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宝马会华为能把5G基站和微波结合 毫米波将成5

  故事要从任正非那句话说起日前他在接受央视专访时提到:全世界能做5G的厂家很少,华为是做得最好的;全世界能做微波的厂家很少,华为做得最

  故事要从任正非那句话说起日前他在接受央视专访时提到:“全世界能做5G的厂家很少,华为是做得最好的;全世界能做微波的厂家很少,华为做得最先进。能够把5G基站和最先进的微波技术结合起来成为一个基站的,世界上只有一家公司能做到,就是华为。”

  当时大家都关注任正非对其它问题的回答,却没有人清晰的阐述“微波”是什么,让人不禁好奇,微波到底是个啥?

  微波是个很宽泛的定义,它可以指频率为300MHz~300GHz的电磁波,对应波长在1毫米~1米之间,而任正非这里所说的微波主要指的是毫米波。

  通信就是编码解码、调制解调、加密解密的过程,承载各种信息的就是电磁波,电磁波也是无线通信存在的根基。

  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。

  顾名思义,毫米波就是波长在1~10毫米的电磁波,对应频率为30~300GHz,作为参考,我们目前4G所使用的频段是2000MHz,2G和3G就更低了。

  不管是2G/3G还是4G时代,毫米波一直都在,它的历史甚至可以追溯到19世纪90年代,不过在很长一段时间里,毫米波都只活跃在大学的实验室里,仅仅是理论探索。

  直到今天,毫米波的主要应用还是卫星通信、雷达和一些军事应用,比如在射电天文学中的早期应用,77 GHz汽车防撞雷达等,不过在5G时代,毫米波终于要“翻身农奴把歌唱”。

  5G要使用毫米波的理由简单且纯粹,30GHz以上有丰富的频谱资源,按照换算关系,1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,毫米波的频谱资源是数量级的提升。

  而在以往,之所以没有开发毫米波主要有两点原因,其一是商业需求并不大,其二是整体产业链技术都不成熟,使用成本也高。

  5G的到来加速了这一过程,并且让毫米波成为一种“最优解”,5G所需的大带宽动辄100M以上,运营商有连续100M频宽是开展5G的基本要求。

  可以看出我国的三大运营商最少都有100M连续带宽资源来开展5G,反观之,4G时代三大运营商的频谱资源并不是连续的,而且带宽资源还有不到100M的。

  从4G到5G,是数据的又一次爆炸式增长,就需要更快的传输速度。无线传输速率增加一般有两种方法,一是增加频谱利用率,二是增加频谱带宽,增加频谱带宽简单且直接,只需要有充足的带宽资源就行。

  无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5%左右,4G网络均在sub 6GHz频段,可用最大带宽是100MHz,数据传输速率不超过1Gbps。

  而在毫米波频段,可用带宽大大增加,数据传输速率也成倍上升,加之新材料、新技术和新工艺的提升,毫米波在5G时代终于要迎来大规模应用。

  如果毫米波都是优点,也不至于到现在才被如此重点对待,毫米波属于“极高频”范畴,电磁波的传输特点是频率越高波长越短,衍射能力越弱,穿透能力越强,信号穿透会损失很大能量,所以传输距离就越近。

  不止如此,与频率较低的电磁波相比,毫米波信号尤其遇到水的衰减大,严重影响传播效果。

  研究表明,通常情况下,降雨的瞬时强度越大、距离越远、雨滴越大,毫米波衰减越严重,因此在毫米波通信系统或通信线路设计时,都需要留出足够的电平衰减余量。

  第一个是Massive MIMO,简称大规模天线技术,MIMO的含义是天线“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output)。如下图所示,4G时代MIMO技术就已经得到应用,不过最多也就是基站8天线G所处频率上如果要放更多的天线会互相干扰,反而得不偿失。

  在理想传播模型中,当发射端的发射功率固定时,接收端的接收功率与波长的平方、发射天线增益和接收天线增益成正比,与发射天线和接收天线之间的距离的平方成反比。

  毫米波频段高波长短,故而信号衰减非常严重,接收天线接收到的信号功率减少,天线发射功率不能增加,发射天线和接收天线的距离不受控制(移动用户随时可能改变位置),发射天线和接收天线的增益也不能提高太多,所以解决方案只有增加发射天线和接收天线的数量,而且毫米波波长短互相之间干扰距离小,天线之间可以离得更近,所以5G天线都不是以个数论英雄,而是一个阵列。

  目前主流设备商包括中兴、华为、大唐移动、爱立信和诺基亚均已推出了 Massive MIMO 产品及解决方案,由于 TDD 和 FDD 制式在信道信息获取方面的先天差异,现阶段基于 TDD 的阵列天线进展更快。

  第二个是波束赋形(Beamforming),在Wi-Fi路由器也有应用,5G时代大规模天线技术是波束赋形的基本条件。

  在没有人为干扰的条件下,电磁波是360度无死角传播的,其中很大一部分没有被接收,白白浪费,天线阵列可以使得电磁波朝着人为规定方向的传播,且天线个数越多,电磁波传播方向越集中。

  波束赋形可以使无线信号定向传输到需要使用的方向,而且还需要波束导向技术根据信号接收点的位置变化不断调整,技术含量高高的。

  回到文章开头的问题,任正非为何要强调“5G基站和微波结合起来做得很好的只有华为”?主要就是说给美国和欧洲部分国家听。

  5G基站部署频率高,所以基站密度更大,如果每个基站都由光纤连接到中心机房,成本将大大增加,而且也十分复杂,尤其是美国和欧洲部分地区,这些地区的光纤覆盖远不如国内,使用微波技术做回传是经济可行的适合方案。

  毫米波系统的典型使用场景就是自回传,一个5G空口通过一跳或多跳提供多个接入和传输,而不需要光纤链路。

  日前高通也发布了其面向毫米波的Qualcomm QTM052毫米波天线模组,包含了从收发器到所有射频前端器件,还有电源管理IC以及天线,高通方面介绍,根据对手机性能不同的要求,可在一部手机中安装3到4个此模组,该模组覆盖的频谱也是比较主流的毫米波频段。

  6GHz以下的射频链路架构和毫米波的射频链路架构完全不同,高通也是分别推出了对应产品,这也意味着在5G商用早期,不同国家或者地区的手机搭载的射频单元或许是不同的,支持的频率也可能稍有差别,首批5G手机将不具备“漫游”功能,全模手机将在后续产品中实现。

  毫米波比较主流的频段是28GHz以及39GHz,宝马会各个国家和地区会根据历史情况和频谱资源情况来进行毫米波和6GHz以下频谱部署,比如北美可能会先在毫米波频段进行5G部署,国内会先在6GHz以下进行5G部署,日韩可能两种频段都会部署。

  国内三大运营商或将在2022年才商用5G毫米波频段,这也和我国通信的历史发展有关。

  早在2013年,国务院就印发了《关于实施“宽带中国”战略及实施方案的通知》,“光进铜退”还有提速降费等政策都让高速光纤进入到寻常百姓家,运营商骨干网资源也十分丰富,所以国内运营商在5G商用前期就没有特别强烈的意愿用毫米波做回传,而是转而在成熟阶段区进一步探索5G的其他应用。

  欧美地区运营商在商言商,不会做赔本生意,光纤铺设成本高,覆盖密度还低,欧美地区在早些时候就一直向毫米波方向进军。

  中国无线年全国无线电管理工作要点指出,将适时发布5G系统部分毫米波频段频率使用规划,引导5G系统毫米波产业发展。

  更早之前工信部也批复4.8-5.0GHz、24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段用于我国5G技术研发试验,试验地点为中国信通院MTNet试验室以及北京怀柔、顺义的5G技术试验外场。

  在国内市场,Sub-6GHz是运营商部署NSA(非独立组网)5G网络的关键,既节约网络建设成本,又能兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力,对国内市场来说是更为成熟的选择,业内人士表示,在2022年商用毫米波并不会影响国内5G的竞争力。

  中国、欧洲、日本、韩国、澳大利亚等地都是使用6GHz以下频段做第一波5G手机比较热门的国家和区域,国内并不像国外部分地区对毫米波有那么高的需求。

  业内人士预计毫米波在国内的发展可能会很晚,不过相比租用光纤的高成本,毫米波还是有一定优势的,在国内毫米波很难取代光纤做回传,但在国外部部分运营商可能就选择毫米波做基站回传了。

  有观点认为,完美的5G需要毫米波频段在5G接入系统的普及应用,毫米波将使5G接近其最初的设想,相关技术也在不断演进之中,或许在不久的将来,宝马会毫米波将成为5G乃至6G的常用频段。(张帅)

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