任正非都说好的5G毫米波 为何在中国部署比欧美晚？

　　故事要从任正非那句话说起——日前他在接受央视专访时提到：“全世界能做5G的厂家很少，华为是做得最好的;全世界能做微波的厂家很少，华为做得最先进。能够把5G基站和最先进的微波技术结合起来成为一个基站的，世界上只有一家公司能做到，就是华为。”

　　当时大家都关注任正非对其它问题的回答，却没有人清晰的阐述“微波”是什么，雷锋网(公众号：雷锋网)不禁好奇，微波到底是个啥?

　　微波是个很宽泛的定义，它可以指频率为300MHz~300GHz的电磁波，对应波长在1毫米~1米之间，而任正非这里所说的微波主要指的是——毫米波。

　　5G时代毫米波突然受宠的原因：带宽大

　　通信就是编码解码、调制解调、加密解密的过程，承载各种信息的就是电磁波，电磁波也是无线通信存在的根基。

　　在全球范围内，5G部署的频段有且只有两种，一种是sub-6GHz，指的是6GHz以下的频段，一种是毫米波。

　　

 

　　顾名思义，毫米波就是波长在1～10毫米的电磁波，对应频率为30~300GHz，作为参考，我们目前4G所使用的频段是2000MHz，2G和3G就更低了。

　　不管是2G/3G还是4G时代，毫米波一直都在，它的历史甚至可以追溯到19世纪90年代，不过在很长一段时间里，毫米波都只活跃在大学的实验室里，仅仅是理论探索。

　　直到今天，毫米波的主要应用还是卫星通信、雷达和一些军事应用，比如在射电天文学中的早期应用，77 GHz汽车防撞雷达等，不过在5G时代，毫米波终于要“翻身农奴把歌唱”。

　　

 

　　摘自百度百科

　　5G要使用毫米波的理由简单且纯粹，30GHz以上有丰富的频谱资源，按照换算关系，1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，毫米波的频谱资源是数量级的提升。

　　而在以往，之所以没有开发毫米波主要有两点原因，其一是商业需求并不大，其二是整体产业链技术都不成熟，使用成本也高。

　　5G的到来加速了这一过程，并且让毫米波成为一种“最优解”，5G所需的大带宽动辄100M以上，运营商有连续100M频宽是开展5G的基本要求。

　　在工信部确定的5G频谱分配方案中，中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源;中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源;中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源。

　　可以看出我国的三大运营商最少都有100M连续带宽资源来开展5G，反观之，4G时代三大运营商的频谱资源并不是连续的，而且带宽资源还有不到100M的。

　　从4G到5G，是数据的又一次爆炸式增长，就需要更快的传输速度。无线传输速率增加一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽，增加频谱带宽简单且直接，只需要有充足的带宽资源就行。

　　无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5%左右，4G网络均在sub 6GHz频段，可用最大带宽是100MHz，数据传输速率不超过1Gbps。

　　而在毫米波频段，可用带宽大大增加，数据传输速率也成倍上升，加之新材料、新技术和新工艺的提升，毫米波在5G时代终于要迎来大规模应用。

　　解决毫米波缺点——Massive MIMO和波束赋形

　　如果毫米波都是优点，也不至于到现在才被如此重点对待，毫米波属于“极高频”范畴，电磁波的传输特点是频率越高波长越短，衍射能力越弱，穿透能力越强，信号穿透会损失很大能量，所以传输距离就越近。

　　言而总之，频率越高的电磁波传播距离越近。

　　不止如此，与频率较低的电磁波相比，毫米波信号尤其遇到水的衰减大，严重影响传播效果。

　　研究表明，通常情况下，降雨的瞬时强度越大、距离越远、雨滴越大，毫米波衰减越严重，因此在毫米波通信系统或通信线路设计时，都需要留出足够的电平衰减余量。

　　为了解决毫米波传输距离的掣肘，5G有几项关键技术随之诞生或者增强。

　　第一个是Massive MIMO，简称大规模天线技术，MIMO的含义是天线“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output)。如下图所示，4G时代MIMO技术就已经得到应用，不过最多也就是基站8天线，手机4天线，在4G所处频率上如果要放更多的天线会互相干扰，反而得不偿失。

　　

 

　　在理想传播模型中，当发射端的发射功率固定时，接收端的接收功率与波长的平方、发射天线增益和接收天线增益成正比，与发射天线和接收天线之间的距离的平方成反比。

　　毫米波频段高波长短，故而信号衰减非常严重，接收天线接收到的信号功率减少，天线发射功率不能增加，发射天线和接收天线的距离不受控制(移动用户随时可能改变位置)，发射天线和接收天线的增益也不能提高太多，所以解决方案只有——增加发射天线和接收天线的数量，而且毫米波波长短互相之间干扰距离小，天线之间可以离得更近，所以5G天线都不是以个数论英雄，而是一个阵列。

　　目前主流设备商包括中兴、华为、大唐移动、爱立信和诺基亚均已推出了 Massive MIMO 产品及解决方案，由于 TDD 和 FDD 制式在信道信息获取方面的先天差异，现阶段基于 TDD 的阵列天线进展更快。

　　第二个是波束赋形(Beamforming)，在Wi-Fi路由器也有应用，5G时代大规模天线技术是波束赋形的基本条件。

　　在没有人为干扰的条件下，电磁波是360度无死角传播的，其中很大一部分没有被接收，白白浪费，天线阵列可以使得电磁波朝着人为规定方向的传播，且天线个数越多，电磁波传播方向越集中。

　　波束赋形可以使无线信号定向传输到需要使用的方向，而且还需要波束导向技术根据信号接收点的位置变化不断调整，技术含量高高的。

　　中国毫米波部署为何比欧美晚

　　回到文章开头的问题，任正非为何要强调“5G基站和微波结合起来做得很好的只有华为”?主要就是说给美国和欧洲部分国家听。

　　

 

　　微波基站回传天线(摘自京信通信官网)

　　5G基站部署频率高，所以基站密度更大，如果每个基站都由光纤连接到中心机房，成本将大大增加，而且也十分复杂，尤其是美国和欧洲部分地区，这些地区的光纤覆盖远不如国内，使用微波技术做回传是经济可行的适合方案。

　　毫米波系统的典型使用场景就是自回传，一个5G空口通过一跳或多跳提供多个接入和传输，而不需要光纤链路。

　　日前高通也发布了其面向毫米波的Qualcomm QTM052毫米波天线模组，包含了从收发器到所有射频前端器件，还有电源管理IC以及天线，高通方面介绍，根据对手机性能不同的要求，可在一部手机中安装3到4个此模组，该模组覆盖的频谱也是比较主流的毫米波频段。

　　6GHz以下的射频链路架构和毫米波的射频链路架构完全不同，高通也是分别推出了对应产品，这也意味着在5G商用早期，不同国家或者地区的手机搭载的射频单元或许是不同的，支持的频率也可能稍有差别，首批5G手机将不具备“漫游”功能，全模手机将在后续产品中实现。

　　毫米波比较主流的频段是28GHz以及39GHz，各个国家和地区会根据历史情况和频谱资源情况来进行毫米波和6GHz以下频谱部署，比如北美可能会先在毫米波频段进行5G部署，国内会先在6GHz以下进行5G部署，日韩可能两种频段都会部署。

　　国内三大运营商或将在2022年才商用5G毫米波频段，这也和我国通信的历史发展有关。

　　早在2013年，国务院就印发了《关于实施“宽带中国”战略及实施方案的通知》，“光进铜退”还有提速降费等政策都让高速光纤进入到寻常百姓家，运营商骨干网资源也十分丰富，所以国内运营商在5G商用前期就没有特别强烈的意愿用毫米波做回传，而是转而在成熟阶段区进一步探索5G的其他应用。

　　欧美地区运营商在商言商，不会做赔本生意，光纤铺设成本高，覆盖密度还低，欧美地区在早些时候就一直向毫米波方向进军。

　　中国无线电管理局在今年2月份发布的2019年全国无线电管理工作要点指出，将适时发布5G系统部分毫米波频段频率使用规划，引导5G系统毫米波产业发展。

　　更早之前工信部也批复4.8-5.0GHz、24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz频段用于我国5G技术研发试验，试验地点为中国信通院MTNet试验室以及北京怀柔、顺义的5G技术试验外场。

　　在国内市场，Sub-6GHz是运营商部署NSA(非独立组网)5G网络的关键，既节约网络建设成本，又能兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力，对国内市场来说是更为成熟的选择，业内人士表示，在2022年商用毫米波并不会影响国内5G的竞争力。

　　

 

　　不同国家和地区在2019年承载5G所用频率不同

　　中国、欧洲、日本、韩国、澳大利亚等地都是使用6GHz以下频段做第一波5G手机比较热门的国家和区域，国内并不像国外部分地区对毫米波有那么高的需求。

　　业内人士预计毫米波在国内的发展可能会很晚，不过相比租用光纤的高成本，毫米波还是有一定优势的，在国内毫米波很难取代光纤做回传，但在国外部部分运营商可能就选择毫米波做基站回传了。

　　有观点认为，完美的5G需要毫米波频段在5G接入系统的普及应用，毫米波将使5G接近其最初的设想，相关技术也在不断演进之中，或许在不久的将来，毫米波将成为5G乃至6G的常用频段。

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