来聊一聊关于“毫米波(5G核心技术)”的一些事

2020-07-24

来聊一聊关于“毫米波(5G核心技术)”的一些事

5G 4G相比过去,有很多的优点,但最重要的是,消费者最关心的,恐怕要突破想象力的传输速率。但我不知道大家有没有想过,为什么5G速度可达到10倍甚至100倍的改善?其实,这背后涉及到的关键技术:毫米波。
  事实上,他的家庭在以前的文章中小编也提到毫米波技术,但并没有进一步解释,所以今天,小编就带您近距离不妨了解毫米波。
  首先,什么是毫米波,为什么如此重要?
  在我们面前说起,“高传输速率”是5G的关键技术指标。那么如何提高传输速率呢?
  首先,我们清楚了,这里的传输速率,即数据信道的每单位时间通过量。在通信行业,一个信道的传输速率,有下式:
  N = RB / B
  该式中,n是带宽效率,Rb是信道的传输速率,B为系统带宽。这个公式将改变:
  RB = N×B
  容易地看到,传输速率和带宽效率和系统带宽为正的关系,当带更高的效率,更高的传输速率;系统带宽越高,传输速率就越高。这表明,为了提高信道的传输速率,频谱效率,并且有两种方法来增加系统带宽。
  OK,建立这两种方法,我们先放一放,审查无线通信的一些基本概念,以便具有这两种方法有更深的了解。
  我们称之为无线通信,是利用无线电波进行通信的,把高中物理课本中,我们会发现那张熟悉的身影:
  上述图像是电磁波谱,其被布置在频率的拉出电磁波的顺序。频率,电磁波的重要性。
  谁在我们的研究中参加了高中物理老师是可见的,在无线通信领域,主要研究在绿色帧排队的一部分。
  我们知道,一个无线通信的基本原理是声音和图像信息分成含有的声音和图像信息的电信号,然后将电信号“托管”向上比信号频率高得多的高频振荡信号,然后发送天线传播到周围环境中的无线电波的形式。
  打个比方,整个射频电磁波喜欢“道路”的,其中一个振荡频率(载波)作为溶媒。
  前面所说的,是一个重要的特征频率的电磁波,不同频率的电磁波具有不同的特性,这意味着有不同的用途,因此,我们进一步在电磁车道分割这个“路”,分配给不同的目的和用途。具体分工是比较复杂的,我们使用该表显示如下:
  传统的移动通信,主要走的是“IF”到“超高频”这种方式。这样,乐队将每个国家的运营商使用我们所说的频谱分配。如在我国的4G LTE标准划分主要是UHF频谱资源的一部分。并且有一个趋势:从1G到2G,3G和4G然后,增加了分波的频率。这一事实,为了满足更高传输速率的需求。
  那么,当我们回去的带宽效率前。什么是波段?为有关信道,它是允许的最高频率和最低频率之间的信号传输的频率范围。提高带宽效率,简单地说就是,使信道单位时间引入更多的符号,从而提高速度。
  但这样做也有不足。具体怎么回事呢?简单说一下。的调制信号的不同状态通过操纵载波振幅和无线电波的相位,当从简单到载体M级调制方案,以增加状态的数量形成,这意味着代表一个符号的信息的量增加。符号的增加,信息量表示由符号,但载波的振幅是恒定的,那么每个符号变小的状态之间的间距,所以容易受到噪声和干扰,使得符号应该从原来的位置远,引起解码错误,而功耗会增加。
  ▲从简单到图的复杂的调制状态调制。
  这听起来很复杂一点,也没关系,只要你知道其实更高带宽效率是不是想是困难的。所以,很自然地转向另一个更简单粗暴的方式 - 提高系统的频谱带宽。
  但问题是在6GHz以下频段已经基本没有更多的资源可以利用(以4G时代已经非常拥挤)常用。如何5G时代呢?在这个时候,人们认为在过去的毫米波频段都没有太在意。
  波长微波和远红外波的位于毫米波范围重叠,实际上,它也结合2种光谱特性。
  因此,在预定的3GPP 38.101协议,5G NR主要使用两个频率:FR1和FR2的频带。 FR1带频率范围是450MHz的 -  6GHz的,也被称为子6GHz的频带;频率范围FR2波段24.25GHz  -  52.6GHz,这就是我们这里所说的毫米波(毫米波)。
  返回到上一个表,可以看出1毫米-10毫米之间的毫米波的波长,该频率为约30GHz的-300GHz的。当然,在3GPP中,从一开始就24.25GHz预定
  波长=光/频率的速度
  这个公式表明,其波长为12.37毫米,也称为厘米波可以,事实上,这里所定义的不是很严格。
  毫米波频率的最重要的特点是非常高的,但是,30-300GHz之间并非所有频段都可以自由使用,因为一些频段的表现相对较差,很难使用。 38.101-2表3GPP协议的5.2-1,如在三频带定义5G NR FR2,即:
  n257步(26.5GHz的?29.5GHz);
  n258(24.25GHz?27.5GHz);
  N260(37GHz?40GHz的);
  它们都使用TDD标准。美国FCC使用24-25千兆赫(24.25-24.45 / 24.75-25.25千兆赫),32GHz的(31.8-33.4千兆赫),42千兆赫(GHz的42-42.5),48千兆赫(GHz的47.2-50.2)推荐5G NR,51千兆赫(50.4-52.6GHz),70千兆赫(GHz的71-76)和80千兆赫(GHz的81-86),这些条带。如Verizon和AT&T已经将目光投向芯片的一大部分的28千兆赫和39 5GHz频谱巨头高通推出的第一16年5G调制解调器小龙X50还支持28GHz的频带5G运行。
  这就是为什么未来5G的信号传输速度将大大提升。
  除了高速,毫米波,还有很多其他的好处。首先,将毫米波光束很窄,天线的相同的尺寸比微波窄,它具有良好的指向性,可以在小的距离更靠近目标或目标更清楚地观察细节之间进行区分。
  在这方面,要扩大它,它后面会提到。
  有些学生可能会问,什么是光?
  类比小系列,开口面积手电筒,在黑暗中,光照射在像光束。因为在空间传播的过程中,无线信号的质量将被衰减,但它仍然具有能量传播方向,其形成波束。像手电筒的照射方向,光线会逐渐分散在两侧,通信领域的方向,开始下降形成在固定功率的两侧角,它是光束的宽度。
  对于波束宽度和天线增益,天线增益被调用时,是天线的可以理解的简单的能量的能力集中到某个方向,像能够收集灯泡的程度容量一起的手电筒。一般较大的天线增益,窄光束,但是很好理解。
  关于它的天线增益和什么?答案是波长。

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关于天线增益有一个公式:
  G表示天线的增益,AE表示天线的有效孔径。从这个公式可以看出,波长越短,较大的天线增益,窄光束。毫米波短波长的,从而导致其窄波的特性。
  这里谈到的天线,顺便说一下,根据通信的原理,天线长度是与波长成比例,该比率为约1/10?1/4,在毫米波波长的毫米波,对应的天线会更短的,因此,在手机中使用的毫米波技术,天线的尺寸可以更小。
  当然,具体到他们的关系还是很复杂的,麻雀虽小样的关系,深入不方便继续向上大致内容。
  毫米波也有一个特点,传输质量高。这主要是由于其非常高的频率,毫米波通信,从而干扰的基本上没有源,所述电磁波谱是很干净,非常稳定和可靠的信道。
  毫米波的进一步的安全性比较高,因为毫米波在空气中传播的吸收氧,湿气和降雨衰减的强烈,点对点通过短距离的影响,超过距离信号将是非常弱的,这增加了窃听和干扰的难度。刚刚所述毫米波光束缩小,低旁瓣,这是困难的被截取。
  毫米波无线通信可以大大提高传输速率,这已经有足够的吸引力,还有那些伴随的优势,为什么这么多年一直没有在移动通信领域它在市场上销售?这是因为有一些天然的毫米波的缺陷,呼吁一枚硬币的两面,同样的特点,优势,也有不足之处,这些不足让人们多年的商业毫米波“望洋兴叹”。
  主缺陷毫米波,传输性能相对较差,这表现在三个方面:
  其中第一个是频谱不携带非常好,比如当全向发射,这些频谱能量传播速度更快,更容易乏力,不能传播很远;
  第二个区别是一个衍射性能,易于建筑物,以及其它身体阻挡,反射和折射,这是容易理解的是,像一个极端的例子,可见光,比毫米波较短的波长,更高的频率,所以难以通过大多数物体;
  另一个原因是,生产可在亚微米的毫米波频段工作的规模集成电路元件已经很难在过去,需要一大笔投资,因此阻碍了其商用。
  其次,虽然毫米波很难使用,但也有管理办法
  毫米波用上述这些缺陷,所以在过去的时间周期长,难以商业化。但随着通信技术的发展,目前已经控制行业的毫米波比较成熟的方法。这里的主要波束形成技术,质量MIMO(大规模MIMO)天线技术。
  在本节中,我们将介绍毫米波克服的缺陷,可以在消费和技术的场景中使用。
  首先是大型天线技术。我们在前面毫米波波束宽度解释当它涉及到一个非常窄波长毫米波,事实上,毫米波天线增益的影响,也间接地影响功率的接收功率非常短的波长。
  上面的公式是自由空间传播模型(超过传播模型)接收天线功率计算公式,组合天线增益计算我们前面提到的,可以看出,当发射机的发射功率和天线增益是固定的接收功率,所述接收端正比于天线的有效孔径,和发送之间的距离和接收天线平方反比。
  因此,天线孔径尺寸的波长的影响,并且也间接影响的功率。相比厘米波段甚至更长的时间使用常规的波长更短的毫米波,严重的信号衰减,从而减少由所述天线接收的接收信号的功率。和接收器的功率降低,显然是不能接受的。
  在这种情况下,我们不能随意加大力量,因为国家对天线的功率限制,降低了传输的距离和接收天线是不现实的,毕竟是一个人拿着手机在不断的状态运动,因此,人们想到了解决办法:增加传输的数量和接收天线。
  大规模的MIMO技术是基于这样的想法来生产,它还有一个名字,叫做“多输入多输出”(多输入多输出),多天线发送多个接收天线。
  事实上,多输入多输出(MIMO)技术是不是新的,传统的TDD网络可以实现天线2,4或甚至8个天线的天线多输入多输出,MIMO和在大规模5G的概念,从理论上讲,天线数目可能对101000,考虑到各种因素,如成本,在这个阶段主要是64/128/256个月。
  大规模的MIMO技术,主要优点自然是仍然可以在一个单一的天线功率获得良好的信号质量低,因为有有序的叠加信号增益的同时多天线力,支持波束形成技术(未来说吧),以满足该系统的功率需要,同时使用高动态范围放大器带来避免硬件的成本。
  另一个重要的优点是提高了通信能力。质量MIMO空间复用光束特性包括充分利用传播空间的多径分量的,使用多个数据信道(MIMO子信道)发送在相同的频带,因此容量随着天线数目的增加呈线性。
  在大规模MIMO技术,我们已多次提到的技术是波束形成,这种技术可以被说成是一个大型基础MIMO技术。我们已如前所述,毫米波光束很窄,而且在全向传输,会有高达几十信号衰减损耗的分贝,导致一个有限的传播距离。
  和波束成形技术,其主要思想是使用一个“手”,光束的扩散一起,不浪费增殖,形成定向传输,具体地,通过调节每个天线的信号的相位,以便有效地叠加,产生更强烈的信号增益克服了损失,使能量可以聚合传输用户的位置。
  因此,波束形成技术,无论它不敢恭维?
  不,实际上,它具有的缺点是它不是全向传输,一旦用户偏离的定向波束,但用户不能接收的高品质的无线信号。面对这一问题,除了大规模MIMO,波束也需要的管理技术的组合来解决。
  束管理技术具体的实施非常复杂,但是简单地说,它在许多大型的MIMO波束,以最快的速度找到最好的发射和基站与目标用户之间的接收波束,从而大大提高了光束配准准确度。
  在这里的例子中,高通QTM052毫米波引入最后一个模块,以支持大规模MIMO和模块在波束形成中,天线被形成有多个高通的相控天线阵列,所述信号的天线效应干扰之间穿过彼此可以发射信号能量集中在一个方向上;当他们不再使用全向发射,而是选择定向传输,使权力能够为了提高覆盖率传输更远。
  所使用的高通波束控制技术和波束跟踪的基础上,跟踪能够更智能地传送对象,以控制光束的方向。
  三,毫米波,想象一个更广泛的应用场景比较
  他说,毫米波特性这么多,而且商业技术,其实,最终的目标就是两个字 - 使用它。
  事实上,在未来情景的毫米波可能会超乎想象。首先,它确定毫米波可以主要在场景大带宽,高容量,高频段embB基因场景被应用,可用于大的人口密度,大容量的需求网络热点区域。
  首先,毫米波是适用于大型场馆,如演唱会,体育中心等人口密集地区的部署,它可以带来数千兆的速度以及低时延和无限容量,体验过去,手表手机信号时,达人秀在球场几乎为零,不然就没有网络,能带来观众一个独特的个性化体验。
  有一点需要添加一个小系列,毫米波的波长小,因此天线可以做得很小,从而使毫米波5G部署在将来,将有许多微基站(即,小基站的基础)上一般宏基站到城市街道展开,将房间的角落,你可能会看到。
  因此,毫米波,可以更好地部署在室内应用场景,这是它的强度,使用1:1个的共址或部分,以获得相当的上行链路和WiFi的下行链路覆盖,也可用于实现更大的带宽,以满足多-gigabit中指突发需求的速度,总之,它是让你的互联网体验。
  未来,毫米波也有蒸汽的领域,它提供了更高要求的数据传输速率和准确性汽车网络通信领域非常重要的应用,同时提高了雷达操作的分辨率,实现更精确的驾驶安全辅助。
  毫米波有应用的一个重要领域是军事。事实上,在军事领域毫米波已经应用,其丰富的资源的频率不仅宽带通信的重要手段,还提供了另一种抗干扰,抗截获有效途径。但是,从我们普通消费者送人都比较远。
  四,毫米波,是在路上
  话虽如此,它不是为毫米波应用正越来越多地着眼于未来?或者,为即将到来的5G时代,我们正越来越多?
  其实不用担心,从今年开始,5G手机首批将上市。例如,在安卓阵营,其中大部分将使用高通Snapdragon骁龙855+X50 5G调制解调器解决方案,我们已说过,枭龙X50是第一个调制解调器芯片组,支持5G 28GHz的毫米波波段数据连接,也即,在毫米波,高通已经给出了商业解决方案早熟。当然,这是周期MWC2019,高通公司发布第二代5G RF前端解决方案,支持更薄,更高效5G多模移动终端,毫米波天线组件包括新一代QTM525。
  我相信,在推进商业化部署过程5G,在未来的市场5G终端,毫米波,在我们日常的净需求,甚至,性能超强的切切实实的服务毫米波催生了新的终端设备,带来了翻天覆地的变化我们以前的现场表演和工作。在这一天,在一个合作努力的连接技术供应商,运营商和终端厂商背后,我们是走一步一步来。
  

362+

成功案例

5G4G相比过去,有很多的优点,但最重要的是,消费者最关心的,恐怕要突破想象力的传输速率。但我不知道大家有没有想过,为什么5G速度可达到10倍甚至100倍的改善?其实,这背后涉及到的关键技术:毫米波。事实上,他的家庭在以前的文章