“2秒下载一部高清电影”“10GB文件数秒传完”...
新闻媒体常常极尽标题之能事,告诉世人5G有多了不起,5G网速如何潮鸣电掣。
其实所有无线通信的故事,归根结底都是频率的故事。当前5G被各大手机厂商捧为热门话题,消费者对极致速率翘首以盼,然而人们并不知道,其实这些见诸新闻报道里的超网速幻想都被寄托在一项名为“毫米波”的技术上。
有一种较为普遍的说法是“没有毫米波的5G是不完整的5G”,毫米波的重要性不言而喻。而在通信行业发展的头30年里,毫米波的存在却一直被漠视,虽然诸如高通、爱立信在内的通信巨头都有对它进行持续性的研究,但毫米波从幕后走到台前,成为通信圈的热词,也只是近些年的事。
“一阳指”的烦恼
对人类来说,小于20000Hz频率的声音可以被耳朵捕捉,而更高频率的世界则需要借助数字设备来探索,例如收音机和手机。在中国,大多数广播电台的播出频率在100MHz上下,现在的手机网络工作频率则从700MHz到高达数GHz的频段。
而毫米波则是飘散在空中的28GHz以上的超高频率无线电波。
最简单的物理逻辑告诉我们,“高频率”意味着“短波长”,毫米波的电磁波长通常在1到10毫米之间,这也正是“毫米波”名字的由来。
要突破高频率的极限,并不是一件容易的事情。不然,人类也不会等到5G时代才踏出这关键的一步。设想一下,当毫米波承载着GB级别的数据进行运输,这意味着无线电波中积聚着比过去2G、3G及4G时代更大的能量和信息量。
如何理解,我们不妨从一大堆武侠漫画人物说起:
这些“大招”都与毫米波有着类似的特点:线性传播、无线传输、频率极高、能量集中。毫米波就是在超高频段上完成大量信息的超高速传输,让海量数据像冲击波那样向着你的手机或其它5G设备激射而来。
不用担心,人们完全无法感知到这样的高能无线电波,更别提令你虎躯一震。如果在2-3年前,无线通信工程师甚至会说,毫米波是很“脆弱”的。因为频率越高,波长越短,毫米波就像一个“耿直BOY”,趋近于直线传播,无线信号绕射能力很差,传输距离也较短。
所以,毫米波可以超高速传递数据,也真的可以实现4G的100倍下载速度,但网络信号的覆盖问题如何解决?如此“金贵”的毫米波如何像3G、4G网络那样充盈满我们的办公室和家里的房间,让每一个角落都有信号,成为5G时代的重要课题之一。
超级网速“不掉线”
在地表温度接近50度的阿布扎比赛道上,年度F1方程序大赛如火如荼。只见一辆梅赛德斯AMG马石油车队赛车驶进修理站,所有维修技术人员一拥而上——加油、换胎。与此同时,赛车上的无线信号无缝切换到802.11ad 60GHz Wi-Fi网络,车身上200多个传感器记录的1000个频道数据在短短20秒之内瞬间传输至车队后台。这一切都要归功于60GHz高频段毫米波,代表着无线传输界的最快速率、极致速度,未来如果你想在家里无线观看4K甚至8K视频,那么没准就得靠它。
2018年,美国新泽西,在高通公司的一个实验室。楼顶的基站发射出毫米波信号,一辆装载着毫米波接收终端的汽车,从道路尽头以40公里/小时的速度驶来,驶过路口,转弯,进入停车场,完成泊车…整个过程中,毫米波级的网速始终保持稳定,也就是说,那种“2秒下载一部高清电影”的网速“一路在线”。
与此同时,在实验室的大楼内,另一个毫米波接收终端则不停在室内“熘达”,从走道到办公室,再到会议室,毫米波已经能够出色地完成室内信号的覆盖,从不掉线。
这非常令人兴奋,高通公司的无线工程师利用大规模天线阵列、波束成形、波束追踪等技术来保证曾经“脆弱”的毫米波能“永不跑丢”,并在5G基站和手机之间创建起可靠的、GB级的超级数据通道。
这意味着,毫米波技术已经克服了前文所述传输距离、折射、绕射、移动性等方面的先天不足,已经具备了商用的条件。
毫米波手机在哪儿呢?
就在今年年初,三星、OPPO、小米等全球顶级手机厂商纷纷发布了自己的首款5G手机,那么这些手机支持毫米波吗?是否能实现5G的极限速度?
首先,让我们看看市场上是否有可商用的毫米波解决方案。
早在2016年的时候,支持毫米波的基带就已经横空出世——骁龙X50能够利用28GHz毫米波频段提供的大带宽,结合先进信号处理技术,实现5Gbps的下载速度。
而在今年手机厂商们忙着争夺全球第一款商用5G手机头衔的时候,高通的第二款商用5G芯片骁龙X55的样片已经交到全球超过20家电信运营商、OEM厂商的手中,手机研发工程师已进入第二代5G手机的全速研发状态。
据悉,这些支持毫米波的5G手机能够实现最高达7Gbps的下载速度,该数字为目前的全球之最,而高通也成为市场上唯一一家能够面向智能手机提供商用毫米波解决方案的厂商。
美韩最先部署毫米波网络
一个巴掌拍不响。
光有毫米波手机,没有电信运营商支持,人们对超级网速的期盼也只能是剃头挑子一头热。不过不用担心,在毫米波的部署和普及方面,电信运营商显然比消费者更加着急。
事实上,美国和韩国的通信监管机构已经先行展开了毫米波资源拍卖,电信运营商一旦拿到属于自己的毫米波频段,就会马不停蹄展开高频5G频谱的组网。此前,美国电信运营商Verizon就打算利用毫米波技术取代传统有线光纤宽带,为一些家庭用户提供无线的、不限量的超高速宽带。而目标这些市场的手机厂家,如三星、LG、索尼等在2月份举行的MWC上在高通的展台上都展出了基于高通骁龙平台的支持毫米波的第一批手机。
在目前已经计划商用5G的国家中,除了中国、澳大利亚之外,日本、韩国、美国以及欧洲国家,均计划在3.5GHz、毫米波频段同时部署5G网络。对于普通消费者来说,这并不难理解,全球5G初期,3.5GHz等担负着替代现有3G、4G网络的角色,而毫米波则承载着对极致网速的追求,从目前电信运营商的计划来看,核心商圈、体育场馆、展览会场等人流超密集场所很可能将成为首批复盖毫米波的地方。
在中国的5G发展计划中,将在初期侧重于使用6GHz以下中频段完成5G网络的大规模覆盖,后期再开始建设毫米波网络提升网络容量。
中国IMT-2020推进组已经启动了包括毫米波在内的“室内+外场”测试,从长远来看,毫米波是中国5G不可能缺席的关键技术。毫无疑问的是,面向更高速度、更低延时的5G时代,毫米波将成为5G时代的主战场,而“从中频到高频”的5G发展之路,也将成为我国增强5G产业链竞争力的必经之路。