树叶都能影响毫米波？
微基站能能直接挂在路灯上？
手机天线是怎样布局的？
——关于5G技术的关键词讲解
从1987年第一部大哥大诞生以来移动通信给我们的生活带来的深刻变革。30年量变积累至今，到5G、6G时代，质变可期。
想象和理解这种质变是一种能力，因为一切还在路上，威力尚未显现。为此，我们特意筛选了5个关键词，和大家一起学习关于5G技术的几个常识。华南理工大学电信学院院长薛泉将担任本节课的授课老师，感谢这位最专业的老师愿意从最基础的知识讲起，为我们进行5G的科普。
授课老师：薛泉
中美5G频段建设差异
Sub6GHz频段作为NSA（非独立组网）的关键之一，在建设成网后，可以有效利用现有的4GLTE网络，继续使用2.5GHz-2.7GHz频段，可以节约运营商网络建设成本，并且能够很好地兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力。也就是说它在网络速度和信号覆盖上都能够取得很不错的效果。
目前中国运营商所开展的5G联通试验中，使用的大多是Sub6GHz频段。
美国正在钻研毫米波技术，但是仍然无法商用，虽然达到4.63Gbps网络传输速率，但只需用手挡在信号发射器与模型手机之中，就能够让传输速度急剧下降甚至直接断线。并且美国Sub6GHz已经被军方占用，无法开放给民间使用。
可听声波
频率20Hz~20KHz，波长最高可达17m。
毫米波
频率>30GHz，5G概念中波长放宽到1~15mm。
太阳光波
频率390THz~860THz，波长以nm计。
毫米波
无线通信利用的是电磁波。电磁波的功能特性是由频率和波长决定的：频率越高，波长越小，越趋近于直线传播（绕射和穿墙能力越差）；频率越高，在传播介质中的衰减也越大。当电磁波的波长短到一定程度的时候，就趋近于光的特性，易被遮挡，易损耗，雨水或树叶都可能影响它的传播。毫米波的理论和技术分别是微波向高频段的延伸和光波向低频段的发展。
5GNR主要使用两段频率：FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz~6GHz，又叫Sub6GHz频段；FR2频段的频率范围是24.25GHz~52.6GHz，被称为毫米波（如果用国际上主要试验28GHz频率为例，波长只有10.7mm）。毫米波带来了大带宽和高速率，因此成为5G的代名词。目前5G通信迫切需要解决的问题就是因为波长短而导致的绕射和穿墙能力差、传播损耗大、覆盖范围小等问题。
毫米波的优点与缺点
■ 频谱宽，可以极大提升信道容量，适用于高速多媒体传输业务；
■ 方向性好，毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，使得传输波束较窄，增大了窃听难度，适合短距离点对点通信；
■ 波长极短，所需的天线尺寸很小，易于在较小的空间内集成大规模天线阵；
■ 不容易穿过建筑物或障碍物，会被树叶雨水吸收；
■ 自由空间传播路径损耗大，反射后能量急剧衰减。
为什么要大规模铺开5G技术？这就关系到一个重要指数——频率！频率越高，能使用的频率资源（规定使用的频段）就越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。频率资源就像车厢，越高的频率，车厢越多，相同时间内能装载的信息就越多。因为技术设备跟不上，很长一段时间，毫米波段属于蛮荒之地。如今，毫米波的开发就像是新大陆，给移动用户和运营商提供了“广阔”的频率资源。
在移动通信领域，频率资源只能由国家进行分配。2018年12月，中国三大电信运营商获得全国范围5G中低频段试验频率使用许可。有分析认为，中国电信和中国联通获得了3.5G这一全球主流的5G频段；而中国移动获得了2.6G频段这一相对成熟度较差的频段，但2.6G频段较低且是连续性的频段，建网成本有一定优势。
四大运营商的频率资源
中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；
中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的共260MHZ带宽的5G试验频率资源；
中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；
中国广电拥有700MHz频段使用权，该频率在世界范围原来主要规划模拟电视使用，随着电视“模转数”进程加快，一些国家将其腾退出来用于发展移动通信业务。
1G到2G，模拟通信向数字通信的转变，是跨世纪的飞跃。
大哥大通话使用的是模拟信号，如同用胶片拍电影。但模拟信号在传递的过程中极易受到干扰，如同嘈杂的餐厅，坐在不同位置的人仍会被汹涌的声浪吵到听不清楚对方在说什么。且模拟信号缺乏安全性，随时可能被窃听。
人们因此发明了数字信号，数字信号就是将一段连续的模拟信号进行取样切分，转化成“0”“1”表示的数字代码，1秒的信息可以切成几千份，然后再每隔一份或几份取出一个收集起来，传递出去，接收方接到信息之后再进行解码还原。信号的数字化也为网络的不断提速和手机的智能化奠定了基础。
这就好比数字电影的分辨率虽然没有胶片电影那么高，但是人们还是能明白其中演绎的故事。
天线阵列
还记得大哥大长什么样子吗？除了大，还有很长的外露天线。为什么后来的智能机看不到天线了呢？其实天线还在，只是越来越小了。根据天线特性，天线长度应与波长成正比，大约在1/2波长。5G时代关键技术之一就是大规模“天线阵列”技术。
5G通信必定会使用Massive-MIMO大容量多入多出技术，就是多根天线发送，多根天线接收，这项技术是4G时代MIMO技术的高级进阶版。5G时代的手机和基站都要塞入更多天线，比如微基站虽然小，容纳的天线却会是现在基站的10倍。5G手机更是在内部各个方向都植入天线，方便其全方位接收信号。
这么多天线如何互不干扰？这需要用到波束成形技术，通过对射频信号相位的控制，使得电磁波形成一个超定向的光束传输式数据流，还能根据手机的移动转变方向，这样信号覆盖也变为精准指向性服务，波束之间不会干扰。
4G到5G，对手机天线的材质、设计、布局带来新的挑战。原来依靠一个天线来覆盖不同频段的思路已经不可行了，需要四个天线空间散开布置，越远越好。分布在不同角落可能是最佳选择。
微基站
公用移动通信基站向手机提供信号，是将手机连接到运营商网络的设备。手机与基站同样通过无线电波连接，以基站为圆心信号覆盖一定面积，离基站越近的地方上网速度越快，打电话时听音也更清楚。
但是5G通信使用的是Sub6GHz或毫米波，虽然可以携带海量信息，却易受遮挡物影响，因此基站建设更加短距离和密集。出于成本和实际环境的考量，微基站是不错的选择，微基站密集布点组成一个“接力队”，毫米波便可以避开阻挡它们的物体，保持网络的正常连通。
因此，密集布点是5G基站的特点。工信部数据显示,2018年我国新建4G基站43.9万个,总数达到372万个，中国联通网络技术研究院无线技术研究部高级专家李福昌预计，5G的基站数量可能是4G的1.5~2倍。
如今广州的花城广场甚至将有试点，将微基站直接挂在路灯上。
● 电吹风的辐射可以达到100微瓦/平方厘米；
● 家用的无线路由器，在1米范围内产生的辐射量在60微瓦/平方厘米以上；
● 美国4G基站的辐射标准是600微瓦/平方厘米；
● 中国4G基站电磁辐射标准只有40微瓦/平方厘米；
● 中国5G基站辐射比4G更小。
成千上万的基站密集分布辐射会不会很大？
从无线电技术角度看，5G宏基站的无线电发射功率谱密度典型值约为2瓦/MHz，4G宏基站的典型值约为4瓦/MHz，3G宏基站的典型值约为10瓦/MHz，可见与3G、4G基站相比，5G基站发射功率谱密度更低。另外，5G网络所使用的无线电频段更高，衰减更快，所以在与基站同等距离的情况下，5G基站的辐射值并不一定比4G基站高。
再看微基站。按照通信原理，当远离基站时，手机需要加大发射功率来保证与基站的通信，但是微基站密布周边，与人的距离大大缩短，手机对人体的辐射水平反倒大幅度降低。
综合以上，对5G基站无须有辐射方面的担心。
特点
码率高
1
5G网络的速度非常快。用户体验的速率可以达到1Gbps以上，比如下载一部高清电影只需要几秒钟。这样的带宽和网速能满足包括智能服务机器人在内的大量物联网设备的接入。
时延低
2
G理想情况下端到端时延为1ms，典型端到端时延为5~10ms左右，这一特点让远程手术、无人驾驶等成为可能。当然，因为时延降低，玩VR再也不会头晕啦。
密基站
3
5G的宏基站数量可能是4G的1.5~2倍，但覆盖范围在一百平方米左右的微基站将不计其数。
终端形式多样化
4
很快，移动用户终端数将以百亿计。因为5G使万物互联成为可能，任何一个东西都可能成为移动终端。
授课老师：薛泉广州市科协、广州日报联合出品
文/广州日报全媒体记者龙锟制图/广州日报全媒体记者黄思勤统筹/广州日报全媒体记者王晓云
