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任正非都說好的5G毫米波 為何在中國部署比歐美晚? - 幸運訊站技術 - 5G - jxmzone.com.cn

2019年03月16日 13:32 次閱讀 稿源:雷鋒網 條評論

幸运彩票故事要從任正非那句話說起——日前他在接受央視專訪時提到,“全世界能做5G的廠家很少,華為是做得最好的,全世界能做微波的廠家很少,華為做得最先進。能夠把5G基站和最先進的微波技術結合起來成為一個基站的,世界上只有一家公司能做到,就是華為。”

當時大家都關注任正非對其它問題的回答,卻沒有人清晰的闡述“微波”是什么,不禁好奇,微波到底是個啥?

微波是個很寬泛的定義,它可以指頻率為300MHz~300GHz的電磁波,對應波長在1毫米~1米之間,而任正非這里所說的微波主要指的是——毫米波。

5G時代毫米波突然受寵的原因:帶寬大

幸運訊站就是編碼解碼、調制解調、加密解密的過程,承載各種信息的就是電磁波,電磁波也是無線幸運訊站存在的根基。在全球范圍內,5G部署的頻段有且只有兩種,一種是sub-6GHz,指的是6GHz以下的頻段,一種是毫米波。

顧名思義,毫米波就是波長在1~10毫米的電磁波,對應頻率為30~300GHz,作為參考,我們目前4G所使用的頻段是2000MHz,2G和3G就更低了。

不管是2G/3G還是4G時代,毫米波一直都在,它的歷史甚至可以追溯到19世紀90年代,不過在很長一段時間里,毫米波都只活躍在大學的實驗室里,僅僅是理論探索。

直到今天,毫米波的主要應用還是衛星幸運訊站、雷達和一些軍事應用,比如在射電天文學中的早期應用,77 GHz汽車防撞雷達等,不過在5G時代,毫米波終于要“翻身農奴把歌唱”。

摘自百度百科

幸运彩票5G要使用毫米波的理由簡單且純粹,30GHz以上有豐富的頻譜資源,按照換算關系,1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,毫米波的頻譜資源是數量級的提升。

而在以往,之所以沒有開發毫米波主要有兩點原因,其一是商業需求并不大,其二是整體產業鏈技術都不成熟,使用成本也高。

5G的到來加速了這一過程,并且讓毫米波成為一種“最優解”,5G所需的大帶寬動輒100M以上,運營商有連續100M頻寬是開展5G的基本要求。在工信部確定的5G頻譜分配方案中,中國電信獲得3400MHz-3500MHz共100MHz帶寬的5G試驗頻率資源;中國聯通獲得3500MHz-3600MHz共100MHz帶寬的5G試驗頻率資源;中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的5G試驗頻率資源。

可以看出我國的三大運營商最少都有100M連續帶寬資源來開展5G,反觀之,4G時代三大運營商的頻譜資源并不是連續的,而且帶寬資源還有不到100M的。

幸运彩票從4G到5G,是數據的又一次爆炸式增長,就需要更快的傳輸速度。無線傳輸速率增加一般有兩種方法,一是增加頻譜利用率,二是增加頻譜帶寬,增加頻譜帶寬簡單且直接,只需要有充足的帶寬資源就行。

無線幸運訊站的最大信號帶寬大約是載波頻率的5%左右,4G網絡均在sub 6GHz頻段,可用最大帶寬是100MHz,數據傳輸速率不超過1Gbps。而在毫米波頻段,可用帶寬大大增加,數據傳輸速率也成倍上升,加之新材料、新技術和新工藝的提升,毫米波在5G時代終于要迎來大規模應用。

解決毫米波缺點——Massive MIMO和波束賦形

如果毫米波都是優點,也不至于到現在才被如此重點對待,毫米波屬于“極高頻”范疇,電磁波的傳輸特點是頻率越高波長越短,衍射能力越弱,穿透能力越強,信號穿透會損失很大能量,所以傳輸距離就越近。言而總之,頻率越高的電磁波傳播距離越近。

不止如此,與頻率較低的電磁波相比,毫米波信號尤其遇到水的衰減大,嚴重影響傳播效果。研究表明,通常情況下,降雨的瞬時強度越大、距離越遠、雨滴越大,毫米波衰減越嚴重,因此在毫米波幸運訊站系統或幸運訊站線路設計時,都需要留出足夠的電平衰減余量。

為了解決毫米波傳輸距離的掣肘,5G有幾項關鍵技術隨之誕生或者增強。第一個是Massive MIMO,簡稱大規模天線技術,MIMO的含義是天線“多進多出”(Multiple-Input Multiple-Output),如下圖所示,4G時代MIMO技術就已經得到應用,不過最多也就是基站8天線,幸運訊站4天線,在4G所處頻率上如果要放更多的天線會互相干擾,反而得不償失。

在理想傳播模型中,當發射端的發射功率固定時,接收端的接收功率與波長的平方、發射天線增益和接收天線增益成正比,與發射天線和接收天線之間的距離的平方成反比。

毫米波頻段高波長短,故而信號衰減非常嚴重,接收天線接收到的信號功率減少,天線發射功率不能增加,發射天線和接收天線的距離不受控制(移動用戶隨時可能改變位置),發射天線和接收天線的增益也不能提高太多,所以解決方案只有——增加發射天線和接收天線的數量,而且毫米波波長短互相之間干擾距離小,天線之間可以離得更近,所以5G天線都不是以個數論英雄,而是一個陣列。

目前主流設備商包括中興、華為、大唐移動、愛立信和諾基亞均已推出了 Massive MIMO 產品及解決方案,由于TDD 和 FDD 制式在信道信息獲取方面的先天差異,現階段基于 TDD 的陣列天線進展更快。

第二個是波束賦形(Beamforming),在WiFi路由器也有應用,5G時代大規模天線技術是波束賦形的基本條件。

在沒有人為干擾的條件下,電磁波是360度無死角傳播的,其中很大一部分沒有被接收,白白浪費,天線陣列可以使得電磁波朝著人為規定方向的傳播,且天線個數越多,電磁波傳播方向越集中。

波束賦形可以使無線信號定向傳輸到需要使用的方向,而且還需要波束導向技術根據信號接收點的位置變化不斷調整,技術含量高高的。

中國毫米波部署為何比歐美晚

回到文章開頭的問題,任正非為何要強調“5G基站和微波結合起來做得很好的只有華為”?主要就是說給美國和歐洲部分國家聽。

微波基站回傳天線(摘自京信幸運訊站官網)

5G基站部署頻率高,所以基站密度更大,如果每個基站都由光纖連接到中心機房,成本將大大增加,而且也十分復雜,尤其是美國和歐洲部分地區,這些地區的光纖覆蓋遠不如國內,使用微波技術做回傳是經濟可行的適合方案。

毫米波系統的典型使用場景就是自回傳,一個5G空口通過一跳或多跳提供多個接入和傳輸,而不需要光纖鏈路。

日前高通也發布了其面向毫米波的Qualcomm QTM052毫米波天線模組,包含了從收發器到所有射頻前端器件,還有電源管理IC以及天線,高通方面介紹,根據對幸運訊站性能不同的要求,可在一部幸運訊站中安裝3到4個此模組,該模組覆蓋的頻譜也是比較主流的毫米波頻段。

幸运彩票6GHz以下的射頻鏈路架構和毫米波的射頻鏈路架構完全不同,高通也是分別推出了對應產品,這也意味著在5G商用早期,不同國家或者地區的幸運訊站搭載的射頻單元或許是不同的,支持的頻率也可能稍有差別,首批5G幸運訊站將不具備“漫游”功能,全模幸運訊站將在后續產品中實現。

毫米波比較主流的頻段是28GHz以及39GHz,各個國家和地區會根據歷史情況和頻譜資源情況來進行毫米波和6GHz以下頻譜部署,比如北美可能會先在毫米波頻段進行5G部署,國內會先在6GHz以下進行5G部署,日韓可能兩種頻段都會部署。

國內三大運營商或將在2022年才商用5G毫米波頻段,這也和我國幸運訊站的歷史發展有關。早在2013年,國務院就印發了《關于實施“寬帶中國”戰略及實施方案的通知》,“光進銅退”還有提速降費等政策都讓高速光纖進入到尋常百姓家,運營商骨干網資源也十分豐富,所以國內運營商在5G商用前期就沒有特別強烈的意愿用毫米波做回傳,而是轉而在成熟階段區進一步探索5G的其他應用。歐美地區運營商在商言商,不會做賠本生意,光纖鋪設成本高,覆蓋密度還低,歐美地區在早些時候就一直向毫米波方向進軍。

幸运彩票中國無線電管理局在今年2月份發布的2019年全國無線電管理工作要點指出,將適時發布5G系統部分毫米波頻段頻率使用規劃,引導5G系統毫米波產業發展。更早之前工信部也批復4.8-5.0GHz、24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz頻段用于我國5G技術研發試驗,試驗地點為中國信通院MTNet試驗室以及北京懷柔、順義的5G技術試驗外場。

在國內市場,Sub-6GHz是運營商部署NSA(非獨立組網)5G網絡的關鍵,既節約網絡建設成本,又能兼顧網絡覆蓋范圍和建筑內部穿透能力,對國內市場來說是更為成熟的選擇,業內人士表示,在2022年商用毫米波并不會影響國內5G的競爭力。

不同國家和地區在2019年承載5G所用頻率不同

幸运彩票中國、歐洲、日本、韓國、澳大利亞等地都是使用6GHz以下頻段做第一波5G幸運訊站比較熱門的國家和區域,國內并不像國外部分地區對毫米波有那么高的需求。

業內人士預計毫米波在國內的發展可能會很晚,不過相比租用光纖的高成本,毫米波還是有一定優勢的,在國內毫米波很難取代光纖做回傳,但在國外部部分運營商可能就選擇毫米波做基站回傳了。

有觀點認為,完美的5G需要毫米波頻段在5G接入系統的普及應用,毫米波將使5G接近其最初的設想,相關技術也在不斷演進之中,或許在不久的將來,毫米波將成為5G乃至6G的常用頻段。

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