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皓天鑫
【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】隨著移動(dòng)用戶數(shù)量及其需求的上升，5G必須比如今的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站更快地處理更多的流量。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，無線通訊的工程師正在設(shè)計(jì)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(luò)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(dá)20Gb/s(4G為1Gb/s)。
提升5G數(shù)據(jù)傳輸效率 毫米波送助攻
隨著視頻內(nèi)容的爆發(fā)，如今的移動(dòng)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(luò)服務(wù)，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(gè)行業(yè)都在共同努力，希望能夠確定5G的終形態(tài)。但是這個(gè)行業(yè)的所有參與者都必定同意這一點(diǎn)：
隨著移動(dòng)用戶數(shù)量及其需求的上升，5G必須比如今的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站更快地處理更多的流量。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，無線通訊的工程師正在設(shè)計(jì)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(luò)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(dá)20Gb/s(4G為1Gb/s)。
目前還不清楚，從長遠(yuǎn)來看哪些技術(shù)將是5G中關(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(luò)遇到的非常重要的一個(gè)問題就是：越來越多的人和設(shè)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(gè)人被分配到的帶寬有限，導(dǎo)致速度下降、掉線情況時(shí)有發(fā)生。
隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(yàn)。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(dòng)設(shè)備的5Ghz以下的頻段相比，毫米波在30GHz和300GHz之間的頻率進(jìn)行傳輸。它們被稱為毫米波，是因?yàn)檫@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(jī)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(dá)系統(tǒng)和衛(wèi)星上有應(yīng)用?，F(xiàn)在，一些蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供商已經(jīng)開始使用毫米波在諸如兩個(gè)基站這樣的固定點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，但是使用毫米波將移動(dòng)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(diǎn)？
雷鋒網(wǎng)此前曾報(bào)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(shí)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(shí)現(xiàn)的信號帶寬也越大。在毫米波頻段中，28GHz頻段和60GHz頻段是有希望使用在5G的兩個(gè)頻段。28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，而60GHz頻段每個(gè)信道的可用信號帶寬則到了2GHz(整個(gè)9GHz的可用頻譜分成了四個(gè)信道)。
相比而言，4G-LTE頻段高頻率的載波在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(diǎn)？
除了優(yōu)點(diǎn)之外，毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，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(luò)將會采用小基站的方式來加強(qiáng)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(chǔ)?？梢灶A(yù)見的是，未來5G移動(dòng)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(shí)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(luò)不僅能夠?yàn)橹悄苁謾C(jī)用戶提供服務(wù)，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(shè)定了很高的期望，并承諾為消費(fèi)者提供超低延遲和創(chuàng)紀(jì)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(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作，那么超快的5G服務(wù)有望在未來5年內(nèi)商用。
(原標(biāo)題：是什么讓5G的峰值速度高達(dá)20Gb/s？一文讀懂毫米波)
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