5G通讯频段解读 6GHz与毫米波齐同并进

PChome | 编辑: 薛屾 2018-03-16 13:51:56原创

俗话说计划赶不上变化,在5G网络的推进上就是如此,当然这里并不是说5G的推进速度太慢,没能达到行业与消费者的期待,而是5G的推进速度远远超过了计划时间表,就说3GPP所制定的5G国际标准,其首个标准制定完成并冻结的时间在2017年12月,这个时间已经比原本计划的时间快了很多。

【PChome手机频道深度行业】俗话说计划赶不上变化,在5G网络的推进上就是如此,当然这里并不是说5G的推进速度太慢,没能达到行业与消费者的期待,而是5G的推进速度远远超过了计划时间表,就说3GPP所制定的5G国际标准,其首个标准制定完成并冻结的时间在2017年12月,这个时间已经比原本计划的时间快了很多。

今年6月,第一版5G SA(独立组网)的标准也将制定完成,这样在加上已经制定完成的5G NSA非独立组网标准,5G网络的建设终于不用摸着石头过河了,全面的5G网络建设即将展开。

论及5G与4G在技术上的最大不同之处,其中之一就是通讯频谱资源,5G通讯所使用的频谱会更好,会充分利用大量可用频谱监管范式和频段中的每一点频谱 — 从1 GHz以下低频带到1 GHz至6 GHz中频带和称为毫米波的高频带。

相对于目前4G使用的中低频,5G在中高频及毫米波频段的速度和带宽上具有天生的优势,但是相应的在传输距离与信号覆盖上,也存在着挑战。通过基本的物理学定律就能得知,电磁波的频率越高,在传输距离上与传播损耗绕射能力表现就越差,对于5G所使用的电磁波自然也不例外。为了解决5G电磁波的覆盖问题,目前行业既使用了技术手段,也采用了策略手段,两方面下手过后,已经基本解决了5G的信号传输问题。

Sub-6GHz与毫米波两大频段

首先我们要清楚,目前阶段我们对5G的关注主要集中在两个频段,Sub-6GHz以及高频毫米波(mmWave)。4G通讯中使用的频率大多为700MHz-2.6GHz之间,5G使用的频率在此之上乃至100GHz的一个巨大频段之中。在这个频段之中,Sub-6GHz是其中相对较低的频率,它的频率不超过6GHz,在国内5G的建设中,已经确认将首先使用这一频段。工信部也已经公布我国5G中频段内的频率使用规划,明确了明确了3300-3400MHz(原则上限室内使用)、3400-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段。这些频段可比目前三大运营商所使用的4G频段高了不少。

Sub-6GHz频段作为NSA(非独立组网)的关键之一,在建设成网后,可以有效利用现有的4G LTE网络,继续使用2.5GHz-2.7GHz频段,可以节约运营商网络建设成本,并且能够很好的兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力。也就是说它在网络速度和信号覆盖上都能够取得很不错的效果。

另外目前中国运营商所开展的5G联通试验中,使用的大多也是这一频段。比如在2017年中,中国移动、中兴与高通所进行的全球首个基于3GPP标准的端到端5G新空口系统互通,在二者之间的通讯频率就在3.5GHz频段。显然这就是未来国内使用的5G手机中,必须支持到的一个频段。

毫米波(mmWave)使用的则是频率超过24GHz的高频电磁波,它的传输带宽极大,在高通展示的5G手机参考设计模型中,单载波可以达到100MH的带宽,8CA载波聚合的支持下,能够实现800MHz的超高带宽。高通在MWC的展示中,已经通过运用毫米波技术,达到了4.63Gbps的网络传输速率,这是一个在4G时代无法想象的快速。

毫米波虽说在速度上让6GHz频段望尘莫及的,然而其面临的信号传输问题也是空前的。在MWC高通的展台中,我们只需要用手挡在信号发射器与模型手机之中,就能够让传输速度极具下降甚至直接断线,而连这种程度的遮挡都无法有效对抗的通讯技术,是根本无法用作商用的。不过高通已经研发出了波束形成、波束追踪技术,它们可以极大的改善毫米波的信号覆盖问题,使其可以达到300米的有效覆盖范围,这已经十分接近目前4G基站的有效覆盖范围。

全面领先4G LTE的速度

两种5G时代最常用通讯频段的话题暂且告一段落,5G网络下我们究竟能获得什么样的网络速度?这里我们同样来看高通在法兰克福与旧金山所进行的两组5G实际使用试验。其中法兰克福使用的是Sub-6GHz方案,运行在3.5GHz频段,旧金山使用的则是毫米波方案。这是5G组网中的两种最普遍方案。

我们首先来看在法兰克福的实验数据,这里使用的非独立组网的NSA 5G新空口网络,在频宽为100MHz的3.5GHz频谱上运行。网页浏览下行速度从4G的平均56Mbps提升至超过490Mbps,实现近900%的增益。时延均值从116毫秒降至17毫秒,响应速度提升近7倍。

在旧金山的毫米波试验结果,则更是吓人。平均下行速度从4G均值71Mbps提升至毫米波覆盖内覆盖下的1.4Gbps,实现近2000%的增益。浏览时延均值从115毫秒降至4.9毫秒响应提速近23倍。文件下载速度超过186Mbps,与此相比LTE为10Mbps,实现1826%的增益。显然即使是目前最为优秀的4G LTE网络,在实际的使用环境下,也根本追不上5G速度的尾灯。具有代差优势的5G网络,显然要比4G LTE好用太多了。

通过真实的试验数据我们不难看出,无论是使用Sub-6GHz频段或是高频毫米波,其所能带来的体验都是远远超越4G LTE的,哪怕是现在最领先的千兆级LTE,都无法与之抗衡。

二者兼具才是5G王道

5G网络在速度上的优势巨大,在信号覆盖上也有着可行的解决方案,Sub-6GHz与毫米波并存,正是解决5G信号覆盖问题的一剂良药。

即使是在现在如日中天的4G LTE网络,也是不能保证100%的信号覆盖的,在一些地方依旧需要3G甚至2G网络来保证信号的覆盖。对于5G来说同样如此,速度最快的毫米波技术,是作为相对固定的场景来使用了,依照在美国市场的使用情况来看,它可以取代家庭宽带,来打造出无线的高速网络;Sub-6GHz则类似于现在的4G LTE网络,它在网络速度与信号覆盖上能够取得比较平衡的表现;另外未来的5G时代中,4G LTE同样是不可或缺的重要一环,它用来保证信号的广泛覆盖,在一些5G信号无法覆盖的区域,千兆级LTE网络来接管通讯。

多模支持比不可少

我们现在去选择手机,多模全网通已经被认为是手机的基本功能而非卖点,在5G时代中,这一观点会延续下去,多种频段的全面支持是必不可少的,否则很难在5G的环境中生存下去。

当然5G的多模支持,对于5G手机的设计存在着很大的挑战,其一就是5G调制解调器的支持。这点其实是不用我们太过担心的,高通高层就曾经表示过,会针对不同的地区,推出不同频段支持的的通讯调制解调器产品,并且肯定会推出Sub-6GHz+毫米波双模支持的芯片。

而天线与射频方面的设计,比起5G调制解调器的支持要更为棘手,毕竟其天线设计与现在手机的天线设计差别巨大,想要在保持目前4G手机的这种纤薄设计并兼具5G的性能表现难度很大。目前高通已经发布了完整的射频解决方案,将上千个射频组件进行了整个,更够让手机厂商更快的设计出理想的5G手机。

当然,我们现在对于5G手机也只是设想,真正的5G手机是什么样我们还不得而知,或许初期的5G手机,依旧是Sub-6GHz或毫米波的单模手机,但随着5G网络的推进,最终我们的手机必然是能够支持所有频段的多模产品。

相关阅读

网友评论

每日精选

首页 手机 数码相机 笔记本 游戏 DIY硬件 硬件外设 办公中心 数字家电 平板电脑