經過這兩年商用部署的推進,5G 正在逐步進入大規模商用時代。根據 GSMA 的統計,截至 2020 年第三季度末,全球已經有 47 個市場的 107 家運營商推出 5G 商用服務,同時,全球移動運營商注冊的連接數也達到了 1.35 億左右。
數據也許感知不強,大家可以看看近期推出的手機新品,5G 已經成爲基礎標配,足見 5G 正在以非常樂觀的速度普及。
但是,目前世界各地推出的 5G 大多依賴于 3.5 GHz 頻譜,而隨著普及率的提高,越來越多的消費者和服務遷移到 5G 網絡,這些網絡需要低、中、高頻段的頻譜,才能提供更加廣泛的覆蓋和足夠的容量來支持 5G 體驗。這其中,毫米波的重要性不可忽視。
恰好,高通公司在近日宣布,軟銀已在日本推出 5G 毫米波服務,采用搭載高通骁龍 5G 移動平台和骁龍 5G 調制解調器及射頻系統的終端,可以讓日本用戶享受到其國內最快的數千兆比特下載速度。
同時,隨著 5G 毫米波服務的推出,軟銀正在提供 “Pocket WiFi 5G A004ZT”5G 毫米波移動熱點銷售等衍生服務。
這是 5G 毫米波技術在日本應用、普及的最新進展。在這次進展中扮演重要角色的高通,此前經常會說一句話:
“5G 毫米波對于支持移動運營商保持競爭優勢以及釋放 5G 全部潛能支持廣泛行業變革而言至關重要。”
由此可見普及毫米波對于未來 5G 體驗的重要性。今天我們不妨就來看看毫米波爲什麽這麽重要,以及它目前的發展情況。
快速普及,成果喜人,毫米波越來越近了
首先我們還是要先說一下什麽是毫米波技術,IT之家在《徹底了解毫米波:駕馭它,就算掌握 5G 終極武器》這篇文章裏有過非常詳細的解釋,這裏我們長話短說。
我們知道,5G 頻譜大致可以分爲 Sub-6GHz(就是 6GHz 以下)頻段和毫米波頻段,Sub-6GHz 是現在主流的 5G 頻段,而毫米波頻段是我們今天要重點講解的。
毫米波是電磁波中波長在 1mm-10mm 之間的波段,他們的頻率在 30GHz-300GHz 之間,非常高,所以其中某些特定頻段被拿來用于 5G 移動通信。
5G 毫米波因爲頻率高,所以可以帶來非常高的傳輸速率,這是其最大的優勢之一。
此外,毫米波載波帶寬可達到 400MHz-800MHz,相當于 4G 的 10 倍,這可以帶來更大的容量,以滿足未來 5G 多元化的應用需求。
還有就是,毫米波波束窄、方向性好,可以做到精准傳播,同時頻譜資源也很豐富,能夠緩解全球頻譜資源短缺等問題。
因爲這些優勢,毫米波將在未來擁有巨大的應用前景,例如在商業街區、車站、機場等業務流量密集的網絡熱點區域就是毫米波應用的核心場景,例如大型體育場、音樂廳等聚集性公共場,在這些地方,毫米波的應用可以幫助擺脫過去人多網絡卡、信號差的問題。
毫米波雖然有這麽多優勢,但也有一些不足,在應用層面也面臨很多挑戰。例如毫米波信號易衰減、繞射、穿牆能力差、容易被幹擾,應用于終端時對于材料、設計、散熱、功耗等方面都會帶來考驗。
好在,這些不足正逐步被通信行業克服,而毫米波技術也正被越來越多的國家和地區規劃和部署。
本文開頭所說的日本軟銀是一個例子。其實在日本不僅是軟銀,此前像 NTT Docomo、KDDI 等主要電信運營商都已經提供 5G 毫米波商用服務,日本的樂天移動也是如此。
在去年年末,韓國電信運營商 LG Uplus 與 LG 電子就和高通合作,基于 5G 商用智能手機在國立金烏工科大學(KIT)成功部署了韓國首個 5G 毫米波網絡。
該網絡基于 LG Uplus 28GHz 5G 毫米波網絡,使用搭載高通骁龍 865 移動平台與骁龍 X55 5G 調制解調器及射頻系統的 LG 商用智能手機,爲國立金烏工科大學師生及員工提供全新的創新性服務。
具體包括什麽服務呢?比如該學校計劃利用 5G 毫米波技術構建師生遠程課堂,這個課堂可以實現緊密優質的溝通互動,就像面對面交流一樣,此外在 5G 毫米波網絡的加持下,學校還計劃通過人工智能賦能的聯網攝像頭加強校園安全。
上個月,在上海舉行的 2021 世界移動通信大會上,中國聯通與 GSMA、高通技術公司聯合支持了 5G 毫米波展區,向觀衆展示了 5G 毫米波賦能各行各業豐富應用和極致性能。
這次展區的主題爲 “5G 毫米波,讓冰雪運動更精彩”,展區現場以基于毫米波的 5G 多視角賽場直播方案,直接取景張家口國際越野滑雪中心外場,將無人機、頭戴攝像機、專業攝影相機通過無線網絡與基站通信,進行多角度的實時回傳,在 8K 視頻傳輸的加持下,觀衆猶如置身比賽現場。
不僅如此,在亞洲其它地區,像中國香港、中國台灣、泰國、新加坡等地均已先後完成了 26GHz 和 28GHz 部分頻譜的分配或拍賣,毫米波正在以較快的速度落地和鋪展。
根據 GSA 的數據,截止 2020 年 6 月,全球已有 22 個運營商在使用毫米波部署 5G 網絡,97 個運營商已持有使用毫米波的許可證,123 個運營商在 24.25-29.5GHz 毫米波平鋪範圍內投資 5G 網絡建設,其中,美日韓三國暫時處于領先地位,展示出毫米波技術部署在世界範圍內尤其是東亞地區的強勁發展勢頭。
毫米波普及背後,你沒看到的努力
前面我們說到,毫米波雖然有各種優勢,但是缺點也比較明顯,如易衰減、繞射能力差等等,客觀上阻礙了毫米波的廣泛應用。但好在,這些問題在行業的共同努力下已經得到了很大程度的解決,毫米波技術因此也能快速被推廣,成爲 5G 不可分割的一部分。
相信大家已經注意到,前文我們舉到的例子中,有一個身影反複出現,它就是高通。事實上,在 5G 毫米波推廣普及的過程中,高通正是那個有著突出貢獻的角色。高通從一開始就將毫米波視爲和 Sub-6GHz 同樣重要的 5G 技術路線,並通過反複打磨技術和相關産品,讓毫米波逐步在消費終端上得到越來越成熟的應用。
早在 2018 年,高通就推出了全球首款面向智能手機和其他移動終端的全集成 5G 新空口毫米波天線模組 QTM052,這個射頻模組在當時就包含了從收發器到所有射頻前端的器件,還有電源管理 IC 以及天線本身,爲行業提供了曾被認爲無法實現的移動毫米波解決方案;而在發布這款模組後的 3 個月,高通更是將這款天線模組的體積減小了 25%,身型小而完整,非常適合産業鏈上下遊拿來快速使用。
此後高通每發布新一代 5G 調制解調器,都會更新一代毫米波天線模組,可見他們在毫米波方面的投入與 6GHz 以下幾乎是對等的。例如在推出骁龍 X55 調制解調器的時候,高通還同步發布了 QTM525 毫米波天線模組,通過降低模組高度,可支持厚度不到 8 毫米的纖薄 5G 智能手機設計;而到骁龍 X60 調制解調器,與之搭配的則是 QTM535 毫米波天線模組,支持打造更纖薄、更時尚的智能手機。
就在今年 2 月份,高通在發布骁龍 X65 調制解調器的時候,也推出了第四代毫米波天線模組 QTM545。這一代毫米波天線模組相比上一代擁有更大的信號覆蓋範圍,同時增加了對 41GHz(n259)頻段的支持,這樣高通的毫米波天線模組就實現了對全球毫米波頻段(26GHz、28GHz、39GHz 和 41GHz)的支持,也就是說它可以幫助用戶在全球範圍內部署毫米波,針對不同運營商、不同頻段要求和不同場景推出相應的解決方案。
高通的 5G 毫米波天線模組可以說是如今大量智能終端設備能夠使用毫米波、享受超高速低延遲網絡的基礎,而高通也在産品中傾注了衆多技術創新來解決毫米波的應用問題。
例如針對毫米波波束窄等問題,高通采用多個天線定向發射的路線,讓多天線形成相控天線陣列,讓天線之間的信號經過互相幹涉影響,把信號能量集中在一個方向發射出去,同時高通還采用了波束導向技術,解決定向發射中難以追蹤移動物體的問題。
還有就是,高通也通過模組的方式盡可能縮小天線的尺寸,讓一個調制解調器配備多個天線模組,所以 QTM 天線模組的尺寸都很小,不會占用手機太多內部空間。
至于毫米波由于易衰減、繞射性差等原因導致的覆蓋範圍不佳的問題,高通則創造性地提出了共址技術實現了顯著覆蓋,同時,他們還利用路徑分集和反射的技術來解決信號被牆體、樹木等遮擋的問題,進一步擴大了毫米波的覆蓋能力。
可見,由于前瞻性的布局和充分的投入,在毫米波的應用上,高通早已能給出成熟可商用的解決方案,特別是在今天毫米波的普及取得可喜進展的背景下,高通基于深厚的積澱,更可體現出其在技術、産品完整性方面的優勢。
5G 大規模商用的進程仍在不斷推進,短期來說,當務之急是推進 5G 網絡覆蓋面的擴大,讓我們隨時隨地都能用上 5G,但長遠來看,5G 的發展本身就是一個長期演進的過程,毫米波這樣的高頻網絡在未來是必然之選。
相信隨著毫米波在未來切切實實服務于我們日常的用網需求,甚至催生更多新鮮的終端設備,我們的生活娛樂和工作方式將會發生翻天覆地的變化。