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工信部將正式開啟5G毫米波規劃,毫米波或獎迎來產業風口

2020-04-08 09:26:13 來源:互聯網 閱讀:-

1、什么是毫米波

在全球范圍內,5G部署的頻段有且只有兩種,一種是sub-6GHz(FR1頻段),指的是6GHz以下的頻段,一種是毫米波FR2頻段。

FR1頻段的頻率范圍是450MHz——6GHz,又叫sub 6GHz頻段;FR2頻段的頻率范圍是24.25GHz——52.6GHz,人們通常叫它毫米波(mmWave)。

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嚴格來說,毫米波 (millimeter wave )是指波長為1~10毫米的電磁波,對應頻率為30~300GHz,它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍。因為30GHz電磁波的波長是10毫米,300GHz電磁波的波長是1毫米(根據公式v=λf,電磁波的傳播速度為光速c=3x108m/s,所以對于電磁波來說,其波長與頻率之間的關系為c=λf)。

但是實際上,毫米波只是個約定俗成的名稱,沒有哪個組織對其有過明確的定義。因此,有人認為,頻率范圍在20GHz(波長15毫米)——300GHz之間的電磁波都可以算毫米波。

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2、毫米波的優勢

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。配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量,適用于高速多媒體傳輸業務, 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。

3)可靠性高,較高的頻率使其受干擾很少,能較好抵抗雨水天氣的影響,提供穩定的傳輸信道;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)方向性好,毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大,使得傳輸波束較窄,增大了竊聽難度,適合短距離點對點通信;

5)波長極短,所需的天線尺寸很小,易于在較小的空間內集成大規模天線陣。和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統更容易小型化。

6)波長天線尺寸小,要知道頻段越高,對于接收天線的尺寸要求就會越低。這意味對于支持毫米波的終端而言,機身內部的接收天線可以做得比以往更小,而對于沒有尺寸限制的終端,也可以在原先的技術上容納更多的高頻段天線,從而獲得更好的接收效果。

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3、毫米波的缺點

而在很長一段歷史時期,毫米波段屬于蠻荒之地。為什么呢?原因很簡單,因為幾乎沒有電子元件或設備能夠發送或者接收毫米波。為什么沒有電子設備發送或者接收毫米波?有兩個原因。

第一個原因是,毫米波不實用。雖然毫米波能提供更大的帶寬,更高的數據速率,但是以前的移動應用不需要這么大的帶寬和這么高的數據速率,毫米波沒有市場需求。而且毫米波還有一些明顯的限制,比如傳播損耗太大,覆蓋范圍太小等等。

第二個原因是,毫米波衰減大,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。毫米波通信系統中,信號的空間選擇性和分散性被毫米波高自由空間損耗和弱反射能力所限制,又由于配置了大規模天線陣,很難保證各天線之間的獨立性,因此,在毫米波系統中天線的數量要遠遠高于傳播路徑的數量。

第三個原因是,毫米波太貴。生產能工作于毫米波頻段的亞微米尺寸的集成電路元件一直是一大挑戰??朔鞑p耗、提高覆蓋范圍也意味著大把的金錢投入。

但是,近十幾年以來,一切都改變了。隨著移動通信的飛速發展,30GHz之內的頻率資源幾乎被用完了。各國政府和國際標準化組織已經把所有的“好”頻率都分配完畢,但還是存在頻率短缺和頻率沖突。4G蜂窩系統的發展以及即將到來5G都依賴于合適的頻率分配。問題是,幾乎沒剩下什么頻率了?,F在,頻率就像房子,可以用一個字來形容,“貴”!對房子來說,第一是地段,第二是地段,第三還是地段。這樣的描述同樣適用于無線頻率。毫米波就像美洲新大陸,給移動用戶和移動運營商提供了“無窮無盡”的頻率資源。

你可以把現在我們使用的所有sub-30GHz頻段填到毫米波段的低端區域,還有至少240GHz的空閑頻率。毫米波帶來了大帶寬和高速率?;趕ub-6GHz頻段的4G LTE蜂窩系統可以使用的最大帶寬是100MHz,數據速率不超過1Gbps。而在毫米波頻段,移動應用可以使用的最大帶寬是400MHz,數據速率高達10Gbps甚至更多。


4、工信部將正式開啟5G毫米波規劃,毫米波或將迎來產業風口

想要發揮5G最大的性能,毫米波是必不可少的技術。毫米波指的是波長在1-10毫米之間的電磁波,通常對應于30GHz至300GHz之間的無線電頻譜,具有頻率高、波長短、可靠性高、方向性好等特點。5G時代選擇使用毫米波頻段,速度就好比單車道升級為十車道,寬帶衛星通信技術則可以借助低軌衛星,將信號覆蓋到世界各個角落,上天下海進沙漠都沒有信號盲點,同時基于毫米波的6G也是未來科技競爭制高點。

隨著全球移動通信系統協會5G毫米波頻段擴容落錘,業內預計工信部將很快開啟毫米波在國內的規劃。從運營商的角度來看,中國移動已完成5G毫米波關鍵技術驗證,計劃在2022年逐步進行5G毫米波商用。而今年1月中旬,網絡通信與安全紫金山實驗室在南京舉行科技成果發布會,宣布完全自主可控、成本超低的大規模毫米波相控陣芯片問世。充分說明了我國關于5G網絡的建設不僅注重Sub-6G方案,而且在毫米波方案上也不落下。


5、三星蘋果新機均支持毫米波

三星在12日凌晨發布了Galaxy S20系列手機,其中Galaxy S20 +和Galaxy S20 Ultra都支持最新的5G毫米波。另外有報告稱,2020年蘋果將發布5款新iPhone,也支持毫米波/sub-6GHz技術。

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6、總結

在現代化社會中,經濟可持續發展帶動了5G 技術的持續發展,毫米波技術在未來發展過程中也一定會變成主要的工具??墒?,現如今,因為毫米波傳播的范疇有限,無法進行遠距離的傳輸,伴隨科學技術的進步,該問題也可以有效解決,進而給5G 的到來奠定基礎。

整體而言,要使5G技術更加成熟,就需要通過毫米波技術,與創新科學技術,研制出新型的技術在5G 中使用,或許在不久的將來,毫米波將成為5G乃至6G的常用頻段。

我們相信,5G技術正像這個時代的蒸汽機,它將再一次推動全人類全產業的進步,無論是工業領域還是普通人的生活,都將因此而改變。在頻譜資源進一步被壓榨的當下,毫米波技術最終也將登上歷史舞臺,承擔起提供更優質網絡的重任。

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