徹底了解毫米波：駕馭它，就算掌握5G終極武器

二、毫米波雖難用，但也有辦法駕馭

毫米波具有上面這些缺陷，所以過去很長一段時間里難以商用。不過隨著通信技術的發展，目前行業已經有比較成熟的駕馭毫米波的方法。這里主要有波束成形技術、大規模MIMO（Massive MIMO）天線技術等。

這一部分我們就來介紹一下克服毫米波缺陷、并使其能夠應用于消費場景的技術。

首先是大規模天線技術。前面我們在講解毫米波波束寬度的時候說到毫米波波長很窄，其實，毫米波波長很短影響了天線增益，也間接影響接收功率。

上面這個公式是空間自由傳播模型（理想傳播模型）的接收天線功率計算公式，結合我們前面提到的天線增益計算公式，可以看到，當發射端的發射功率和天線增益固定時，接收端的接收功率與天線有效孔徑成正比關系，與發射天線和接收天線之間的距離的平方成反比。

所以波長對天線孔徑尺寸的影響，也會間接影響到功率。相比較以往運用的厘米波甚至更長的波段，毫米波波長更短，信號衰減嚴重，導致接收天線接收到的信號功率減少。而接收端的功率減少，顯然是不行的。

這種情況下，我們不能隨意增加功率，因為國家對天線的功率有限制，減少發射天線和接收天線之間的距離也是不現實的，畢竟人拿著手機是在不斷運動狀態中的，所以，人們想到一個解決方法：增加發射天線和接收天線的數量。

大規模MIMO技術就是基于這種思路產生，它還有一個名字，叫“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，多根天線接收。

其實多輸入多輸出MIMO技術不是新技術，傳統的TDD網絡可以實現2天線、4天線甚至8天線的多進多出，而在5G的大規模MIMO理念下，理論上天線數量可以是成百上千個，考慮到成本等各種因素，現階段主要是64/128/256個。

大規模MIMO技術下，主要的優點自然是在單根天線功率很低的情況下依然能獲得很好的信號質量，因為有很多天線同時發力，在波束成型技術（接下來會講）的支持下令信號疊加增益，從而滿足系統的功率需要，同時也避免了使用大動態范圍功率放大器帶來的硬件成本。

另外一個重要優勢是增加了通信容量。大規模MIMO具備波束空間復用的特性，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數據信道（MIMO子信道）發射信號，從而使得容量隨著天線數量的增加而線性增加。

大規模MIMO系統中，基站天線數增多，形成陣列，除了水平方向外，還可以在垂直方向上進行波束成形和波束導向，從而提升整個空間的覆蓋，并且利用波束成型技術能夠把所傳輸的信號集中到空間的一個點上，讓基站能夠精確分辨每一個用戶，從而提高了空間分辨能力。

在大規模MIMO技術中，我們反復提到一個技術，就是波束成型，這項技術可以說是大規模MIMO的基礎技術。前面我們有講到，毫米波的波束很窄，而且在全向發射時，會出現高達幾十dB的信號衰減損耗，導致傳播距離有限。

而波束成型技術，主要思路就是用一張“手”，將散開的波束集中起來，不擴散不浪費，形成定向發射，具體來說就是通過調節各天線的相位使信號進行有效疊加，產生更強的信號增益來克服損耗，從而讓發射能量可以匯集到用戶所在位置。

如此一來，有了波束成型技術，指哪打哪豈不是美滋滋？

不不不，其實這樣也有缺點，就是它不像全向發射，一旦波束的指向偏離用戶，用戶反而接收不到高質量的無線信號。面對這種問題，除了大規模MIMO，還需要結合波束管理技術來解決。

波束管理技術具體實現方式很復雜，但簡單來說，就是在大規模MIMO的眾多波束中，以最快的速度找到基站和目標用戶之間最佳的發射波束和接收波束，從而大大提高波束對準的精度。

在這里舉個例子，高通去年推出的QTM052毫米波天線模組，就支持大規模MIMO和波束成型技術，在該模組中，高通利用多個天線形成相控天線陣列，天線之間的信號經過互相干涉影響，能把信號能量集中在一個方向發射出去；同時它們不再使用全向發射，而是選擇定向發射，從而使得能量能夠傳輸得更遠，以提高覆蓋。

在此基礎上高通還使用了波束導向技術和波束追蹤技術，能夠更智能地追蹤傳輸對象，控制波束的方向。

三、毫米波，應用場景比擬想象中更廣

說了這么多毫米波的特性，以及將它商用的技術，其實最終目的就是兩個字——用它。

事實上，毫米波在未來的應用場景可能超出想象。首先，毫米波的特性決定了它可以主要被應用在大帶寬、高容量的場景，面向高頻段的eMBB場景，可用于人口密度大、網絡容量需求大的熱點區域。

首先，毫米波很適合在大型場館如音樂會、體育館等人口密集區域進行部署，可以帶來數千兆比特的速率以及低時延和無限容量的體驗，以往在萬人體育場觀看演出時手機信號幾乎為零、上不了網的情況不會再有，可以為觀眾帶來獨有的個性化體驗。

這里有一點小編需要補充的，就是毫米波的波長很小，所以天線也可以做得很小，這樣未來在5G毫米波部署時，在普通宏基站基礎上一定會有很多微基站（就是小基站）得到部署，在城區街頭、室內角落，你都有可能看到。

這樣，毫米波就可以更好地在室內場景部署應用，這是它的強項，采用1:1或部分共址，實現媲美WiFi的上行和下行鏈路覆蓋，還可以利用更大的帶寬滿足實現數千兆比特中指突發速率的需求，總之就是讓你的上網體驗更優質。

另外，毫米波還可用于固定無線寬帶接入業務，滿足典型如4K、8K電視的傳輸需求，滿足市郊居民區的視頻需求，一個典型的場景是家里購買一臺CPE設備部署無線網絡，然后即可通過電視聯網觀看高達8K的超高清視頻，當然，前提是你有足夠的流量。

未來，毫米波還可在汽車聯網領域有很重要的應用，它可為聯網汽車通信提供所需的更高數據傳輸速率與準確度，同時提高雷達作業的分辨率，實現更精準的駕駛安全輔助。

毫米波還有一個重要的應用領域，就是軍事。其實毫米波在軍事領域目前已經有應用，其豐富的頻率資源不僅是寬帶通信的重要手段，還提供了另一條抗干擾、抗截獲的有效途徑。不過這一點距離我們普通消費者就比較遠了。

四、毫米波，已經在路上

說了這么多，大家是不是對毫米波在未來的應用越來越期待？或者說，對即將到來的5G時代越來越期待？

其實不用著急，從今年開始，第一批5G手機將陸續上市。例如在安卓陣營，他們絕大部分將采用高通驍龍855+驍龍X50 5G調制解調器的方案，前面我們也說過，驍龍X50是首款支持28GHz毫米波頻段上數據連接的5G調制解調器芯片組，也就是說，在毫米波的應用上，高通已經早早給出了成熟可商用的解決方案。當然，正在今年的MWC2019期間，高通也發布了第二代5G射頻前端解決方案，支持更纖薄、更高效的5G多模移動終端，其中包括新一代毫米波天線模組QTM525。

徹底了解毫米波：駕馭它，就算掌握5G終極武器

相信，隨著5G商用部署進程的不斷推進，5G終端在未來的上市，毫米波，將切切實實服務于我們日常的用網需求，甚至，毫米波的超強性能催生新鮮的終端設備，將為我們以往的生活娛樂和工作方式帶來翻天覆地的變化。而這一天，在基礎連接技術提供商、運營商以及終端廠商的合作努力下，正在一步一步地走來。