5g技术的未来发展趋势

来源：RF技术社区

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上世纪80年代，第一代移动通信技术1G的出现，催生了大哥大等设备，实现了语音呼叫;到了90年代，1G升级到了2G，实现了短信的传输;以此类推，3G开启了智能手机时代，实现了在线上网;4G衍生出了短视频、直播、VoLTE高清语音通话等业务;5G是万物互联的载体。

从2G、3G、4G到5G，频段都有一个逐渐增加变高的现象。随着频率的增加，频带也逐渐加宽。

那么问题来了，5G是如何实现这么快的传输速率呢? 什么是毫米波? 理论上来说，提升5G网速最简单粗暴的方式就是增加频率。由于现在5GHz以下的频段比较拥堵，又没有新的频段可以用，所以厂商们就想到了毫米波(millimeter wave)技术。 毫米波指的是波长为1—10毫米的电磁波，频率在30—300Ghz之间。根据通信原理，无线通信的最大信号带宽是载波频率的5%左右，所以载波频率越高，信号带宽也就越大。在毫米波频段中，5G使用的频段一般是28GHz和60Ghz，28Ghz可用频谱带宽为1Ghz，而60Ghz是2Ghz。 4G—LTE频段最高频率的载波在2GHz上下，带宽为100MHz，如果使用毫米波技术，频谱带宽可以翻十倍，也就是1000MHz，传输速率也会随之翻倍。

但光速 = 波长 × 频率 ，频率越高，波长越短，所以毫米波信号衰耗大。大气传播过程中，毫米波主要受氧气、湿度、雾和雨的影响。 不同毫米波波段受氧气的影响是不一样的，比如：60GHz必须承受约20dB/km的氧气吸收损耗;在高温和高湿度的环境下，毫米波的信号在1公里内可衰减一半;毫米波在通过雾和云层时，信号也会有所衰减;雨天毫米波信号衰减最为明显，传播损耗可达到18.4dB/km。 其次，毫米波容易受阻。它不但会被建筑阻挡，还会被人体阻挡，甚至是你握持手机的时候。 所以现阶段5G用中低频的更多。但网速实现突破，提高频率是不可避免的方法。不过，可以通过5G基站小型化，增加基站的密度，以此来控制毫米波的衰减和受阻。 小基站可以代替大的基站，如果连接大基站时的信号受阻，手机会自动切换到小基站，从而保证信号连接的稳定性。 当然，5G方案不止毫米波这一种，另一种是sub-6GHz。毫米波在国外用的比较多，而国内是选择了sub-6GHz。那什么是sub-6GHz，它与毫米波的区别在哪里呢? 毫米波与sub-6GHz区别 sub-6GHz指的是低于6GHz的频段，其中包括800MHz、900MHz、1.8GHz、2.1GHz、2.6GHz、3.5GHz和4.9GHz。它是目前移动通信的黄金频段，支持中高速移动，传输损耗较少，基本没有雨衰，支持非视距无线通信(NLOS)。 而毫米波的频段在28GHz、36GHz、60GHz等。sub-6所具备的特性，它都没有，主要用于固定的无线通信。 从容量来说，mmWave毫米波频段能最大限度的发挥大规模MIMO技术的优势(频率越高，天线阵子尺寸越小，大规模天线阵列越容易实现)，但mmWave毫米波频段的射频器件研发难度较大，成本也高。 相反sub-6GHz频段可以减少天线数量来降低天线尺寸大小，有利于集成，射频器件比较成熟。一般来说，sub-6GHz频段的技术相比mmWave毫米波频段要更加成熟，应用市场较广。

毫无疑问，如果想要发挥5G最大的性能，毫米波是必不可少的技术。如今受限于成本以及研发难度的问题，sub-6GHz会成为不错的技术过渡。在未来，毫米波可能会取代sub-6GHz，成为最佳的5G方案。 既然毫米波是5G最佳方案，那为什么国内没有使用呢? 国内为什么没有用毫米波? 首先是毫米波的建设成本问题，众所周知，现在的5G网络如果要采用SA组网的话，那么就要每150米左右建立一个基站，但是如果采用毫米波的话，那就需要每隔50米左右建设一个基站，这样一来，运营商对于5G基站的建设成本就会增加，再加上毫米波本身是一种高频率的无线电波，相比一般基站，耗电也会比较高，两者相加，会使得5G资费标准上涨。 另外，毫米波的穿透性很差，此前，高通专门演示过毫米波的穿透性，只需人的一只手掌，就能阻挡毫米波的传输。这就有点类似WiFi的两种频段，2.4GHz的WiFi穿透性强，覆盖范围广，但是传输速率差，而5GHz的WiFi这好与之相反。

毫米波为消费者带来了什么? 毫米波除了提供更快的网速外，它还催生了很多的应用，为消费者和企业提供创新力，其中包括工业自动自动化、远程医疗、自动驾驶等。 毫米波低延迟和超快传输速率的特性，可以将很多无法实现的事情变为可能，比如：医生可以通过远程医疗设备，为远在他方的病人做手术，与此同时，利用永远保持连接的远距传感器和穿戴式装置让预防医学变得更为可靠;自动驾驶汽车与5G毫米波技术相结合，依靠云端服务器通讯，形成公共的交通网络;机器人可以成为新的劳动力，代替人类来完成很多工作;无需花大价钱买一台性能很好的电脑，手机可以通过5G网络，连接到云端，成为一部随身携带的掌上电脑等。

以上这些都可以通过5G毫米波来实现，可能目前的预测比较有限，就如同4G的出现，没有人会想到短视频会爆发一样。未来还有更多“5G杀手级”的应用在等着我们。

审核编辑黄昊宇