吗？实际上，毫米波是指波长在1～10毫米的电磁波，其频率大约在30GHz~300GHz之间。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼具两种波普的特点。理论上讲，毫米波是光波向低频的发展与微波向高频的延伸。
从原理来看，无线通信最大信号带宽约在载波频率的5%左右，也就是说，载波频率越高，其可实现的信号带宽也就越大。此外，在毫米波频段中，28GHz与60GHz是最有望应用在5G通信的两个频段。其中，28GHz的可用频谱带宽可达1GHz，60GHz每个信道的可用信号带宽则可达2GHz。
与5G通信相比，4G-LTE的频段最高频率约在2GHz左右，因而其可用频谱带宽只有100MHz；使用毫米波频段，频谱带宽则可翻10倍，传输速率也将更快。因此，5G将不仅仅意味着10秒传输一部1GB电影，其还将支撑例如云端游戏、虚拟现实等更多的应用。
2.宝贵的频带资源
众说周知，无线通信依托于电磁波传播，最宝贵的资源莫过于频带。目前，电信业者已开始研究毫米波技术，以便找到最适合移动应用的频率范围。为了统一全球的毫米波频率，国际电信联盟（U）在近期的世界无线电通讯大会结束后，公布了24GHz到86GHz之间的全球可用频率的建议列表，最后28GHz、39GHz与73GHz三个频带逐渐脱颖而出。
基于28GHz在美国、韩国与日本的可用性，加之美国电信业者早期现场测试的投入，该频谱无论是否成为国际标准，都可能直接成为美国的移动技术应用。此外，韩国于2018年展示5G技术的目标，也可能在标准组织确定5G标准之前，率先推动28GHz技术用于消费型上。尽管目前仍无法确认28GHz是否可以广泛用于5G应用，但该频率在现阶段绝对非常重要。
在进行28GHz相关研究的同时，E波段(E-band)频率在近几年也引起了移动通讯领域的关注。开篇所说的华为与沃达丰，正是在E-Band微波上对5G进行室外现场测试。此外，区分73GHz与28GHz、39GHz三者关系的其中一项特性，就是可用的连续带宽。
73GHz中有2GHz的连续带宽可用于移动通讯，这是拟议频率频谱中范围最广的；28GHz仅提供850MHz的带宽；在美国，39GHz附近就有两个频带提供1.6GHz与1.4GHz带宽。此外，根据Shannon定律，即更高的带宽代表更高的数据传输量，73GHz与另外两个频率相较更具优势。
3.毫米波的特性
说了这么多，毫米波又具备哪些特性呢？从理论上讲，毫米波是光波向低频的发展与微波向高频的延伸。由于毫米波的独有特性，使其在传播时不易受到自然光和热辐射源的影响，不光是通信，其还可应用于雷达、制导等诸多领域。
说了这么多，毫米波又具备哪些特性呢？从理论上讲，毫米波是光波向低频的发展与微波向高频的延伸，可通过空气就可传输信号。由于毫米波的独有特性，使其在传播时不易受到自然光和热辐射源的影响，不光是通信，其还可应用于雷达、制导等诸多领域。
例如利用大气窗口的毫米波频率，可实现大容量的卫星到地面通信，利用高分辨率的毫米波辐射计遥感气象参数，还可以使用射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱，从而推断星际物质的成分。现在，对于网络信号的传输，毫米波技术也产生了巨大助力。
于用户而言，使用毫米波技术的无线宽带，其速度远高于从有线或电话公司获得的宽带速度。尽管现在已有WIFI、LIFI等上网技术，但通过空气传输信号的毫米波技术无疑是另一种不错的替代方案。
4.5G通信的关键所在
当然，事物都有两面性，毫米波亦是如此。尽管毫米波技术用途广泛，但其也不可避免地存有短板。例如其传播距离最多只能在200米左右，无法实现远距离传输，又或是毫米波的穿透能力不强，在空气中衰减较大，遇到墙或者其他阻碍就无法发挥作用。
不过，毫米波在空气中传输衰减大也是可以为我们所用的。只要想办法提升毫米波的传输距离，出于成本考虑，距离越大所需建设的网络基站就越少，也就越节省成本。因此，在网络技术传输方面，毫米波尚不能单独使用，需与其他技术结合形成叠加型网络，共同实现对网络信号的传输功能。
若能使用毫米波小基站，则有利于解决宏基站和小基站切换频繁，而造成用户体验差的问题。宏基站可以作为移动通信的控制平面在低频段工作，毫米波小基站可作为移动通信的用户数据平面在高频段工作，二者配合的相得益彰。
此外，用毫米波信道作为移动通信回程，可根据数据流量的实际情况随时部署新的小基站，也可在闲置或轻流量时段关闭小基站。部署灵活，还可降低能耗，节约资源。毫米波的另一个特点就是天线的物理尺寸可以较小，原因在于天线的物理尺寸正比于波段的波长，因此硬件厂商可以更方便的在移动设备上配备毫米波的天线阵列，从而实现各种MIMO技术。
尽管目前，我们还不清楚5G技术未来究竟如何发展，但可以确定的是毫米波因其特有的优势，无疑将成为5G网络发展中的关键技术。尽管毫米波存在着传输距离与穿透力问题上的缺陷，但其应用前景却是极为广阔的。下一步，只需确定移动通讯要使用哪一种毫米波频带。
责任编辑：姚泓泽
