人們似乎覺得，5G是一個幾乎不用再多做普及的概念，人人都已經知道它的革命性意義。但我們還是要在這里用一個“幾乎”，問題就在于「頻段」。5G是移動通信歷史上首個全球統一標準，但是通信領域最重要的基本術語——頻段，卻依然把5G劃分出了不同的領地。在部分領地，比如5G終端，我們已經耳熟能詳，市場也在走向普及；但在另外一些領地，比如毫米波波段的5G，就是大眾相對陌生的名詞了。
5G毫米波，擁有一個描述極小距離單位的“毫米”作為后綴，但是其蘊藏的價值卻和它的名字有著天壤之別。我們甚至可以這樣說，如果沒有5G毫米波的落地，人們就可能還沒有見識過5G的全部能量。
講移動通信技術的故事，自然要從數據流量說起；而講毫米波的故事，我們要加上頻段二字。先來講流量的故事，156天以后，2022冬季奧運會即將拉開帷幕，北京也將成為歷史上第一個先后舉辦夏季奧運會和冬季奧運會的城市。而就在上一個北京夏季奧運會歡迎五湖健兒的時候，科技界同步開啟了一次時間長達十數年的技術產業(yè)革命——移動互聯網革命。直至今天，這場革命依然方興未艾。
突如其來的疫情所創(chuàng)造的爆炸性數字化需求，更讓這場革命的意義無比凸顯。據統計預測，從2019年到2026年，全球移動數據流量還要增長6倍以上。五年后，全球月度移動數據流量將達到驚人的2260億千兆，比現有的4G、3G、2G流量總和要多2倍以上，也比我們現在能夠支持的5G流量也要高很多。所以，我們面臨的挑戰(zhàn)是，到底什么樣的技術才能支持這樣的數據需求井噴？答案就來自于「頻段」，更準確的說，是我們今天故事的主角「5G毫米波」。
如前文所述，5G雖然是大一統標準，但卻運行于不同的頻段上。一個是Sub-6GHz頻段，也就是5G的中低頻段，它是中國首先商用的頻段；另一個則是5G毫米波頻段。不同頻段的5G，都屬5G家族，但他們卻有完全不同的特性。Sub-6GHz作為低頻段5G，主要的好處是可以實現很好的信號覆蓋，傳輸性能會比較好。但是低頻段5G也有著致命問題，那就是資源和效率。低頻段頻譜資源非常寶貴，因為我們常見的諸多通信設備，都在利用使用這個范圍的頻段。這就導致電信運營商在5G頻譜上，能分到的資源也就相當有限。同時，低頻段自然也意味著，相對較低的數據傳輸效率。
而5G毫米波則破除了上述障礙，一來沒有頻譜資源的限制，可得頻譜資源豐厚。在帶寬方面，國內電信運營商的低頻段5G大多處于100MHz、最多200MHz的范圍，而5G毫米波可以達到800MHz，相對于100MHz帶寬來說，在頻譜上毫米波能實現比現在的5G傳輸速率提升8倍以上。
在實際場景中，毫米波一大優(yōu)勢是熱點覆蓋。據高通公司中國區(qū)研發(fā)負責人徐晧在2021世界5G大會“5G與智慧冬奧論壇”的發(fā)言，因為中國人口密度比較大，所以機場、地鐵站或者體育場館等地，都是人員密集的場所，也就成為毫米波非常合適的應用場景。以2022年北京冬奧會為例，作為備受矚目的大型體育賽事，可以直接受益于毫米波的熱點覆蓋能力及應用。
圖：高通公司中國區(qū)研發(fā)負責人徐晧在2021世界5G大會“5G與智慧冬奧論壇”發(fā)表演講
很多人在使用5G手機時都會有這樣的體驗，剛開始使用時可以體驗到非常高的速率，但隨著5G手機的普及，傳輸速率就不如以前了。其實這個道理，就像家里的Wi-Fi路由器，如果只與一個手機連接，傳輸速率自然是比較快的；但如果有非常多的設備跟這個Wi-Fi連接，速率就慢下來了。5G同理，當我們滿足低速率應用時，Sub-6GHz低頻段就已經足夠了；當如果我們處于人群密集的體育場館時，每個人的速率就都不夠了，此時毫米波就能發(fā)揮出它極佳的優(yōu)勢。
拿美國最流行的體育運動之一橄欖球來舉例，根據高通支持美國運營商在美國大型體育館進行的毫米波商用測試，在能夠容納十萬人的體育館里，觀眾都能做到同時進行視頻上傳或下載。在體育賽事中，5G毫米波還為智能手機、VR（虛擬現實）、XR（擴展現實）提供支持。在賽事轉播時，通過360度攝像頭和5G毫米波回傳，觀眾能通過VR、XR眼鏡從運動員視角實時觀看高速運動景象，從而擁有酣暢淋漓的沉浸式觀賽體驗。
對于體育產業(yè)而言，5G毫米波的好處甚至還在于賽場之外。體育科技正在越來越多的被教練員和運動員所重視，其中是科技在訓練中的作用尤受重視。拿籃球運動來說，運動員往往強調自己的手感，但是對于教練員而言，如何把握運動員某一瞬間的手感好壞，并由此給予動作定型卻是很困難的事情。以往，雖然也有一些網絡科技輔助手段，但是由于運動體側數據量大，網絡傳輸時延較久，等教練員拿到數據反饋了，運動員記憶中那一瞬間的手感已經早不知過了多久，難以和監(jiān)測數據對應，也就難以指導實踐。但是由于5G毫米波毫秒級的低延時特性，教練員可以做到數據反饋和手感好壞的完全同步，幫運動員更清楚定位、定型自己的“好手感”。
毫米波上的5G雖好，但是真正用起來，還要信號能夠被設備順利接收才行。如上文所述，高頻段的毫米波信號傳輸，有其物理學挑戰(zhàn)，比如較難繞過障礙物。但是，技術的發(fā)展從來不是一蹴而就，也從來不會被可見的困難所擊敗。
回顧毫米波的發(fā)展歷程，高通早在1990年就開始了毫米波的研究，從1990年到2020年進行了大量的工作——從研發(fā)、測試，到原型機，再到和合作伙伴一起做大量的測試與研究。通過波束成形、波束導向和波束追蹤等技術，將毫米波的傳輸阻礙一一攻克，將一個個不可能，變?yōu)榭赡?，從而實現了毫米波預想的5G體驗。
圖：高通公司中國區(qū)研發(fā)負責人徐晧《5G毫米波讓冰雪運動更精彩》演講資料
據悉，在IMT-2020（5G）推進組的組織和指導下，高通與中興通訊等中國合作伙伴此前已完成了首個基于大上行幀結構的5G毫米波8K視頻回傳業(yè)務演示。徐晧表示，整個演示流程效果來看，包括攝像頭的采集，通過調制解調器上傳至中心毫米波網絡，到接收端接收8K視頻，毫米波峰值速率都比低頻高很多。
正是因為5G毫米波技術的創(chuàng)新與突破，到目前為止，展望全世界的5G毫米波商用前景，美國、歐洲和亞洲的韓國、日本，已率先實現毫米波商用。中國目前主要使用的是5G中低頻段，但同時也在推動5G毫米波技術發(fā)展，探討5G毫米波在工業(yè)互聯網等場景中的實踐。目前，信通院主導開展了一系列毫米波測試。
從第一個北京奧運的3G，到第二個北京奧運的5G，從低頻的厘米波段，到高頻的毫米波段，如同奧運選手的“更快、更高、更強”一樣，通信技術的發(fā)展也永無止境，不斷尋求突破。電磁波運行于我們不可見的毫厘波段之間，但是移動通信技術的成果，卻在我們每個人生活和工作時，清晰可見的呈現著。
顯然，放眼萬千行業(yè)數字化轉型浪潮奔涌的當下，它是5G技術的進化之時，是5G毫米波的恰逢之時，更是5G落地的正當其時。
