带你全面了解 5G 毫米波~

阅读 402  ·  发布时间 2024-03-01  ·  UBNT

60GHz 频段通信的波长仅为 5mm 左右,属于毫米波。毫米波传播在大气中,会受到大气吸收和大气散射因素作用,从而陷入传输衰减。所以通常毫米波也被人为是微距传输,但是事实证明 Ubiquiti 设计的 airFiber 已经可以将毫米波传输 20 公里以上


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什么是 5G 毫米波?



那什么是毫米波呢?2021 年初,中国联通宣布要在明年为北京冬奥会部署 5G 毫米波,这个 5G 毫米波又是什么呢?


这就要从 5G 说起,5G 是第五代移动通信技术,是根据第三代伙伴计划协议 3GPP(3rd Generation Partnership Project)制定的标准。而这个标准通常以十倍的速度作为一次迭代,因此 5G 的网络速度理论上是 4G 的 10 倍。那如何能在提高网速的同时又保证传输呢?这就要从频率和频宽说起。


一般而言频率越高、频宽越宽,则传输速度越快、数据越多。可以把频率类比为火车速度,频宽为铁道宽度,传输数据就是乘客。如果火车速度加快、铁道宽度加宽,就可以有更多的火车进行来回运行,那么能来往两地的乘客也就越多、越快。


不过又由于另一个物理特性 光速=波长×频率,在光速恒定的情况下,电磁波频率越高则波长越短。波长越短则电磁波的穿透性就越差,且容易在传输过程中受到环境的影响。因此之前的 4G、3G 甚至 WiFi 和蓝牙等技术都是使用 3.5Ghz 以下的低频频段。


由于 3.5Ghz 以下频段都用完了,找不到足够干净的频段,而且为了增加速度和使用者体验,5G 就只能往 3.5GHz 以上的高频发展了。依据 3GPP 的定义,5G 可以分为两大频段:mmWave,这是大多数人谈论的超高速 5G;sub-6GHz,这是大多数人暂时将要体验的 5G。

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Sub-6GHz ?



Sub-6GHz 顾名思义是指 6GHz 以下的中低频段,低频在 1GHz 以下,中频范围是 3.4GHz 到 6GHz。


我国的 5G 应用主要集中在 6GHz 以下的中低频段,比如中移动为 2.6G、4.9G,联通和电信的频段为 3.5G,而广电更是拥有 700M 的频段。


Sub-6 频段与现在的 4G LTE 频段相近,主要差别就在于 Sub-6 将频宽增加以提升速度。(类似上文说的多加几条铁轨,可以有更多的火车进行数据运输,虽然火车速度/频率没变,但是能够传输的数据更多了,从而使得通信速度变得更快)。而且由于 Sub-6 有部分的 5G 技术与 4G 融合,所以有部分人会视其为 4G 加速版。


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上图是 3GPP 对于 5G 频段的配置方式,上方为 Sub-6,下方为毫米波。

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毫米波 mmWave?



毫米波是指 6GHz 以上,从 24GHz 到 52GHz 的较高频率无线电频段。毫米波的频段比 Sub-6 大幅提升,其火车运行速度也跑的更快了,传输速度更是可以达到 Sub-6 的 16 倍。


毫米波的可用频带宽度也非常富余,加上空分、时分、正交极化或其他复用技术,5G 中万物互联所需的多址问题,是可以轻易解决的。更重要的是如此富余带宽的频谱几乎免费,在 5G 系统中使用毫米波通信技术,不仅可以获得极大的通信容量,更能降低运营商和通信用户的使用成本。


毫米波技术研究由来已久,最早可追朔到上世纪 20 年代。毫米波传播特性研究在 50 年代就已经取得了相当的成就,当时研发的毫米波雷达已应用于机场交通管制。到 90 年代,毫米波集成电路研制已取得了重大突破,使毫米波技术可以广泛地应用于军事和民用通信领域。


毫米波技术在通信领域的应用主要是毫米波波导通信、毫米波无线地面通信和毫米波卫星通信,且以无线地面通信和卫星通信为主。在毫米波地面通信系统中,除了传统的接力或中继传输通信应用外,还有高速宽带接入中的无线局域网(WLAN)通信。WLAN 具有双向数据传输 特点,可以提供多种宽带交互式数据和多媒体业务。


Ubiquiti 在 2012 年就开始专研毫米波的无线通信,更是从 Motorola 招来团队专门负责AirFiber 项目。他们为 AirFiber 设计了独有的射频和调制解调器,使它可以在 6Ghz 以上的 11Ghz、24Ghz、60Ghz 进行无线电传输。基于毫米波的特性,AirFiber 即使在 10 公里以上的传输中也能处理 1Gbps 的数据,是同时期产品速度的百倍。而在近期举办的 60GHz 传输大赛中,更有用户使用 AirFiber 产品传输了 24.59 公里。完全突破了传统认知中毫米波由于超短的波长,传播距离容易受到大气影响的既定印象。实际应用中也证明,毫米波可以取代有线光纤进行主干网络通信。


可以毫不夸张的说,毫米波就是今后移动通信和无线通信的未来,毫米波是 5G 的重要组成部分,而 5G 也是我国发展的重要组成部分。目前国家滑雪中心已经展开了 5G 毫米波实验,相信到 2022 年的北京冬奥会上,大家就能感受到 真·5G 的高速魅力。当然你也可以通过使用 Ubiquiti 的 airFiber 毫米波系列产品,感受毫米波在无线通信领域的速度。


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