没有毫米波的5G，是5G吗？

最近被一则关于毫米波的消息疯狂灌脑，“三星利用5G毫米波实现创纪录8.5Gbps传输速率”。虽然小木匠在以往的推文中多次提到毫米波，但确确实实没想到这么快——8.5Gbps。

新闻回顾

据外媒报道，三星电子近日表示，该公司在实验室演示中实现了业界最快的5G速度，该演示使用载波聚合技术将毫米波频谱的多个信道与800MHz频谱进行了合并。

该试验使用了三星的5G毫米波接入单元，该接入单元包含传统的基带、射频和天线。三星在2019年10月举行的MWC洛杉矶大会上推出了其5G NR毫米波接入单元。该接入单元采用了MIMO技术，在单个单元中拥有1000多个天线组件。

在最近的测试中，三星使用了两个搭载其最新5G modem芯片组的测试终端。这些终端将信号发送至毫米波接入单元，每个终端达到了约4.3 Gbps的传输速率，并且在两款终端都达到了8.5 Gbps的业界最高速率。

惊讶之余，我们一起看看这个传输速度到底有多快。

首先来看看什么是Gbps？

比特率定义 来自搜狗百科

bps是指 bit per second， 那么Gbps 就是 1000000000bps。看下面的单位变换等式

1,000bps=【1kbps】=1,000 bit/s= 0.97656 Kibi bit/s

1,000,000bps=【1Mbps】=1,000,000 bit/s= 0.95367 Mebi bit/s

1,000,000,000bps=【1Gbps】=1,000,000,000 bit/s= 0.93132 Gibi bit/s

1Gbps换句话来说就是一秒可以下载1G的数据，那么8.5Gbps也就是一秒钟下载8.5G的数据。如果按照原来移动流量包6块钱30M的话，一秒钟下载的费用是大约是1700元。估计马云也用不起。那么提速降费就是一个必须要做的事情。为领导的英明决策点赞。

8.5Gbps真的就这么牛逼嘛？

我们来看看网络上各家设备商目前爆出来的速率是多少？当然了5G的目标就是速度，速度，速度，快，快，快——10Gbps。三星也只是距离目标更近了下图。

小木匠只查到了华为和爱立信网上最近一段时间公布的速率，华为最高速率是3.4Gbps，估计华为应该使用Sub6的设备，爱立信最高速率是4.3Gbps且也同样是利用毫米波传输。

这是不是也就意味着在5G传输速率上，毫米波更有优势呢？答案显然是肯定的。

毫米波的可用带宽要远远高于Sub6的连续可用带宽。这个是Sub6无法改变的问题。对于无线通信系统，工程师一个必须按照，无法超越的定理就是“香农定理”。

香农定理，来自百度百科

香农定理给出了信道信息传送速率的上限（比特每秒）和信道信噪比及带宽的关系。香农定理可以解释现代各种无线制式由于带宽不同，所支持的单载波最大吞吐量的不同。

在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，信道容量Rmax与信道带宽W，信噪比S/N关系为： Rmax=W*log2(1+S/N)。注意这里的log2是以2为底的对数。

香农定理给出了信道传输速率的上限正比于信道信噪比和信道带宽。工程师为了获得更快的信道速率，就在不停的增加信道带宽，降低信道信噪比。信道信噪比有个极限值就是白噪声-174dB。那么想要获得更快的传输速率就是增加信道带宽。（做滤波器的工程师可能要注意一下，这里用到了信道带宽，而不是工作带宽。）

百度百科

这里对信道带宽：

1、无线通信中载波带宽就是载波最高频率与最低频率之差就是载波带宽，B=Fh-Fl。

2、其实就是不同调制模式占用的带宽。

GSM载波带宽=200Khz

WCDMA载波带宽=5Mhz

TD-SCDMA载波带宽=1.6Mhz

LTE载波带宽=1.4-20Mhz

802.11载波带宽=20-160Mhz

那么在理想状况白噪声情况下就存在一个传输极限，即香农极限。

香农极限

那么，达到最大传输速率的唯一要素就是增加信道带宽。对于Sub6，增加信道带宽就显的比较尴尬，毕竟OBW也才几百兆不到，全部用于传输一路信号，也无法跟毫米波比。对于中国运营商目前划分到的频段，最宽的支持载波也只是中移动160MHz。所以距离三星用毫米波得到的8.5Gbps传输速率，还有很长的路要走。

这个毫米波和厘米波之争也转变成了中美之争，美国更倾向于毫米波，中国主张用厘米波。

百度搜索

当然了毫米波和厘米波在应用上各有优劣。我们不去讨论到底是美国输了，还是中国输了。小木匠认为5G，无论是毫米波还是厘米波，都应该是一个有机结合。利用厘米波的做大覆盖，利用毫米波做高速率传输，两者兼容互补。

但是，对于毫米波在中国的应用还有很长的路要走。从最近的新闻可以看出，今年四月份安徽云塔科技发布了中国第一个毫米波滤波器，从性能上看，相比国外同类产品还有很大差距。

云塔科技毫米波滤波器

TDK毫米波滤波器

去年十一月份的新闻也证实了中国在毫米波产业链上的薄弱，“任正非：华为5G标准选择厘米波，是运气好堵对了”。如果全球都选择毫米波作为5G的唯一载波，那么对华为来说，也许不会像现在这么好？

新闻来自今日头条

当然，除了美国想直接一步到位，其他很多国家也都在按部就班，从厘米波到毫米波。如下表所示。

各国5G商用频段

但是这并不意味着厘米波就绝对胜利了，毫米波应该是5G的发展方向。对于中国，需要等，等毫米波产业链成熟。

工程院院士邬贺铨就表示：

在频率问题上，我们现在是工作在6GHz（千兆赫兹）以下的频段，这个频段与毫米波频段相比建网相对更快一些，但能得到的最高峰值带宽不如毫米波频段，所以未来中国5G还要采用毫米波频段

革命尚未成功，同志们仍需努力。