毫米波技术研究进展论文

Ubiquiti 的 60GHz 链路部署大赛正在如火如荼地举办中，大家可以登录到 airFiber WEB界面，在 airFiber 仪表盘中寻找 “60GHz 链路部署大赛” 活动海报，提交您的链接作品就能看到目前的部署排名。比赛已经进行了 38 周，活动会持续到 2021 年 12 月 31 日。

那为什么要举办 60GHz 的链路大赛呢？ 实际上 60GHz 频段通信的波长仅为 5mm 左右 ，属于毫米波。毫米波传播在大气中，会受到大气吸收和大气散射因素作用，从而陷入传输衰减。所以通常毫米波也被认为是微距传输，但是事实证明 Ubiquiti 设计的 airFiber 已经可以将毫米波传输 20 公里以上 ！

什么是 5G 毫米波？

那什么是毫米波呢？2021 年初，中国联通宣布要在明年为北京冬奥会部署 5G 毫米波，这个 5G 毫米波又是什么呢？

这就要从 5G 说起， 5G 是第五代移动通信技术 ，是根据第三代伙伴计划协议 3GPP（3rd Generation Partnership Project）制定的标准。而这个标准通常以十倍的速度作为一次迭代，因此 5G 的网络速度理论上是 4G 的 10 倍。那如何能在提高网速的同时又保证传输呢？这就要从频率和频宽说起。

一般而言 频率越高、频宽越宽，则传输速度越快、数据越多 。可以把频率类比为火车速度，频宽为铁道宽度，传输数据就是乘客。如果火车速度加快、铁道宽度加宽，就可以有更多的火车进行来回运行，那么能来往两地的乘客也就越多、越快。

不过又由于另一个物理特性 光速=波长 频率 ，在光速恒定的情况下，电磁波频率越高则波长越短。 波长越短则电磁波的穿透性就越差，且容易在传输过程中受到环境的影响。 因此之前的 4G、3G 甚至 WiFi 和蓝牙等技术都是使用 3.5Ghz 以下的低频频段。

由于 3.5Ghz 以下频段都用完了，找不到足够干净的频段，而且为了增加速度和使用者体验，5G 就只能往 3.5GHz 以上的高频发展了。依据 3GPP 的定义， 5G 可以分为两大频段：mmWave，这是大多数人谈论的超高速 5G；sub-6GHz，这是大多数人暂时将要体验的 5G。

Sub-6GHz ？

Sub-6GHz 顾名思义是指 6GHz 以下的中低频段 ，低频在 1GHz 以下，中频范围是 3.4GHz 到 6GHz。

我国的 5G 应用主要集中在 6GHz 以下的中低频段，比如中移动为 2.6G、4.9G，联通和电信的频段为 3.5G，而广电更是拥有 700M 的频段。

Sub-6 频段与现在的 4G LTE 频段相近，主要差别就在于 Sub-6 将频宽增加以提升速度 。（类似上文说的多加几条铁轨，可以有更多的火车进行数据运输，虽然火车速度/频率没变，但是能够传输的数据更多了，从而使得通信速度变得更快）。而且由于 Sub-6 有部分的 5G 技术与 4G 融合，所以有部分人会视其为 4G 加速版。

上图是 3GPP 对于 5G 频段的配置方式，上方为 Sub-6，下方为毫米波。

毫米波 mmWave？

毫米波是指 6GHz 以上，从 24GHz 到 52GHz 的较高频率无线电频段。 毫米波的频段比 Sub-6 大幅提升，其火车运行速度也跑得更快了， 传输速度更是可以达到 Sub-6 的 16 倍。

毫米波的可用频带宽度也非常富余，加上空分、时分、正交极化或其他复用技术，5G 中万物互联所需的多址问题，是可以轻易解决的。 更重要的是如此富余带宽的频谱几乎免费， 在 5G 系统中使用毫米波通信技术，不仅可以获得极大的通信容量，更能降低运营商和通信用户的使用成本。

毫米波技术研究由来已久，最早可追溯到上世纪 20 年代。毫米波传播特性研究在 50 年代就已经取得了相当的成就，当时研发的毫米波雷达已应用于机场交通管制。到 90 年代，毫米波集成电路研制已取得了重大突破，使毫米波技术可以广泛地应用于军事和民用通信领域。

毫米波技术在通信领域的应用主要是毫米波波导通信、毫米波无线地面通信和毫米波卫星通信，且 以无线地面通信和卫星通信为主 。在毫米波地面通信系统中，除了传统的接力或中继传输通信应用外，还有高速宽带接入中的无线局域网（WLAN）通信。WLAN 具有双向数据传输 特点，可以提供多种宽带交互式数据和多媒体业务。

Ubiquiti 在 2012 年就开始专研毫米波的无线通信， 更是从 Motorola 招来团队专门负责AirFiber 项目。他们为 AirFiber 设计了独有的射频和调制解调器，使它可以在 6Ghz 以上的 11Ghz、24Ghz、60Ghz 进行无线电传输。 基于毫米波的特性，AirFiber 即使在 10 公里以上的传输中也能处理 1Gbps 的数据，是同时期产品速度的百倍。 而在近期举办的 60GHz 传输大赛中，更有用户使用 AirFiber 产品传输了 24.59 公里 。完全突破了传统认知中毫米波由于超短的波长，传播距离容易受到大气影响的既定印象。实际应用中也证明，毫米波可以取代有线光纤进行主干网络通信。

可以毫不夸张地说，毫米波就是今后移动通信和无线通信的未来，毫米波是 5G 的重要组成部分，而 5G 也是我国发展的重要组成部分。目前国家滑雪中心已经展开了 5G 毫米波实验，相信到 2022 年的北京冬奥会上，大家就能感受到 真·5G 的高速魅力。当然你也可以通过使用 Ubiquiti 的 airFiber 毫米波系列产品，感受毫米波在无线通信领域的速度。

参考资料：

[1]李明. 5G无线:从Sub—6 GHz到mm波机遇与技术挑战[N]. 电子报,2017-10-15(012).

[2]张长青.面向5G的毫米波技术应用研究[J].邮电设计技术,2016(06):30-34.

[3]Juli Clover. mmWave vs. Sub-6GHz 5G iPhones: What's the Difference?

[4] Ookla Speedtest数据显示，5G毫米波速率可达Sub-6GHz的16倍

[5 ]