如何跨过5G的最后难关：毫米波技术与信号传输难题_风闻

5G商用即将来临，但多数厂商仍在抱怨手上的产品和商务模式仍有许多尚待解决的困难。虽然并不是完全没有进展，但很多问题可能到了5G产品实际上市时依然存在。

而其中最关键的问题就是如何实作5G的毫米波技术。众所周知，毫米波是一种运作在明显更高频率的无线电运作方式。推然多数地区在布建5G的第一阶段会使用6GHz以下的频率，比如说中国会先在3.5GHz和4.8GHz频段进行5G网络布建，这个频段的特性和既有的4G网络相当类似，同样可以没有阻碍的进行长距离传输。

但真正的挑战是毫米波，也就是30GHz左右的极高频频段范围的信号和传输设计，关于信号的传输或者是MIMO天线设计的问题，已经有很多人讨论过，也有了部份解决之道。但现在问题发生在毫米波天线与模块的设计和制造方面，由于这些天线很多可能都会迁入到模块之中，而不是外露的导线，这可能导致大量生产测试会有困难。

另外，天线设计的有效性主要取决于信号的覆盖范围，然而毫米波技术的短距离，遭遇城市的复杂信号信道，导致很难有效评估要多少基站才能在各种不同的环境中提供足够的信号覆盖。这些数字可能变化会很大，取决于城市中的地点、小区建物的结构，以及人员之间的干扰，毕竟使用了毫米波技术，即便是树木，或者是坏天气、人体本身，甚至氧气浓度高一点，都会破坏毫米波信号的传输路径。

而5G将与4G或3G一样，在不同的地区会有不同的频谱标准以及不同的波形设计，加上毫米波本身的信号特性，这将使得建构可以跨区域使用的5G设备将会格外困难。

毫米波其实并不是什么新奇的技术，该技术几十年来一直被使用在雷达等军事应用之中，但作为军事应用是一回事，毕竟雷达不需要考虑信号的完整性以及应用庞大终端数量在复杂环境中进行互联的情境。但5G应用，尤其是手机终端，要让这些设备能够以不同的速度进行移动，同时又要保持连接，这会是困难至极的技术问题。

当5G接收端进行快速移动时(例如30mph)，6MHz及以下频率的信道一致性可以毫秒计。而在毫米波范围内，这一指标会下降到微秒级，也就是会造成严重的时延，这个问题并非不可能解决，但非常困难。

考虑到未来自动驾驶将会与智能城市以5G进行互连，这样才能确保在最短的时延得到最完整的交通信息回馈与流通，自动优化整体交通状况，但如果5G无法在持续移动的状况下维持连接，并提供一致的信号质量，那么所谓5G能带给智能城市和自动驾驶的革命性进展，那也不过是幻想。

只是毫米波带来的问题却不小于其带来的好处，基于6GHz以下频段的5G网络基站布建可能仅需略多于现有4G基站，亦或者持平，但毫米波基站的数量和布建密度必须远大于4G基站，否则就无法得到足够的覆盖率，这样就落入鱼与熊掌的两难陷阱之中。

业界曾估计，5G基地台之间的平均距离大概是250m~300m。但根据Conover报告指出，由于各种潜在障碍的综合影响，大多数设备设计人员将目标定在150m~200m之间，从而达到充分的网络覆盖。

相比之下，即便在最密集的城市地区，4G基地台相隔也可能接近600m~800m(在更开阔的区域，它们可能相隔一到两公里或更远)。

这意味着，无线营运商将必须安装比支持4G网络更多的5G基地台。这会增加5G网络部署的复杂度与成本。

另一个问题就是毫米波本身在数据通信的可靠性。波束成形(Beamforming)是一种经过验证的维持连接的方式，该技术可以引导来自物体周围的多个单元的信号，根据特定场景自动调整天线数组辐射模式的能力。然而终端设备接受和处理信号的程度非常倚赖天线数组的设计，然而实地测试是个漫长且缺乏效率的的过程，实际网络布建可能又会与测试有所落差，造成最终消费者的体验和理想状况不同。但无论如何，在毫米波技术进到手机之前，他必须先在整体网络环境先行到位。

5G天线模块厂商表示，目前封装和测试其实都已经可以支持无线天线测试，但目前进展并不是那么乐观。另一方面，不同地区不同运营商所使用的波形不同，更增加了相关设计的复杂性与测试难度，虽然目前正在定义新标准来解决问题，但面对业界对5G网络的快速需求，恐怕缓不济急。甚至可能网络建设好了，终端出现了，相关标准才会完备。

另一方面，包含手机等5G终端的天线设计和测试问题的复杂性，恐怕会导致初代5G手机可能在信号传输方面表现不如预期，而这可能会像当年4G手机一样，花费至少一两代手机产品的时间才有可能比较完美的解决。

解决毫米波信号衰减问题的方法并不一致。 尽管如此，解决方案可能不仅仅是用small cell覆盖建筑物的墙壁。换个方向思考，对5G毫米波设备的技术达成方式可能会有更多不同的解法。

在行为方面，一种可能的解决方案是对上行链路和下行链路使用不同的技术。

如果移动设备必须在基站之间移动，真正的问题是上行链路，上行传输要使用波束成形很困难，因此运营商可以选择将LTE用于上行链路，并将毫米波作为下行链路使用。

最重要的问题是基础设施。大多数终端设备具有完全无线电功能，但对于基站，选择是使用数字与仿真进行波束成形。 模拟电路的效率较低，这会在基站产生更多的热量，也会消耗更多能源，这对数量庞大的Small cell小基站而言是不好的消息。

虽然5G标准允许同时使用仿真和数字，但二者的波束看起来相当不同。如果你使用数字波束，它会改变波形本身，为此必须额外对载波的相位进行调整。

回到前面提到的自动驾驶与智能城市等应用生态的配合，虽然移动中的汽车可能和城市基站的互联会有很多问题，但汽车和汽车之间也有相对应的网络标准正在形成之中，通过汽车之间的低时延网络互联，形成庞大的拓朴，可以弥补汽车和城市基站之间因移动造成的传输瓶颈。

因此，5G虽然是未来，但不一定只能用5G来解决问题，善用既有的网络技术，配合即将到来的毫米波5G网络，那么5G网络所宣称的大带宽、低时延、超多连接数等好处，才有可能让消费大众真正享受到。