从毫米波到低频段 关于5G基础技术你应该了解的事情
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5G网络正在向我们走来，这种下一代无线通信技术使用了一种名为毫米波(mmWave)的新技术来提供动力。美国的运营商对这项技术尤其感兴趣，因此它可能会在世界各地被不同程度的应用。但是，并非每一个5G网络都必须使用到毫米波技术，至少目前来看应该是这样。 正如每一项新技术一样，在它成为主流之前，不可避免的会在初期遇到一些问题和需要克服的障碍。过去几年里，毫米波技术遭到了不少怀疑者的质疑，这些声音质疑这种技术在远距离情况下是否适用，以及能否很好地穿透墙壁，甚至雨水的环境，质疑用户甚至用手就可以阻挡住毫米波信号。 这些质疑和观点并非毫无根据，但大多数问题在最近几年都得到了解决。在毫米波技术即将正式公开亮相之前，让我们来看看这项技术目前存在的一些问题和现状吧。 首先，让我们快速回顾一下毫米波是什么。 毫米波概览 毫米波和5G几乎是同义词，但它们之间还是有一些明显的区别。毫米波技术只是未来5G网络的一部分。也许一些人可能还听说过“低频段”频率和“sub-6GHz”等名词，这两种频率也将成为5G标准的一部分，当它们组合在一起时，将为用户提供更快的数据连接速度，以及其它方面的好处。 毫米波是指波长很短，介于24GHz和100GHz之间的某一部分无线电频谱。这部分频段之间几乎没有使用过，所以毫米波技术的目标是大幅增加可用带宽。较低频段的电视和无线电信号，以及目前4G LTE网络(通常在800至3000 mhz之间)相比之下更为拥挤。而毫米波这种短波长的另一个优点是，它可以更快的传输数据，尽管传输距离短了很多。
简单来说，低频段波覆盖的距离要大得多，但提供的数据速度更慢，而高频频段覆盖的区域更小，但能承载的数据贷款要多得多。毫米波只是5G愿景的一部分，但运营商特别喜欢炒作5G概念，因为它允许接入极高的带宽，并展示了令人印象深刻的数据连接速度。 毫米波的目标是在人口密集的地区内增加可用的数据带宽。它将成为许多城市5G的关键组成部分，为体育场、商场和会议中心的数据提供连接通道，基本上在任何可能存在数据拥堵问题的地方都能够提供便利。而在农村乡镇地区，低于6Ghz和低于2GHz的低频段可能在确保覆盖范围的一致性方面发挥更重要的作用。 神话终结者：关于毫米波事实与虚构 毫米波无法穿墙 这可能是即将到来的5G网络中我们遇到最常见的问题，在某种程度上来说，这种说法是正确的。大多数建筑材料，如水泥和砖，会衰减和反射高频的信号，过程中造成的损失非常大，因此我们不太可能会接收到从内到外非常有用的信号。即使是空气传播也会造成信号丢失，信号丢失会将频率限制在28GHz以上，限制在1公里范围左右。同样，木头和玻璃可以将高频信号衰减到较小的程度，所以你仍然可以在窗户旁边使用5G毫米波信号。 这种反射特性是双向的，你不需要用5G天线来接收信号。5G网络将使用波束形成来引导电波离开或绕过手机上的障碍物。这在一定程度上是因为5G设备使用了多个天线收发信号，将来自多个流的数据结合起来，增强整体信号，增加带宽。这种方法既适用于室外通过反射建筑物发出的信号，也适用于室内通过反射墙壁发出的信号。而运营商则可以在体育场或大型商场内安装这些波束形成发射器。 综上所述，非常高频的5G信号传输距离不是很远，也不能很好地从室内过渡到室外。然而大量MIMO和波束形成确保了严格的视线无需满足使用毫米波的要求。毫米波信号可能无法穿透建筑物，但它会在建筑物周围反射，以确保信号良好。在室内，用户将不得不更多地依赖sub-6GHz和LTE信号连接。 手也穿透不了 与上面提到的原因类似，这种说法也有一定的道理。人体在阻挡高频无线电方面相当“擅长”，毕竟人体大部分都是由水组成，并且密度也相当大。这也是为什么蓝牙耳机经常在手机被身体阻挡的情况下会出现无法正常工作的部分原因。 虽然我们的手也许不能全部阻挡整个信号，但它肯定会阻挡住一部分的信号传输，使本来就很普通或很差的信号变得更糟，甚至无法使用。这么做最少也可以减慢网络连接速度或导致数据流中断。 最坏的情况是，被手阻挡住的手机信号导致出现一格信号甚至没有信号的情况发生。 想要解决这个问题的办法是在手机周围安装更多的毫米波天线。毕竟，你少情况下我们会同时用手挡住手机的两面和顶部。 通过高通的参考设计建议来看，智能手机应该使用三个天线模块，以确保信号覆盖的全面性。如果你要升级到5G热点，可以处理额外的电量消耗，则需要4次过程。而提到的这三个天线模块无需同时打开。智能手机将根据接收到最佳覆盖范围的模块来自动选择开关这些模块，以减少电力消耗。 5G在下雨的时候不能用 这听起来不能更糟糕了，但这并不是说5G不能完全在雨中工作，至少是有一定道理的。 就像前两点一样，空气中的降雨会增加额外的密度，从而使信号在传播过程中衰减，另外湿度太大也会引发同样的问题。不过对于5G来说，这并不是什么新现象。“雨消现象”是现代GPS和其他高频卫星通信系统面临的一个通病，当然这些设备能在太空中一直运行，5G在仅仅几百米的距离内就可能出现问题。 当下雨时，毫米波信号强度会有所下降，这将首先导致速度稍慢，然后可能导致连接问题。它的衰减程度取决于雨下得有多大以及其他因素，比如距离发射塔的距离。当连接位置处于到毫米波基站范围的边缘时，雨水会造成最大的问题。 毫米波危害健康 我在前面已经提到过，我不会用任何东西来“美化”阴谋论不，绝对不会。当然，我还是欢迎全面的研究，帮助我们更好地理解任何风险，但目前已经出现了可靠的迹象证明5G对健康带来的风险。 毫米波的覆盖范围还不够广
毫米波无疑是关于下一代网络的最短距离技术，但它也不至于短到成为“鸡肋”。基站可能提供长达一公里的定向覆盖，不过考虑到障碍物和树木的影响，500米的距离可能是更稳妥的选择。 显然这不是一个很大的区域，因此需要更多的基站将其更紧密地聚集在一起，以覆盖4G网络目前覆盖的相同区域。这就是为什么我们不太可能看到毫米波部署在乡村或小城镇的原因。它可能只会在城市中心使用，因为它需要在一个小空间里覆盖了最大数量的消费者。 记住，毫米波技术只是更大的5G频谱的一小部分。当高频信号无法到达时，类似Wi-Fi的sub-6GHz和低频段频谱应该能够覆盖到，从而提供仍能提供快速数据速度的主干道。 5G没有千兆LTE快，这有什么意义呢? 我们已经看到我们的第一个千兆LTE网络开启，提供的速度比我们实际使用的速度快，那么昂贵的5G新技术有什么意义呢? 速度和较小程度的延迟是消费者的两大卖点，5G只是让这一点更容易实现。虽然4G LTE在理想情况下可以达到千兆比特或更高的速度，但在许多国家，现有LTE网络上的用户根本没有足够的频段或容量来提供这些速度。5G是通过使用更广泛的频谱来增加可用带宽，使千兆比特和更高的速度更容易实现。 此外，未来几年5G独立规范的最终推出将带来许多技术的提升。这将出现5G能够进行供电、大规模物联网和智能城市等类型等应用场景发生一些更有意义的变化。 5G和毫米波:下一个大事件? 毫米波技术是即将到来的5G网络的基石，它支持比以往更快的数据速度和更高的带宽。这项技术有局限性，主要是在覆盖面积和传播性方面，但它依然具有可行性。三星和高通等运营商和设备供应商表示，目前5G原型机运行得非常好。虽然运营商向来喜欢吹嘘自己的新技术，但是毫米波并不是帮助建立下一代网络的唯一频谱领域。 对于5G将对我们使用智能手机的方式产生多大的影响，我仍持观望态度。可以说，我还在等待那个必备的应用程序出现。5G对更快数据速度的承诺，可能会取代对有线光纤的需求，降低AR和VR应用的延迟，并改善移动连接体验，这些对我们来说都相当不错。 因此，毫米波是构建下一代5G应用程序的关键部分。
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