通過空氣就能上網(wǎng)的逆天毫米波技術(shù)

此前曾有中國某大學(xué)研制出可以通過光線來傳輸wifi信號，大漲國人威風(fēng)。而通過光線傳輸畢竟有很多不便之處，比如晚上就需要關(guān)閉光源，無法實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。最近，有一家名為Starry的創(chuàng)業(yè)公司宣布，將為消費(fèi)者提供高速的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，而且價(jià)格不會高于目前的平均寬帶費(fèi)。這件事的逆天之處在于Starry公司表示，他們的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)無需鋪設(shè)昂貴的光纖，只要借助空氣傳輸信號即可。

據(jù)該公司介紹，這種通過空氣就能傳輸信號的技術(shù)叫做 “毫米波”，它能夠充當(dāng)傳輸高速網(wǎng)絡(luò)的媒介。

毫米波是什么?這項(xiàng)技術(shù)究竟是如何通過空氣傳輸信號，給人們提供網(wǎng)絡(luò)的呢?毫米波又是否有發(fā)展的前景呢?

一、毫米波技術(shù)用途廣泛，通過空氣就可傳輸信號

毫米波，即波長為1～10毫米的電磁波。它位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，因而兼具兩種波譜的特點(diǎn)。從理論上講，毫米波是光波向低頻的發(fā)展與微波向高頻的延伸。

由于毫米波的獨(dú)有特性，使其在傳播時(shí)不易受到自然光和熱輻射源的影響。因此，毫米波技術(shù)可應(yīng)用于通信、雷達(dá)、制導(dǎo)等多個領(lǐng)域。

比如利用大氣窗口的毫米波頻率，可實(shí)現(xiàn)大容量的衛(wèi)星到地面通信，也可以利用高分辨率的毫米波輻射計(jì)遙感氣象參數(shù)，還可以使用射電天文望遠(yuǎn)鏡(應(yīng)用了毫米波技術(shù))探測宇宙空間的輻射波譜，從而推斷星際物質(zhì)的成分。

不過，毫米波被人們提到最多的，還是在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

在2013年舉行的第三屆國際IEEE微波、通訊、天線和電子系統(tǒng)會議上，來自以色列阿里埃勒大學(xué)的科研人員宣布了他們的新成果，即使用毫米波照射癌細(xì)胞可以阻止其再生，又不會破壞細(xì)胞本身，這一發(fā)現(xiàn)為治癌放射療法提供了新途徑。

阿里埃勒大學(xué)的亞哈羅姆教授說：“這對治癌放射療法無疑是巨大的喜訊，雖然其中的奧秘還有待進(jìn)一步揭示”。

而現(xiàn)在， 對于網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸，毫米波技術(shù)也產(chǎn)生了極大的助力。 Starry公司表示，他們希望在全美推出速度達(dá)到到1G的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。這個速度是當(dāng)前家庭寬帶連接速度的10倍，并且價(jià)格也比現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)提供商更低。

Starry公司的代表說，這種無線寬帶服務(wù)預(yù)計(jì)將于今年暑期在波士頓推出。Starry公司的創(chuàng)始人Chet Kanojia認(rèn)為：“有線的基礎(chǔ)架構(gòu)做起來有些困難，寬帶服務(wù)就應(yīng)該是無線的”。

如果說Starry公司的計(jì)劃能夠得以實(shí)現(xiàn)，那么將有可能顛覆整個互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。

對用戶來說，這種使用毫米波技術(shù)的無線寬帶，其速度遠(yuǎn)高于他們從有線電視公司或電話公司獲得的寬帶速度。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有WIFI、LIFI等上網(wǎng)技術(shù)，但靠空氣就可以傳輸信號的毫米波技術(shù)無疑是另一種更棒的替代方案。

Kanojia說：“我想人們都希望能出現(xiàn)一個富有競爭力的替代方案，沒有一個人覺得這個市場有足夠的競爭”。這將給用戶帶來更好的上網(wǎng)體驗(yàn)。

對行業(yè)來說，毫米波也確實(shí)需要被重視起來。美國紐約大學(xué)理工學(xué)院的研究員Theodore Rappaport認(rèn)為，主管機(jī)關(guān)應(yīng)該開放毫米波頻段的授權(quán)，用以迎接無線通訊領(lǐng)域的技術(shù)復(fù)興。

他說：“電信營運(yùn)商需要有個測試場，來開發(fā)各種能運(yùn)用在28GHz、38GHz與79~90GHz頻段的產(chǎn)品原型;在該領(lǐng)域已經(jīng)有很多相關(guān)研發(fā)活動，我只擔(dān)心美國會在其中落后。韓國與中國都已經(jīng)看到相關(guān)商機(jī)，而且顯然在開放毫米波頻段給蜂窩式移動通訊應(yīng)用方面有較開放的態(tài)度”。

綜上所述，可以看到毫米波用途之廣，及其在網(wǎng)絡(luò)信號傳輸中的重要性。那么，毫米波在網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)膶?shí)踐過程中，會遇到什么困難?這一技術(shù)又將向何種方向發(fā)展呢?

二、毫米波技術(shù)傳輸仍存缺陷，但發(fā)展空間極大

在實(shí)際應(yīng)用中，毫米波像所有技術(shù)一樣，不可避免地產(chǎn)生一些問題。

Starry公司指出，毫米波的傳播距離最多只能在200米左右，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。另外，毫米波的穿透能力也不強(qiáng)，遇到墻或者其他阻礙就無法發(fā)揮作用。

所以，Starry公司的當(dāng)務(wù)之急是想辦法提升毫米波的傳輸距離。距離越大，需要建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基站就越少，這樣才能更好地節(jié)省成本。

由此看來，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸方面，毫米波尚不能被單獨(dú)使用。因此，毫米波在未來極可能會在自身基礎(chǔ)上，與其他技術(shù)結(jié)合，形成疊加型網(wǎng)絡(luò)，共同實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸功能。

第一，宏基站與毫米波小基站的疊加型網(wǎng)絡(luò)。

在傳統(tǒng)的疊加型網(wǎng)絡(luò)中，宏基站和小基站的作用范圍均是低頻段。這就出現(xiàn)了切換頻繁的問題，造成了極差的用戶體驗(yàn)。如果能夠使用毫米波小基站，則有利于解決這一問題。

宏基站可以作為移動通信的控制平面在低頻段工作，而毫米波小基站可以作為移動通信的用戶數(shù)據(jù)平面在高頻段工作。這樣相得益彰的搭配，既有利于技術(shù)的進(jìn)步，又能夠提升用戶體驗(yàn)。

第二，基于毫米波的移動通信回程。

與傳統(tǒng)有線方式的通信回程相比，在即將到來的5G時(shí)代，小基站的數(shù)目將急劇增加，且部署方式也將變得復(fù)雜。

如果采用毫米波信道作為移動通信回程，則可以根據(jù)數(shù)據(jù)流量的實(shí)際情況隨時(shí)部署新的小基站，也可以在閑置或輕流量時(shí)段關(guān)閉小基站。如此靈活的方式可以讓通信的部署變得收放自如，并且能夠降低能耗，節(jié)約資源。

在2015年毫米波段5G移動通信國際研習(xí)會上，英特爾“5G研究及標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目”的首席科學(xué)家Geng Wu博士提出了“5G=通信+計(jì)算”的概念。他認(rèn)為，5G應(yīng)以最終實(shí)現(xiàn)“通信與計(jì)算相融合”為目標(biāo)。

下一個十年，5G將占據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)市場的主流地位。目前，5G通信網(wǎng)絡(luò)正處于一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

用于移動網(wǎng)絡(luò)的無線頻譜資源需增加5至10倍，并需大力發(fā)展高頻段(毫米波)空中接口技術(shù)，以搭建新的移動設(shè)備框架;

其空中接口技術(shù)性能則需要提高3至5倍，用以提高移動網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和處理能力;

而ICT(在線測試儀)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用力度需提高40至50倍，并側(cè)重于發(fā)展網(wǎng)絡(luò)致密技術(shù)，形成疊加型網(wǎng)絡(luò)。最終實(shí)現(xiàn)“通信與計(jì)算相融合”的目標(biāo)。

毫米波在眾多領(lǐng)域用途廣泛，在5G網(wǎng)絡(luò)即將爆發(fā)的時(shí)代，毫米波特有的優(yōu)勢無疑會使其成為5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的重要技術(shù)。盡管這項(xiàng)技術(shù)因傳輸距離、穿透力等問題尚存諸多缺陷，但是，其前景卻是極其廣闊的。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，毫米波在5G網(wǎng)絡(luò)中會越來越多地發(fā)揮其作用。