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[分享] 什么是毫米波?

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发表于 2019-5-1 09:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2019-5-1 09:56 编辑

       毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波,其频率大约在30GHz~300GHz之间。根据通信原理,无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5%左右,因此载波频率越高,可实现的信号带宽也越大。在毫米波频段中,28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段。28GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz,而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则到了2GHz(整个9GHz的可用频谱分成了四个信道)。
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      相比而言,4G-LTE频段最高频率的载波在2GHz上下,而可用频谱带宽只有100MHz。因此,如果使用毫米波频段,频谱带宽轻轻松松就翻了10倍,传输速率也可得到巨大提升。换句话说,使用毫米波频段我们可以轻轻松松用手机5G在线看蓝光品质的电影,只要你不怕流量用完!

       毫米波频段的另一个特性是在空气中衰减较大,且绕射能力较弱。换句话说,用毫米波实现信号穿墙基本是不可能。但是,毫米波在空气中传输衰减大也可以被我们所利用,所谓”It's not a bug,it's a feature!”:你手机使用的毫米波信号衰减确实比较大,但是同样地其他终端发射出的毫米波信号(对你而言是干扰信号)的衰减也很大,所以毫米波系统在设计的时候不用特别考虑如何处理干扰信号,只要不同的终端之间不要靠得太近就可以。选择60GHz更是把这一点利用到了极致,因为60GHz正好是氧气的共振频率,因此60GHz的电磁波信号在空气中衰减非常快,从而可以完全避免不同终端之间的干扰。
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当然,毫米波在空气中衰减非常大这一特点也注定了毫米波技术不太适合使用在室外手机终端和基站距离很远的场合。各大厂商对5G频段使用的规划是在户外开阔地带使用较传统的6GHz以下频段以保证信号覆盖率,而在室内则使用微型基站加上毫米波技术实现超高速数据传输。

      4G的高速给我们开启了移动互联网时代,5G的来临会将我们带入万物互联的世界,5G是一个复杂的系统工程,5G不仅包括手机等终端设备还包括接入网和核心网等,无线通信标准涉及很多的标准协议但是最重要的是空中接口部分,我们平时所说的4G/5G也都是指通信协议的空中接口。
       空中接口定义了终端设备与网络设备之间的电波链接的技术规范,GSM/WCDMA/CDMA2000/LTE等都是空中接口,在5G时代空中接口被统一命名为5G NR。


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Qualcomm 认为,要实现 5G NR 的搭建,有三类关键技术不可或缺:


1. 基于 OFDM 优化的波形和多址接入(Optimized OFDM-based waveforms and multiple access,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用);
2. 灵活的框架设计(A flexible framework);
3. 先进的新型无线技术(Advanced wireless technologies)。
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      如果我们用交通运输来形容,前两项技术是让路路上的汽车装的货更多一些,让道路更畅通一些,但是对于目前拥挤的道路而言这样的措施还远不够。
     如果我们能把道路拓宽一些就好了,但是地方有限也无法修那么宽的道路,但是这难不倒我们,我们可以架起高架桥,利用上方未使用的空间来提升运输量,这就是Qualcomm所说的第三个关键技术。拓展新道路用通信的话语说就是增加新的频段,3GPP给出的方案是毫米波与Sub-6 GHz。

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      毫米波顾名思义就是波长在毫米级别的电磁波,频率在24 GHz以上,但毫米波的利用并非易事,无线通信将面临很多问题。
      高频率的波在传输中衰减比较明显,路径受阻和损耗也比较明显,想想家里的5 GHz Wi-Fi 是不是穿墙能力比2.4 GHz Wi-Fi差很多?这是由波的特性决定的。
     毫米波这样的高频率电磁波并不适合做长距离传输,面对这样的困难Qualcomm提出了几项关键的技术:Qualcomm毫米波天线的波束成形技术将无线信号聚合成波束,从而提高覆盖,即使在非视距下,波束追踪(区分从5G小型基站到达的所有波束)和波束导向(改变上行链路波束的物理方向以匹配来自基站的入射波束的方向)也会使毫米波选择最优路径,从而显著改善毫米波信号的覆盖范围和可靠性。
虽然Qualcomm波束成形、波束追踪和波束导向会有效的缓解这个问题,但是并不能从根本上解决问题。
        我们继续用道路的例子做比喻,毫米波就像城市里的高架桥,拓宽了路径使得交通更加的畅通,但是有着自己的局限性,如果要去远方的城市就要上高速公路了,这个高速公路就是6GHz 以下频段即Sub-6 GHz和 4G LTE。

      因此,为了有效提升信号覆盖范围并支持广泛的 5G 用例,5G NR 还将充分利用 6GHz 以下频段。Sub-6 GHz这样的低频波适合长距离传输,而毫米波最适合密集的城市区域和拥挤的室内环境。在5G 新空口部署初期,多数运营商将会采用NSA(Non-Standalone,非独立组网)方式,4G LTE仍将“发挥余热”,以提供无处不在的覆盖和基本服务。

     面对毫米波的特性,波的收、发以及处理等问题,Qualcomm作为通信行业的领导者针对5G 毫米波推出了全套的解决方案来解决这些问题。
      早在2016年,Qualcomm就推出了针对5G的业界首款调制解调器骁龙X50,随后又推出了全球首款完全集成的毫米波射频解决方案QTM052 毫米波天线模块。QTM052 毫米波天线负责波的接收与发送,骁龙X50负责波的调制、解码等处理,这个完美组合解决了终端处理的核心问题。
     如今,全球有超过20家OEM厂商和20多家运营商决定基于我们的骁龙X50平台推出5G产品和服务。
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      为了更好的推动5G的普及和毫米波应用的完善,Qualcomm在骁龙X50和QTM052毫米波天线 之后又推出了第二代的从调制解调器到天线的完整5G多模解决方案。
     全球最先进的多模5G调制解调器——骁龙X55,对5G 新空口 TDD和FDD 运行模式、毫米波和6GHz以下频段、独立和非独立部署提供全面支持。
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       QTM525全新毫米波天线模组,支持厚度不到8毫米的纤薄5G智能手机设计。在上一代产品已支持的n257(28GHz)、n260(39GHz)与n261(美国28GHz)频段的基础之上,新模组针对北美、欧洲和澳大利亚还增加了对n258(26GHz)频段的支持。
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      好的产品要通过反复的实践来测试、改进并最终实现商用,为此Qualcomm的工程师已与各终端厂商比如vivo、三星等紧密合作。MWC2019期间,三星、小米、中兴、LG、索尼都发布了基于高通骁龙855和骁龙X50的5G手机终端。基于高通骁龙X55以及QTM525全新毫米波天线模组预计将于2019年上半年向客户出样,采用上述产品的商用终端预计将于2019年年底上市。
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