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5G频段出现岔口,我国正积极布局毫米波研发应用

来源:科技日报发布时间:2020-11-04 15:31:11

美版iPhone 12支持的5G毫米波 为什么到国行版就没了?

  10月下旬,苹果公司正式发布了2020年全新的智能手机产品系列——iPhone 12系列。细心的人会留意到,只有美版的iPhone 12系列新机支持5G毫米波,而其他国家和地区的版本都不具备对毫米波的支持,而只支持Sub-6GHz频段。

  为什么同样是5G手机,苹果公司却推出了美国“特供”呢?其实,这是由于各国选择的5G方案不同导致的。

  “选择不同的5G方案,是各国分别基于各自实际的选择。”东南大学信息学院教授、博士生导师、电磁场与微波技术工程系主任陈继新教授表示,两种方案各有优劣,而毫米波也是下一阶段我国在通信领域的突破方向。

通信要求日益增高 5G频段开始出现岔路口

  翻开人类无线通信发展史,我们会发现通信频率越来越高。

  以我国为例,2G的工作频段主要是900MHz和1.8GHz,3G和4G工作频段主要为1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz。

  这是因为,人们对无线通信提出的要求越来越高。过去的无线通信是语音网,现在则是数据网,频率越高所能提供的带宽也就越大,这就像4车道的高速公路比2车道跑的车多,而且还能保持较快的车速。

  过去,各国对无线通信频率的选择相差无几,但是当全球无线通信进入5G波段后,情况发生了变化。

  “5G技术的发展趋势使传播频率达到更高水平,而全球的5G方案大致可以分为毫米波和Sub-6GHz。”陈继新表示。

  毫米波是指波长在1—10mm之间的电磁波。由于波长较短,毫米波对应的频率为30GHz—300GHz。而Sub-6GHz是指频率低于6GHz的电磁波。

  按照国际标准组织3GPP的标准,5G频段分成FR1和FR2两个范围,其中FR1频段的频率范围是450MHz—6GHz,FR2频段的频率范围是24.25GHz—52.6GHz。Sub-6GHz和毫米波的频率恰好分属这两个频段范围。

  两种方案各有优劣 各国部署是基于现实的选择

  受制于无线电波的物理特性,毫米波的短波长和窄光束特性让信号分辨率、传输安全性以及传输速度得以增强,存储容量也更大,更容易解决用户上网的拥堵问题。但这种技术的覆盖面积比较小,更适合在车站、机场、体育场馆等人口密集的场景应用。Sub-6GHz虽然在传播速度和带宽容量上都比毫米波逊色,但其最大的特点是信号穿透力强,传播距离与毫米波相比更远,更容易解决大范围区域的信号覆盖问题。

  此前,谷歌公司在相同范围、相同基站数量的环境内,对毫米波和Sub-6GHz的覆盖能力进行过一个测试。

  其测试结果显示,在100Mbps速率的情况下,采用毫米波方案的5G网络可以覆盖11.6%的人口,采用Sub-6GHz方案的则可以覆盖57.4%的人口;在1Gbps的速率下,采用毫米波方案的5G网络可以覆盖3.9%的人口,采用Sub-6GHz方案的则可以覆盖21.2%的人口。也就是说,采用Sub-6GHz方案运营的5G网络的覆盖率是采用毫米波方案运营5G网络覆盖率的5倍以上。

  此外,短波长的特性使得毫米波的穿透力也很不理想。据以往的研究显示,采用毫米波技术的5G手机几乎可以被任何东西挡住信号,电话亭、玻璃、树木和雨水等等,只要基站和手机之间有遮挡,5G网络就可能回落到4G状态。

  “如果采用毫米波部署5G网络,同等面积必须建设更多的基站来完成覆盖,组网成本比较高。”中科智达物联网系统有限公司董事长许欣介绍说。

  在5G建设中,资金投入是不得不考虑的一个重要因素。

  较之毫米波,Sub-6GHz的射频器件可以继续沿用4G原有的产业链,技术更为成熟,而Sub-6GHz频段的基站还可以在原有4G基站的基础上进行改造,大大节省了成本。

  而工作于毫米波频段的亚微米尺寸的集成电路元件,设计与生产的门槛较高,需要更高的资金投入,这在一定程度上也阻碍了毫米波方案的商用发展。

  目前,我国主要采用了Sub-6GHz方案。韩国、日本、欧洲等国家或地区则是两种频段都在发展。网络建设要看运营商和使用环境的具体需求。

  而由于历史原因,美国通信领域可分配的大部分频谱被军方占用,留下的只有高于27.5GHz的频率,所以美国运营商的5G部署不得不从毫米波开始。

  毫米波将释放更大潜力 我国正积极布局该领域研发应用

  事实上,对于5G网络的建设来说,无论是Sub-6GHz还是毫米波,并没有优劣之分,只是现实因素导致先后发展顺序不同。据了解,当前6GHz以下的黄金通信频段已经很难得到较宽的连续频谱,相比之下,毫米波频段却仍有大量潜在的未被充分利用的频谱资源。

  相关专家认为,站在长远的角度看,毫米波未来或将推动5G释放更大潜能。

  例如,毫米波在雷达、成像等方面有着更高的分辨率,随着自动驾驶等技术的快速发展, 毫米波将被广泛应用于人们日常生活的方方面面。此外,由于毫米波具有低延时的特性,在机器人远程控制、远程医疗等前沿技术方面,也有着广阔的应用前景。

  对于毫米波的建设,我国同样没有停下脚步。

  今年3月,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》,文中提到“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划,组织开展毫米波设备和性能测试,为5G毫米波技术商用做好准备。”包括中国电信等机构都积极参与了工信部组织的毫米波实验。

  针对毫米波的特性,运营商不再对其直接进行网络信号广域全覆盖,而是在需要补“盲”的地区才进行部署,主要解决室内和热点地区的容量需求问题。

  陈继新认为,毫米波对自然环境的传播条件比较敏感,如何在不稳定的自然环境中利用毫米波提供稳定的通信,是各大运营商在建设基站时需要面对的挑战。此外,毫米波业务和组网能力也需要进一步验证。

  据了解,目前主流的移动通信设备提供商都已经推出了支持5G毫米波的基站设备。中国联通已经与2022年北京冬奥会达成合作,将在北京冬奥会期间进行毫米波的推广运用。一旦使用情况良好,将极大推动毫米波技术的发展。

  芯片方面,今年6月,南京网络通信与安全紫金山实验室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,并完成了芯片封装和测试,三星和华为已经支持毫米波工程样机,其他芯片厂家也在陆续推出毫米波产品。

  在相关专家看来,毫米波产业链成熟度将影响毫米波的部署场景和部署规模,要真正推广毫米波的广泛应用,关键技术、核心器件、芯片方面还有待于进一步完善和提高。这需要运营商与产业界联合进行技术攻关,打造高性价比的硬件设施以及商用系统。

原标题:美版iPhone12支持的5G毫米波 为什么到国行版就没了

(责任编辑:张仁庆)
(审核:蔡宇)