2020年09月04日 | 没有毫米波参与，5G只能算玩具

到今年底，全球的5G应该可以说完成了第一波建设，大城市的5G差不多普及开来，但这不是5G的结束，因为后面还有更好的，尤其是5G要实现从能用变成好用的跨越，毫米波技术也是时候登场了。

下面就为大家普及一下毫米波在5G方面到底有多大分量。

什么是频段？

首先简单了解一下波段概念，波段是无线电通讯频率中的一小段电磁波谱，通常以信道（channel）的方式来运用，或将相同类型、属性的无线应用集中配置在某一处，举例来说如：

中波波段（AM broadcast band）：（530kHz — 1610kHz，若在美国可至1700kHz）

短波波段（Shortwave bands）（5.9MHz — 26.1MHz）。

高频频段（High frequency）（频率在 3M-30M ，波长从 100 米到 10 米），二战前的早期雷达使用这个频段，因为当时技术能够得到可靠的大功率器件的最高频率。由于波长太大，对小物体的检测性能不好；但是可以超视距工作。

甚高频（VHF，Very high frequency）：频率范围是 30M 到 300M，其波长范围是 1 米到 10 米，因此这个波段又称为米波波段、超短波波段。米波雷达的天线较小，二战时可以安装在舰船上，作为搜索/警戒/预警雷达使用；该波段使得飞机难以隐身。

实际上5G是多种技术的集合，光是频段上就分为两部分——FR1和FR2，前者频率范围是450MHz——6GHz，又叫6GHz以下频段，这是最常见的，也是目前的主流。 

FR1就是我们常说的sub 6GHz，低于6GHz的部分，这部分将是5G当前的主流应用范围。我们知道频率越低，覆盖能力越强，穿透能力越好，但目前很多频段已经在之前的网络中使用，各国使用状况不同，普遍而已，目前3.5GHz是5G应用最广泛的频谱。

毫米波究竟是什么，为什么这么重要？

在介绍我们的主角之前，先对无线通信做一个简单的介绍，这样便能有一个深刻的认识。

我们都知道，“高传输速率”是5G的一项关键技术指标。那么怎样提高传输速率呢？这里的传输速率，即单位时间里通过信道的数据量。所谓的无线通信是利用无线电磁波进行通信。无线通信的基本原理是将声画信息变换为含有声画信息的电信号，再把电信号“寄载”在比该信号频率高得多的高频振荡信号上去，然后用发射天线以无线电波的形式向周围传播。

这是电磁波谱，它是按照电磁波的频率顺序进行排列而画出来。频率，是电磁波的重要属性。无线通信领域，主要研究的是图中绿色部分。

前面说了，频率是电磁波的重要特性，不同频率的电磁波有不同的特性，也就意味着有不同的用途，所以我们在电磁波这条“大路”上进一步划分车道，分配给不同的对象和用途。

毫米波就位于微波与远红外波相交叠的波长范围，其实它也是兼有两种波谱特点的。FR2频段的频率范围是24.25GHz——52.6GHz，也就是毫米波（mmWave）。

毫米波为何大红大紫？有何优势？

各国之所以看中毫米波的商用价值，是因为其他的频谱资源已经不够用了。事实上，频带利用率不是越高越好就行。所以，人们很自然地将目光转向另一个更简单粗暴的方法——提高频谱系统带宽。

但问题是目前常用的6GHz以下的频段已经基本没有更多的资源可利用了，因为4G时代已经非常拥挤。这时候，人们想到了过去一直没太关注的毫米波频段。

毫米波的最大特点是高频率，但在30-300GHz之间也不是所有频段都可以随意使用的，因为有些频段效能比较差，所以目前很难被使用。3GPP协议38.101-2 Table 5.2-1中，为5G NR FR2波段定义了3段频率，分别是：

n257（26.5GHz~29.5GHz）；

n258（24.25GHz~27.5GHz）；

n260（37GHz~40GHz）；

以28GHz和60GHz频段为例，通信领域有一个原理，无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5%，所以两者对应的频谱带宽分别为1GHz和2GHz，而4G-LTE频段最高频率的载波在2GHz上下，频谱带宽只有100MHz，毫米波的带宽相当于4G的10倍，由此看来，这是一个有待开发的蓝海。

Ookla最近在美国进行了5G网络速度测试。测试结果表明，5G毫米波系统的下载速度大约是4G LTE的二十倍，是未接入毫米波频段的5G手机下载速度的五倍

除了速率高，毫米波还有不少其他的好处，毫米波的波束很窄，相同天线尺寸要比微波更窄，所以具有良好的方向性，能分辨相距更近的小目标或更为清晰地观察目标的细节。

解决技术短板，成就千亿美元大市场

如今看来目前国内运营商以Sub-6GHz作为5G网络的主力，很少用到毫米波，原因很简单，因为5G毫米波存在一个硬伤——信号。

两大致命短板：

1.氧分子对它的吸收会比低频谱明显，所以毫米波频谱衰减的比较快；

2.该频段穿透障碍物的能力比较差，无法穿过障碍物。

毫米波是波长约在1-10毫米之间的电磁波。电磁波频率越高，波长越短，穿透能力越差。

一片树叶、一张纸、甚至是一滴水的遮挡，就可以让毫米波5G信号彻底“翻车”。

采用毫米波信号的5G手机几乎可以被任何东西挡住信号，电话亭、一棵树、玻璃、雨伞、甚至是...空气，只要基站和手机之间有遮挡，可能转个身，网络会立刻回落到4G。而采用Sub-6GHz和毫米波同时覆盖的运营商则相安无事。

成本问题——基站太多，贵！

除此之外，毫米波的覆盖范围有限且成本昂贵，较大的路径损耗意味着覆盖范围仅限于数百英尺，需要大量的小型基站，但这都得需要钱。除此之外，5G毫米波商用还需解决路径损耗的问题。

但这些技术难题在我们高超的工程师手底下一点点的解开了：

对于路径损耗，窄波束宽度的模拟波束成形能够克服，利用现有站址开展全面的系统仿真实验;身体、墙体、植被、雨滴的阻挡会严重影响信号的传播，因此，利用路径分集和反射，可以引领波束赋形和波束追踪技术发展;由于带宽更大，从本质而言毫米波能耗更高，这为外形尺寸较小的终端带来严峻的散热挑战，高通发布的调制解调器、射频和天线产品，可应对外形尺寸和散热的挑战。

当前有不少国家主要围绕26GHz的毫米波频段进行测试，但规模化部署仍存在一定的技术性挑战——包括覆盖率有限、网格部署成本较高、障碍物的阻断等。阿联酋在毫米波的部署中，重视毫米波在高移动性应用中的作用，依靠波束赋形来解决技术痛点，从而减少部署成本。

所以，想要5G毫米波体验好，必须建很多基站——几乎每个角落都需要！

那为什么5G毫米波这么“弱鸡”却倍受青睐，原因很简单。

5G毫米波载波频率更高，信号带宽更大。以60GHz频段为例，每个信道的频谱带宽达到2.16GHz，相比之下，4G-LTE频段可用频谱带宽只有100MHz。说白了就是5G毫米波网速很快，比Sub-6GHz的5G更快。ITU IMT-2020规范要求5G速度可以达到20Gbit/s，单靠Sub-6GHz是搞不定的，得用上毫米波。

毫米波受到的频段干扰更少。1.9Ghz-6Ghz频段仿佛是拥挤的地铁，Wi-Fi、蓝牙、卫星广播等都“挤”在一起，难免会有“打架”。而毫米波频段就像是无人区飞驰的敞篷跑车，时延极低，容量高，可以同时有更多设备连接。

但刚才提到，毫米波技术本身仍存在一定缺陷，就我国而言，毫米波产业链有待成熟，核心技术和核心器件成熟度较低，系统化和标准化工作有待推进，相较于已经深度部署的低频段，毫米波的技术优势不太明显。

在5G里面它有多大价值？

虽说短板尚在，但应用价值不可估量，工业场景和智慧城市将是5G毫米波的重要用武之地

在工业场景中，高容量、低延时的网络特点有助于提升工业的智能化和自动化程度。目前芬兰很重视毫米波技术在未来工业级方向的应用，此外智慧城市也是未来毫米波的重要应用领域。

总而言之，5G毫米波带宽高，时延低，容量高。在日常生活中，5G毫米波可以帮助你秒速下完蓝光视频、在拥挤的球场享受高速网络。在专业场景，5G毫米波可以实现工业机器人的远程控制、自主工厂运输、远程医疗等。

应用场景比想象中更广

毫米波在未来的应用场景可能超出想象。首先，毫米波的特性决定了它可以主要被应用在大带宽、高容量的场景，面向高频段的eMBB场景，可用于人口密度大、网络容量需求大的热点区域。

1. 大型场馆

毫米波很适合在大型场馆如音乐会、体育馆等人口密集区域进行部署，可以带来数千兆比特的速率以及低时延和无限容量的体验，以往在万人体育场观看演出时手机信号几乎为零、上不了网的情况不会再有，可以为观众带来独有的个性化体验。

2. 室内场景

毫米波可以更好地在室内场景部署应用，实现媲美WiFi的上行和下行链路覆盖，还可以利用更大的带宽满足实现数千兆比特中指突发速率的需求，总之就是让你的上网体验更优质。

需要注意的是，毫米波的波长很小，所以天线也可以做得很小，这样未来在5G毫米波部署时，在普通宏基站基础上一定会有很多微基站（就是小基站）得到部署，在城区街头、室内角落，你都有可能看到。

3. 固定无线宽带接入

毫米波还可用于固定无线宽带接入业务，满足典型如4K、8K电视的传输需求，满足市郊居民区的视频需求，一个典型的场景是家里购买一台CPE设备部署无线网络，然后即可通过电视联网观看高达8K的超高清视频。

何时能有支持毫米波的手机？

可以说，毫米波将会改变我们室内室外的互联状况，极大释放5G潜能。同时，我们随手不离的手机也会进行革新。

其实目前很多手机在硬件上面，都已经开始支持5G毫米波，但是厂商会根据不同国家或者地区的市场，做出改变。目前国内市场以Sub-6GHz为主导，而美国市场，以5G毫米波为主导。

截至目前为止，依然只有高通方案商用，也就是高通的骁龙855+X50 modem+QTM052模块这样的芯片组合。基于这种硬件平台打造的5G手机呈现出一种独特的毫米波5G手机架构：

例如，美版的S20+与S20 Ultra均支持Sub-6GHz和5G毫米波，而Verizo推出的特殊版三星S20，更是解决了S20因为机身过少，无法放下支持毫米波的两个分立天线模块这个问题，同时支持Sub-6GHz和5G毫米波。

总的来讲，如果在国内市场，你可能还买不到国行版支持毫米波手机，因为对于厂商来讲没有推出的必要。而在美国市场，你可以买到。对于国内消费者的话，完全不用为手机缺失对毫米波的支持而恐惧，离它真正在国内的商用还有一段距离。

不过别伤心，今年即将发布的iPhone12 兼具同时支持Sub-6GHz和毫米波双重功能。

中国目光长远的毫米波策略

在5G 毫米波系统部署初期，24.25-29.5GHz 和37-43.5GHz 的接纳度是普遍最高的，全球领先的国家和地区正在计划将这些频带的细则落地，这两个频带也已经在R15 协议中明确规定，并建议按800MHz 定义系统带宽。对于计划在26.5-27.5GHz 上部署的国家，主要是韩国，则建议部署400MHz系统带宽，主要是为了在实践中逐步明确分配，避免在24.25-27.5GHz 上出现碎片化。

中国选择中频频谱部署 5G 的策略发挥了极大的优势，不但能充分发挥国内的技术与产业链优势，也的确有力推动 5G 在国内的部署与应用。

工信部官方数据显示，截至到今年 6 月底，我国建设开通的 5G 基站已经超过 40 万座，而真正连接到 5G 网络的用户也达到了 6600 万。根据法国回声报提供的数据，美国的 5G 用户是 100 万，差不多是中国 5G 用户数量的百分之一。

与此同时，在三大运营商助力下，5G 应用也不断 “乘风破浪”，实现在工业、医疗、交通等垂直行业的 “多点开花”，并打造出一系列行业标杆。

今年夏天，R16将完成，一旦可用，网络就可以最大限度地发挥mmWave频谱的能力，充分发挥5G技术潜力。