见识过5G毫米波，才是见识了5G的全部
人们似乎觉得，5G是一个几乎不用再多做普及的概念，人人都已经知道它的革命性意义。但我们还是要在这里用一个“几乎”，问题就在于「频段」。5G是移动通信历史上首个全球统一标准，但是通信领域最重要的基本术语——频段，却依然把5G划分出了不同的领地。在部分领地，比如5G终端，我们已经耳熟能详，市场也在走向普及；但在另外一些领地，比如毫米波波段的5G，就是大众相对陌生的名词了。
5G毫米波，拥有一个描述极小距离单位的“毫米”作为后缀，但是其蕴藏的价值却和它的名字有着天壤之别。我们甚至可以这样说，如果没有5G毫米波的落地，人们就可能还没有见识过5G的全部能量。
讲移动通信技术的故事，自然要从数据流量说起；而讲毫米波的故事，我们要加上频段二字。先来讲流量的故事，156天以后，2022冬季奥运会即将拉开帷幕，北京也将成为历史上第一个先后举办夏季奥运会和冬季奥运会的城市。而就在上一个北京夏季奥运会欢迎五湖健儿的时候，科技界同步开启了一次时间长达十数年的技术产业革命——移动互联网革命。直至今天，这场革命依然方兴未艾。
突如其来的疫情所创造的爆炸性数字化需求，更让这场革命的意义无比凸显。据统计预测，从2019年到2026年，全球移动数据流量还要增长6倍以上。五年后，全球月度移动数据流量将达到惊人的2260亿千兆，比现有的4G、3G、2G流量总和要多2倍以上，也比我们现在能够支持的5G流量也要高很多。所以，我们面临的挑战是，到底什么样的技术才能支持这样的数据需求井喷？答案就来自于「频段」，更准确的说，是我们今天故事的主角「5G毫米波」。
如前文所述，5G虽然是大一统标准，但却运行于不同的频段上。一个是Sub-6GHz频段，也就是5G的中低频段，它是中国首先商用的频段；另一个则是5G毫米波频段。不同频段的5G，都属5G家族，但他们却有完全不同的特性。Sub-6GHz作为低频段5G，主要的好处是可以实现很好的信号覆盖，传输性能会比较好但是低频段5G也有着致命问题，那就是资源和效率。低频段频谱资源非常宝贵，因为我们常见的诸多通信设备，都在利用使用这个范围的频段。这就导致电信运营商在5G频谱上，能分到的资源也就相当有限。同时，低频段自然也意味着，相对较低的数据传输效率。
而5G毫米波则破除了上述障碍，一来没有频谱资源的限制，可得频谱资源丰厚。在数据传输效率方面，国内电信运营商的低频段5G大多处于100MHz、最多200MHz的范围，而而5G毫米波可以达到800MHz，相对于100MHz带宽来说，在频谱上毫米波能实现比现在的5G传输速率提升8倍以上。
在实际场景中，毫米波一大优势是热点覆盖。据高通公司中国区研发负责人徐晧在2021世界5G大会“5G与智慧冬奥论坛”的发言，因为中国人口密度比较大，所以机场、地铁站或者体育场馆等地，都是人员密集的场所，也就成为毫米波非常合适的应用场景。以2022年北京冬奥会为例，作为备受瞩目的大型体育赛事，可以直接受益于毫米波的热点覆盖能力及应用。
图：高通公司中国区研发负责人徐晧在2021世界5G大会“5G与智慧冬奥论坛”发表演讲
很多人在使用5G手机时都会有这样的体验，刚开始使用时可以体验到非常高的速率，但随着5G手机的普及，传输速率就不如以前了。其实这个道理，就像家里的Wi-Fi路由器，如果只与一个手机连接，传输速率自然是比较快的；但如果有非常多的设备跟这个Wi-Fi连接，速率就慢下来了。5G同理，当我们满足低速率应用时，Sub-6GHz低频段就已经足够了；当如果我们处于人群密集的体育场馆时，每个人的速率就都不够了，此时毫米波就能发挥出它极佳的优势。
拿美国最流行的体育运动之一橄榄球来举例，根据高通支持美国运营商在美国大型体育馆进行的毫米波商用测试，在能够容纳十万人的体育馆里，观众都能做到同时进行视频上传或下载。在体育赛事中，5G毫米波还为智能手机、VR（虚拟现实）、XR（扩展现实）提供支持。在赛事转播时，通过360度摄像头和5G毫米波回传，观众能通过VR、XR眼镜从运动员视角实时观看高速运动景象，从而拥有酣畅淋漓的沉浸式观赛体验。
对于体育产业而言，5G毫米波的好处甚至还在于赛场之外。体育科技正在越来越多的被教练员和运动员所重视，其中是科技在训练中的作用尤受重视。拿篮球运动来说，运动员往往强调自己的手感，但是对于教练员而言，如何把握运动员某一瞬间的手感好坏，并由此给予动作定型却是很困难的事情。以往，虽然也有一些网络科技辅助手段，但是由于运动体侧数据量大，网络传输时延较久，等教练员拿到数据反馈了，运动员记忆中那一瞬间的手感已经早不知过了多久，难以和监测数据对应，也就难以指导实践。但是由于5G毫米波毫秒级的低延时特性，教练员可以做到数据反馈和手感好坏的完全同步，帮运动员更清楚定位、定型自己的“好手感”。
毫米波上的5G虽好，但是真正用起来，还要信号能够被设备顺利接收才行。如上文所述，高频段的毫米波信号传输，有其物理学挑战，比如较难绕过障碍物。但是，技术的发展从来不是一蹴而就，也从来不会被可见的困难所击败。
回顾毫米波的发展历程，高通早在1990年就开始了毫米波的研究，从1990年到2020年进行了大量的工作——从研发、测试，到原型机，再到和合作伙伴一起做大量的测试与研究。通过波束成形、波束导向和波束追踪等技术，将毫米波的传输阻碍一一攻克，将一个个不可能，变为可能，从而实现了毫米波预想的5G体验。
图：高通公司中国区研发负责人徐晧《5G毫米波让冰雪运动更精彩》演讲资料
据悉，在IMT-2020（5G）推进组的组织和指导下，高通与中兴通讯等中国合作伙伴此前已完成了首个基于大上行帧结构的5G毫米波8K视频回传业务演示。徐晧表示，整个演示流程效果来看，包括摄像头的采集，通过调制解调器上传至中心毫米波网络，到接收端接收8K视频，毫米波峰值速率都比低频高很多。
正是因为5G毫米波技术的创新与突破，到目前为止，展望全世界的5G毫米波商用前景，美国、欧洲和亚洲的韩国、日本，已率先实现毫米波商用。中国目前主要使用的是5G中低频段，但同时也在推动5G毫米波技术发展，探讨5G毫米波在工业互联网等场景中的实践。目前，信通院主导开展了一系列毫米波测试。
从第一个北京奥运的3G，到第二个北京奥运的5G，从低频的厘米波段，到高频的毫米波段，如同奥运选手的“更快、更高、更强”一样，通信技术的发展也永无止境，不断寻求突破。电磁波运行于我们不可见的毫厘波段之间，但是移动通信技术的成果，却在我们每个人生活和工作时，清晰可见的呈现着。
显然，放眼万千行业数字化转型浪潮奔涌的当下，它是5G技术的进化之时，是5G毫米波的恰逢之时，更是5G落地的正当其时。