故事要從任正非那句話說起——日前他在接受央視專訪時(shí)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
故事要從任正非那句話說起——日前他在接受央視專訪時(shí)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(jìn)。能夠把5G基站和最先進(jìn)的微波技術(shù)結(jié)合起來成為一個(gè)基站的，世界上只有一家公司能做到，就是華為。”
當(dāng)時(shí)大家都關(guān)注任正非對(duì)其它問題的回答，卻沒有人清晰的闡述“微波”是什么，讓人不禁好奇，微波到底是個(gè)啥?
微波是個(gè)很寬泛的定義，它可以指頻率為300MHz~300GHz的電磁波，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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(shí)代毫米波突然受寵的原因：帶寬大
通信就是編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、加密解密的過程，承載各種信息的就是電磁波，電磁波也是無線通信存在的根基。
在全球范圍內(nèi)，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(zhǎng)在1～10毫米的電磁波，對(duì)應(yīng)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(shí)代，毫米波一直都在，它的歷史甚至可以追溯到19世紀(jì)90年代，不過在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，毫米波都只活躍在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，僅僅是理論探索。
直到今天，毫米波的主要應(yīng)用還是衛(wèi)星通信、雷達(dá)和一些軍事應(yīng)用，比如在射電天文學(xué)中的早期應(yīng)用，77 GHz汽車防撞雷達(dá)等，不過在5G時(shí)代，毫米波終于要“翻身農(nóng)奴把歌唱”。
摘自百度百科
5G要使用毫米波的理由簡(jiǎn)單且純粹，30GHz以上有豐富的頻譜資源，按照換算關(guān)系，1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，毫米波的頻譜資源是數(shù)量級(jí)的提升。
而在以往，之所以沒有開發(fā)毫米波主要有兩點(diǎn)原因，其一是商業(yè)需求并不大，其二是整體產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)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(yōu)解”，5G所需的大帶寬動(dòng)輒100M以上，運(yùn)營商有連續(xù)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(yàn)頻率資源;中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz共100MHz帶寬的5G試驗(yàn)頻率資源;中國移動(dòng)獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的5G試驗(yàn)頻率資源。
可以看出我國的三大運(yùn)營商最少都有100M連續(xù)帶寬資源來開展5G，反觀之，4G時(shí)代三大運(yùn)營商的頻譜資源并不是連續(xù)的，而且?guī)捹Y源還有不到100M的。
從4G到5G，是數(shù)據(jù)的又一次爆炸式增長(zhǎng)，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(jiǎn)單且直接，只需要有充足的帶寬資源就行。
無線通信的最大信號(hào)帶寬大約是載波頻率的5%左右，4G網(wǎng)絡(luò)均在sub 6GHz頻段，可用最大帶寬是100MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率不超過1Gbps。
而在毫米波頻段，可用帶寬大大增加，數(shù)據(jù)傳輸速率也成倍上升，加之新材料、新技術(shù)和新工藝的提升，毫米波在5G時(shí)代終于要迎來大規(guī)模應(yīng)用。
解決毫米波缺點(diǎn)——Massive MIMO和波束賦形
如果毫米波都是優(yōu)點(diǎn)，也不至于到現(xiàn)在才被如此重點(diǎn)對(duì)待，毫米波屬于“極高頻”范疇，電磁波的傳輸特點(diǎn)是頻率越高波長(zhǎng)越短，衍射能力越弱，穿透能力越強(qiáng)，信號(hào)穿透會(huì)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(hào)尤其遇到水的衰減大，嚴(yán)重影響傳播效果。
研究表明，通常情況下，降雨的瞬時(shí)強(qiáng)度越大、距離越遠(yuǎn)、雨滴越大，毫米波衰減越嚴(yán)重，因此在毫米波通信系統(tǒng)或通信線路設(shè)計(jì)時(shí)，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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)隨之誕生或者增強(qiáng)。
第一個(gè)是Massive MIMO，簡(jiǎn)稱大規(guī)模天線技術(shù)，MIMO的含義是天線“多進(jìn)多出”(Multiple-Input Multiple-Output)。如下圖所示，4G時(shí)代MIMO技術(shù)就已經(jīng)得到應(yīng)用，不過最多也就是基站8天線，手機(jī)4天線，在4G所處頻率上如果要放更多的天線會(huì)互相干擾，反而得不償失。
在理想傳播模型中，當(dāng)發(fā)射端的發(fā)射功率固定時(shí)，接收端的接收功率與波長(zhǎng)的平方、發(fā)射天線增益和接收天線增益成正比，與發(fā)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(zhǎng)短，故而信號(hào)衰減非常嚴(yán)重，接收天線接收到的信號(hào)功率減少，天線發(fā)射功率不能增加，發(fā)射天線和接收天線的距離不受控制(移動(dòng)用戶隨時(shí)可能改變位置)，發(fā)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(fā)射天線和接收天線的數(shù)量，而且毫米波波長(zhǎng)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(gè)數(shù)論英雄，而是一個(gè)陣列。
目前主流設(shè)備商包括中興、華為、大唐移動(dòng)、愛立信和諾基亞均已推出了 Massive MIMO 產(chǎn)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(xiàn)階段基于 TDD 的陣列天線進(jìn)展更快。
第二個(gè)是波束賦形(Beamforming)，在Wi-Fi路由器也有應(yīng)用，5G時(shí)代大規(guī)模天線技術(shù)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(fèi)，天線陣列可以使得電磁波朝著人為規(guī)定方向的傳播，且天線個(gè)數(shù)越多，電磁波傳播方向越集中。
波束賦形可以使無線信號(hào)定向傳輸?shù)叫枰褂玫姆较?，而且還需要波束導(dǎo)向技術(shù)根據(jù)信號(hào)接收點(diǎn)的位置變化不斷調(diào)整，技術(shù)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(qiáng)調(diào)“5G基站和微波結(jié)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(摘自京信通信官網(wǎng))
5G基站部署頻率高，所以基站密度更大，如果每個(gè)基站都由光纖連接到中心機(jī)房，成本將大大增加，而且也十分復(fù)雜，尤其是美國和歐洲部分地區(qū)，這些地區(qū)的光纖覆蓋遠(yuǎn)不如國內(nèi)，使用微波技術(shù)做回傳是經(jīng)濟(jì)可行的適合方案。
毫米波系統(tǒng)的典型使用場(chǎng)景就是自回傳，一個(gè)5G空口通過一跳或多跳提供多個(gè)接入和傳輸，而不需要光纖鏈路。
日前高通也發(fā)布了其面向毫米波的Qualcomm QTM052毫米波天線模組，包含了從收發(fā)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(jù)對(duì)手機(jī)性能不同的要求，可在一部手機(jī)中安裝3到4個(gè)此模組，該模組覆蓋的頻譜也是比較主流的毫米波頻段。
6GHz以下的射頻鏈路架構(gòu)和毫米波的射頻鏈路架構(gòu)完全不同，高通也是分別推出了對(duì)應(yīng)產(chǎn)品，這也意味著在5G商用早期，不同國家或者地區(qū)的手機(jī)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手機(jī)將不具備“漫游”功能，全模手機(jī)將在后續(xù)產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)。
毫米波比較主流的頻段是28GHz以及39GHz，各個(gè)國家和地區(qū)會(huì)根據(jù)歷史情況和頻譜資源情況來進(jìn)行毫米波和6GHz以下頻譜部署，比如北美可能會(huì)先在毫米波頻段進(jìn)行5G部署，國內(nèi)會(huì)先在6GHz以下進(jìn)行5G部署，日韓可能兩種頻段都會(huì)部署。
國內(nèi)三大運(yùn)營商或?qū)⒃?022年才商用5G毫米波頻段，這也和我國通信的歷史發(fā)展有關(guān)。
早在2013年，國務(wù)院就印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案的通知》，“光進(jìn)銅退”還有提速降費(fèi)等政策都讓高速光纖進(jìn)入到尋常百姓家，運(yùn)營商骨干網(wǎng)資源也十分豐富，所以國內(nèi)運(yùn)營商在5G商用前期就沒有特別強(qiáng)烈的意愿用毫米波做回傳，而是轉(zhuǎn)而在成熟階段區(qū)進(jìn)一步探索5G的其他應(yīng)用。
歐美地區(qū)運(yùn)營商在商言商，不會(huì)做賠本生意，光纖鋪設(shè)成本高，覆蓋密度還低，歐美地區(qū)在早些時(shí)候就一直向毫米波方向進(jìn)軍。
中國無線電管理局在今年2月份發(fā)布的2019年全國無線電管理工作要點(diǎn)指出，將適時(shí)發(fā)布5G系統(tǒng)部分毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，引導(dǎo)5G系統(tǒng)毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
更早之前工信部也批復(fù)4.8-5.0GHz、24.75-27.5GHz和37-42.5GHz頻段用于我國5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為中國信通院MTNet試驗(yàn)室以及北京懷柔、順義的5G技術(shù)試驗(yàn)外場(chǎng)。
在國內(nèi)市場(chǎng)，Sub-6GHz是運(yùn)營商部署NSA(非獨(dú)立組網(wǎng))5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，既節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，又能兼顧網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和建筑內(nèi)部穿透能力，對(duì)國內(nèi)市場(chǎng)來說是更為成熟的選擇，業(yè)內(nèi)人士表示，在2022年商用毫米波并不會(huì)影響國內(nèi)5G的競(jìng)爭(zhēng)力。
不同國家和地區(qū)在2019年承載5G所用頻率不同
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手機(jī)比較熱門的國家和區(qū)域，國內(nèi)并不像國外部分地區(qū)對(duì)毫米波有那么高的需求。
業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)毫米波在國內(nèi)的發(fā)展可能會(huì)很晚，不過相比租用光纖的高成本，毫米波還是有一定優(yōu)勢(shì)的，在國內(nèi)毫米波很難取代光纖做回傳，但在國外部部分運(yùn)營商可能就選擇毫米波做基站回傳了。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，完美的5G需要毫米波頻段在5G接入系統(tǒng)的普及應(yīng)用，毫米波將使5G接近其最初的設(shè)想，相關(guān)技術(shù)也在不斷演進(jìn)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。(張帥)
