徹底了解毫米波：駕馭它，就算掌握5G終極武器

二、毫米波雖難用，但也有辦法駕馭

毫米波具有上面這些缺陷，所以過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里難以商用。不過隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前行業(yè)已經(jīng)有比較成熟的駕馭毫米波的方法。這里主要有波束成形技術(shù)、大規(guī)模MIMO（Massive MIMO）天線技術(shù)等。

這一部分我們就來介紹一下克服毫米波缺陷、并使其能夠應(yīng)用于消費(fèi)場(chǎng)景的技術(shù)。

首先是大規(guī)模天線技術(shù)。前面我們?cè)谥v解毫米波波束寬度的時(shí)候說到毫米波波長(zhǎng)很窄，其實(shí)，毫米波波長(zhǎng)很短影響了天線增益，也間接影響接收功率。

上面這個(gè)公式是空間自由傳播模型（理想傳播模型）的接收天線功率計(jì)算公式，結(jié)合我們前面提到的天線增益計(jì)算公式，可以看到，當(dāng)發(fā)射端的發(fā)射功率和天線增益固定時(shí)，接收端的接收功率與天線有效孔徑成正比關(guān)系，與發(fā)射天線和接收天線之間的距離的平方成反比。

所以波長(zhǎng)對(duì)天線孔徑尺寸的影響，也會(huì)間接影響到功率。相比較以往運(yùn)用的厘米波甚至更長(zhǎng)的波段，毫米波波長(zhǎng)更短，信號(hào)衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致接收天線接收到的信號(hào)功率減少。而接收端的功率減少，顯然是不行的。

這種情況下，我們不能隨意增加功率，因?yàn)閲?guó)家對(duì)天線的功率有限制，減少發(fā)射天線和接收天線之間的距離也是不現(xiàn)實(shí)的，畢竟人拿著手機(jī)是在不斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的，所以，人們想到一個(gè)解決方法：增加發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量。

大規(guī)模MIMO技術(shù)就是基于這種思路產(chǎn)生，它還有一個(gè)名字，叫“多進(jìn)多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發(fā)送，多根天線接收。

其實(shí)多輸入多輸出MIMO技術(shù)不是新技術(shù)，傳統(tǒng)的TDD網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)2天線、4天線甚至8天線的多進(jìn)多出，而在5G的大規(guī)模MIMO理念下，理論上天線數(shù)量可以是成百上千個(gè)，考慮到成本等各種因素，現(xiàn)階段主要是64/128/256個(gè)。

大規(guī)模MIMO技術(shù)下，主要的優(yōu)點(diǎn)自然是在單根天線功率很低的情況下依然能獲得很好的信號(hào)質(zhì)量，因?yàn)橛泻芏嗵炀€同時(shí)發(fā)力，在波束成型技術(shù)（接下來會(huì)講）的支持下令信號(hào)疊加增益，從而滿足系統(tǒng)的功率需要，同時(shí)也避免了使用大動(dòng)態(tài)范圍功率放大器帶來的硬件成本。

另外一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是增加了通信容量。大規(guī)模MIMO具備波束空間復(fù)用的特性，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個(gè)數(shù)據(jù)信道（MIMO子信道）發(fā)射信號(hào)，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站天線數(shù)增多，形成陣列，除了水平方向外，還可以在垂直方向上進(jìn)行波束成形和波束導(dǎo)向，從而提升整個(gè)空間的覆蓋，并且利用波束成型技術(shù)能夠把所傳輸?shù)男盘?hào)集中到空間的一個(gè)點(diǎn)上，讓基站能夠精確分辨每一個(gè)用戶，從而提高了空間分辨能力。

在大規(guī)模MIMO技術(shù)中，我們反復(fù)提到一個(gè)技術(shù)，就是波束成型，這項(xiàng)技術(shù)可以說是大規(guī)模MIMO的基礎(chǔ)技術(shù)。前面我們有講到，毫米波的波束很窄，而且在全向發(fā)射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高達(dá)幾十dB的信號(hào)衰減損耗，導(dǎo)致傳播距離有限。

而波束成型技術(shù)，主要思路就是用一張“手”，將散開的波束集中起來，不擴(kuò)散不浪費(fèi)，形成定向發(fā)射，具體來說就是通過調(diào)節(jié)各天線的相位使信號(hào)進(jìn)行有效疊加，產(chǎn)生更強(qiáng)的信號(hào)增益來克服損耗，從而讓發(fā)射能量可以匯集到用戶所在位置。

如此一來，有了波束成型技術(shù)，指哪打哪豈不是美滋滋？

不不不，其實(shí)這樣也有缺點(diǎn)，就是它不像全向發(fā)射，一旦波束的指向偏離用戶，用戶反而接收不到高質(zhì)量的無線信號(hào)。面對(duì)這種問題，除了大規(guī)模MIMO，還需要結(jié)合波束管理技術(shù)來解決。

波束管理技術(shù)具體實(shí)現(xiàn)方式很復(fù)雜，但簡(jiǎn)單來說，就是在大規(guī)模MIMO的眾多波束中，以最快的速度找到基站和目標(biāo)用戶之間最佳的發(fā)射波束和接收波束，從而大大提高波束對(duì)準(zhǔn)的精度。

在這里舉個(gè)例子，高通去年推出的QTM052毫米波天線模組，就支持大規(guī)模MIMO和波束成型技術(shù)，在該模組中，高通利用多個(gè)天線形成相控天線陣列，天線之間的信號(hào)經(jīng)過互相干涉影響，能把信號(hào)能量集中在一個(gè)方向發(fā)射出去；同時(shí)它們不再使用全向發(fā)射，而是選擇定向發(fā)射，從而使得能量能夠傳輸?shù)酶h(yuǎn)，以提高覆蓋。

在此基礎(chǔ)上高通還使用了波束導(dǎo)向技術(shù)和波束追蹤技術(shù)，能夠更智能地追蹤傳輸對(duì)象，控制波束的方向。

三、毫米波，應(yīng)用場(chǎng)景比擬想象中更廣

說了這么多毫米波的特性，以及將它商用的技術(shù)，其實(shí)最終目的就是兩個(gè)字——用它。

事實(shí)上，毫米波在未來的應(yīng)用場(chǎng)景可能超出想象。首先，毫米波的特性決定了它可以主要被應(yīng)用在大帶寬、高容量的場(chǎng)景，面向高頻段的eMBB場(chǎng)景，可用于人口密度大、網(wǎng)絡(luò)容量需求大的熱點(diǎn)區(qū)域。

首先，毫米波很適合在大型場(chǎng)館如音樂會(huì)、體育館等人口密集區(qū)域進(jìn)行部署，可以帶來數(shù)千兆比特的速率以及低時(shí)延和無限容量的體驗(yàn)，以往在萬人體育場(chǎng)觀看演出時(shí)手機(jī)信號(hào)幾乎為零、上不了網(wǎng)的情況不會(huì)再有，可以為觀眾帶來獨(dú)有的個(gè)性化體驗(yàn)。

這里有一點(diǎn)小編需要補(bǔ)充的，就是毫米波的波長(zhǎng)很小，所以天線也可以做得很小，這樣未來在5G毫米波部署時(shí)，在普通宏基站基礎(chǔ)上一定會(huì)有很多微基站（就是小基站）得到部署，在城區(qū)街頭、室內(nèi)角落，你都有可能看到。

這樣，毫米波就可以更好地在室內(nèi)場(chǎng)景部署應(yīng)用，這是它的強(qiáng)項(xiàng)，采用1:1或部分共址，實(shí)現(xiàn)媲美WiFi的上行和下行鏈路覆蓋，還可以利用更大的帶寬滿足實(shí)現(xiàn)數(shù)千兆比特中指突發(fā)速率的需求，總之就是讓你的上網(wǎng)體驗(yàn)更優(yōu)質(zhì)。

另外，毫米波還可用于固定無線寬帶接入業(yè)務(wù)，滿足典型如4K、8K電視的傳輸需求，滿足市郊居民區(qū)的視頻需求，一個(gè)典型的場(chǎng)景是家里購(gòu)買一臺(tái)CPE設(shè)備部署無線網(wǎng)絡(luò)，然后即可通過電視聯(lián)網(wǎng)觀看高達(dá)8K的超高清視頻，當(dāng)然，前提是你有足夠的流量。

未來，毫米波還可在汽車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用，它可為聯(lián)網(wǎng)汽車通信提供所需的更高數(shù)據(jù)傳輸速率與準(zhǔn)確度，同時(shí)提高雷達(dá)作業(yè)的分辨率，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的駕駛安全輔助。

毫米波還有一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，就是軍事。其實(shí)毫米波在軍事領(lǐng)域目前已經(jīng)有應(yīng)用，其豐富的頻率資源不僅是寬帶通信的重要手段，還提供了另一條抗干擾、抗截獲的有效途徑。不過這一點(diǎn)距離我們普通消費(fèi)者就比較遠(yuǎn)了。

四、毫米波，已經(jīng)在路上

說了這么多，大家是不是對(duì)毫米波在未來的應(yīng)用越來越期待？或者說，對(duì)即將到來的5G時(shí)代越來越期待？

其實(shí)不用著急，從今年開始，第一批5G手機(jī)將陸續(xù)上市。例如在安卓陣營(yíng)，他們絕大部分將采用高通驍龍855+驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器的方案，前面我們也說過，驍龍X50是首款支持28GHz毫米波頻段上數(shù)據(jù)連接的5G調(diào)制解調(diào)器芯片組，也就是說，在毫米波的應(yīng)用上，高通已經(jīng)早早給出了成熟可商用的解決方案。當(dāng)然，正在今年的MWC2019期間，高通也發(fā)布了第二代5G射頻前端解決方案，支持更纖薄、更高效的5G多模移動(dòng)終端，其中包括新一代毫米波天線模組QTM525。

徹底了解毫米波：駕馭它，就算掌握5G終極武器

相信，隨著5G商用部署進(jìn)程的不斷推進(jìn)，5G終端在未來的上市，毫米波，將切切實(shí)實(shí)服務(wù)于我們?nèi)粘５挠镁W(wǎng)需求，甚至，毫米波的超強(qiáng)性能催生新鮮的終端設(shè)備，將為我們以往的生活?yuàn)蕵泛凸ぷ鞣绞綆矸旄驳氐淖兓６@一天，在基礎(chǔ)連接技術(shù)提供商、運(yùn)營(yíng)商以及終端廠商的合作努力下，正在一步一步地走來。