從無線通信被發(fā)明的那天起,你給朋友打的每個電話,發(fā)的每條短信,在網上看到的每篇文章和每支視頻都被搭載在無線電波上,在空中傳輸著。
從2G到4G,移動通信都被部署在 6GHz 以下的中低頻段。這個頻段因為波長較長,穿透力和覆蓋范圍都很有優(yōu)勢,也被稱為移動通信的“黃金頻段”。除了大家所熟知的手機運營商在使用以外,還有很多其它業(yè)務都擠在了這里,非常擁擠。
現在我們迎來了5G時代,除了要繼續(xù)“榨干”6GHz以下的頻段之外,還往上開辟了一塊無比寬廣的大陸——波長在1到10毫米之間的毫米波頻段。6GHz以下和毫米波,對于5G頻譜資源都是不可或缺的。
如果我們把電磁波頻譜比作高速公路的車道,那數據就像車一樣,在一條條信道上行駛。而在毫米波頻段的高速路上,不僅車道變多了,每條車道也寬了,數據傳輸速度自然更快了。你所聽到的8K VR、自動駕駛、大型演唱會現場連接等等典型的5G應用場景,都必須依靠毫米波的大帶寬、低時延、高容量特性才能更好地實現。
那問題來了,毫米波既然這么好,為什么到了2020年,我們還沒用上呢?因為它不好做呀!基站和手機的通信,就像是兩個人隔空喊話。隔得近,聲音就很清晰。但隨著距離越遠,聲音也就越弱,辨識度也會降低。
這種隨著距離增加而衰減的特性,就像是電磁波的“路徑損耗”的理論一樣。在自由空間里,頻率越高,路徑損耗就越大。
毫米波工作在很高的頻率,所以它的傳播距離,天然地比中低頻段要短。通俗來說就是,原來能吼到的地方, 現在吼不到了。怎么辦呢?這時候就要講到一個關鍵技術,波束成形。
2G、3G時代的基站,就像是大喇叭,無差別地向四面八方發(fā)射信號。距離太遠聽不清怎么辦?那就大點聲咯,也就是加大發(fā)射功率。但是功率也不能無限加大吧。
于是呢就有工程師掏出了“傳聲筒”,直接把“聲波”約束到一個很窄的方向,近乎點對點地傳遞。這就是“波束成形”。
優(yōu)勢是顯而易見的:首先聲音可以傳得更遠更清晰,大大降低了路徑損耗;小聲說話也能聽得見,節(jié)約了發(fā)射功率;還不用擔心旁邊路人偷聽,也就是降低了同信道用戶之間的干擾。
聽起來很棒對不對?但是一拉進現實環(huán)境里,問題就出現了。首先,現實環(huán)境不像自由空間,它有各種各樣的障礙物。而毫米波因為波長更短,它比中低頻段更容易受到阻擋。當人走到障礙物后面,引發(fā)非視距通信,就算用上傳聲筒,信號也過不來了。
怎么辦呢?我們還可以利用建筑的反射,讓傳聲筒“轉彎”。或者直接無縫切換到新的基站。利用波束追蹤、波束導向、波束切換技術,我們就能輕松實現毫米波的非視距通信。
這樣一來,無論環(huán)境多么復雜,人怎么移動,基站和終端之間都可以相互配合完成波束掃描配對,選出一條最優(yōu)的路徑用來通信。
幾年前,在移動終端上用毫米波通信,曾被許多人認為是絕不可能實現的。而今天,市面上已經有許多一線廠商,推出了支持毫米波的商用智能手機,比如我們熟知的一加8 Pro。
從今年Speedtest相關數據可以看到,今年全球手機平均下行速率只有35Mbps左右;而在已經部署毫米波的地區(qū),搭載驍龍5G毫米波解決方案的手機平均下行速率是900Mbps,峰值則達到了2Gbps。
除了手機之外,驍龍5G毫米波解決方案正支持一大批CPE、模組甚至是PC進入我們的生活。可以預見的是,在成功克服覆蓋范圍、非視距通信等幾大致命問題之后,毫米波已經離我們越來越近了。
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原文標題:道理我都懂,5G毫米波到底怎么用?
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