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工信部将正式开启5G毫米波规划,毫米波或奖迎来产业风口

时间:2020-04-08 08:51:02 阅读:- 来源:
摘要1、什么是毫米波在全球范围内,5G部署的频段有且只有两种,一种是sub-6GHz,指的是6GHz以下的频段,一种是毫米波。

1、什么是毫米波

在全球范围内,5G部署的频段有且只有两种,一种是sub-6GHz(FR1频段),指的是6GHz以下的频段,一种是毫米波FR2频段

FR1频段的频率范围是450MHz——6GHz,又叫sub 6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz——52.6GHz,人们通常叫它毫米波(mmWave)。

工信部将正式开启5G毫米波规划,毫米波或奖迎来产业风口

严格来说,毫米波 (millimeter wave )是指波长为1~10毫米的电磁波,对应频率为30~300GHz,它位于微波与远红外波相交叠的波长范围。因为30GHz电磁波的波长是10毫米,300GHz电磁波的波长是1毫米(根据公式v=λf,电磁波的传播速度为光速c=3x108m/s,所以对于电磁波来说,其波长与频率之间的关系为c=λf)。

但是实际上,毫米波只是个约定俗成的名称,没有哪个组织对其有过明确的定义。因此,有人认为,频率范围在20GHz(波长15毫米)——300GHz之间的电磁波都可以算毫米波。

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2、毫米波的优势

1)极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用四个主要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5倍。配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量,适用于高速多媒体传输业务, 这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。

2)波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线,在9.4GHz时波束宽度为18度,而94GHz时波束宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。

3)可靠性高,较高的频率使其受干扰很少,能较好抵抗雨水天气的影响,提供稳定的传输信道;与激光相比,毫米波的传播受气候的影响要小得多,可以认为具有全天候特性。

4)方向性好,毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大,使得传输波束较窄,增大了窃听难度,适合短距离点对点通信;

5)波长极短,所需的天线尺寸很小,易于在较小的空间内集成大规模天线阵。和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。

6)波长天线尺寸小,要知道频段越高,对于接收天线的尺寸要求就会越低。这意味对于支持毫米波的终端而言,机身内部的接收天线可以做得比以往更小,而对于没有尺寸限制的终端,也可以在原先的技术上容纳更多的高频段天线,从而获得更好的接收效果。

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3、毫米波的缺点

而在很长一段历史时期,毫米波段属于蛮荒之地。为什么呢?原因很简单,因为几乎没有电子元件或设备能够发送或者接收毫米波。为什么没有电子设备发送或者接收毫米波?有两个原因。

第一个原因是,毫米波不实用。虽然毫米波能提供更大的带宽,更高的数据速率,但是以前的移动应用不需要这么大的带宽和这么高的数据速率,毫米波没有市场需求。而且毫米波还有一些明显的限制,比如传播损耗太大,覆盖范围太小等等。

第二个原因是,毫米波衰减大,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。毫米波通信系统中,信号的空间选择性和分散性被毫米波高自由空间损耗和弱反射能力所限制,又由于配置了大规模天线阵,很难保证各天线之间的独立性,因此,在毫米波系统中天线的数量要远远高于传播路径的数量。

第三个原因是,毫米波太贵。生产能工作于毫米波频段的亚微米尺寸的集成电路元件一直是一大挑战。克服传播损耗、提高覆盖范围也意味着大把的金钱投入。

但是,近十几年以来,一切都改变了。随着移动通信的飞速发展,30GHz之内的频率资源几乎被用完了。各国政府和国际标准化组织已经把所有的“好”频率都分配完毕,但还是存在频率短缺和频率冲突。4G蜂窝系统的发展以及即将到来5G都依赖于合适的频率分配。问题是,几乎没剩下什么频率了。现在,频率就像房子,可以用一个字来形容,“贵”!对房子来说,第一是地段,第二是地段,第三还是地段。这样的描述同样适用于无线频率。毫米波就像美洲新大陆,给移动用户和移动运营商提供了“无穷无尽”的频率资源。

你可以把现在我们使用的所有sub-30GHz频段填到毫米波段的低端区域,还有至少240GHz的空闲频率。毫米波带来了大带宽和高速率。基于sub-6GHz频段的4G LTE蜂窝系统可以使用的最大带宽是100MHz,数据速率不超过1Gbps。而在毫米波频段,移动应用可以使用的最大带宽是400MHz,数据速率高达10Gbps甚至更多。


4、工信部将正式开启5G毫米波规划,毫米波或将迎来产业风口

想要发挥5G最大的性能,毫米波是必不可少的技术。毫米波指的是波长在1-10毫米之间的电磁波,通常对应于30GHz至300GHz之间的无线电频谱,具有频率高、波长短、可靠性高、方向性好等特点。5G时代选择使用毫米波频段,速度就好比单车道升级为十车道,宽带卫星通信技术则可以借助低轨卫星,将信号覆盖到世界各个角落,上天下海进沙漠都没有信号盲点,同时基于毫米波的6G也是未来科技竞争制高点。

随着全球移动通信系统协会5G毫米波频段扩容落锤,业内预计工信部将很快开启毫米波在国内的规划。从运营商的角度来看,中国移动已完成5G毫米波关键技术验证,计划在2022年逐步进行5G毫米波商用。而今年1月中旬,网络通信与安全紫金山实验室在南京举行科技成果发布会,宣布完全自主可控、成本超低的大规模毫米波相控阵芯片问世。充分说明了我国关于5G网络的建设不仅注重Sub-6G方案,而且在毫米波方案上也不落下。


5、三星苹果新机均支持毫米波

三星在12日凌晨发布了Galaxy S20系列手机,其中Galaxy S20 +和Galaxy S20 Ultra都支持最新的5G毫米波。另外有报告称,2020年苹果将发布5款新iPhone,也支持毫米波/sub-6GHz技术。

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6、总结

在现代化社会中,经济可持续发展带动了5G 技术的持续发展,毫米波技术在未来发展过程中也一定会变成主要的工具。可是,现如今,因为毫米波传播的范畴有限,无法进行远距离的传输,伴随科学技术的进步,该问题也可以有效解决,进而给5G 的到来奠定基础。

整体而言,要使5G技术更加成熟,就需要通过毫米波技术,与创新科学技术,研制出新型的技术在5G 中使用,或许在不久的将来,毫米波将成为5G乃至6G的常用频段。

我们相信,5G技术正像这个时代的蒸汽机,它将再一次推动全人类全产业的进步,无论是工业领域还是普通人的生活,都将因此而改变。在频谱资源进一步被压榨的当下,毫米波技术最终也将登上历史舞台,承担起提供更优质网络的重任。

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