作者 | 馬超
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
美國三大股指在近日迎來了兩次史詩級的暴跌，先是3月9日道指下跌近1900點，標普500暴跌7%，雙雙熔斷；後是3月12日標普500在開盤5分鐘便跌去7%，再次觸發熔斷，並且隨著多國政要確診感染新冠病毒，美國也宣佈進入緊急狀態。
在美股一週雙熔斷的“活久見”背景下，美國聯邦通信委員會拍賣毫米波頻譜，加速推進5G建設的舉措，就有頗有點抄中國“新基建”作業的味道了。不過“天下文章一大抄”，我們知道在上個世紀初的金融危機中，美國就是靠著高速公路等基礎設施的建設走出困境的，而面對本輪危機，美國把希望寄託於5G等新興信息化建設領域，也算是一個明智的做法。
根據美國聯邦通信委員會的消息，他們從用於5G的37GHz、39GHz和47GHz頻譜的拍賣中獲得了45億美元收入，而且還獲得了近31億美元的激勵獎金，以加快從這些頻段中清除現有的許可證獲得者。
這兩項收入加起來高達75.58億美元。此次拍賣堪稱巨頭的盛會，其中Verizon在最新的競標中獨佔鰲頭，贏得了4940個許可證，緊隨其後的是AT&T獲得了3267個許可證、Dish Network的2651個許可證和T-Mobile的2384個許可證。
在此之前美國最大的頻譜拍賣交易的最高成交記錄是24GHz和28GHz兩個波頻段的27億美元，所以從本次近76億美元的天價交易中，可以看出美國對於5G等高新技術帶來新的經濟增長點是十分渴求的。下面筆者為大家做一下5G毫米波拍賣背後的技術解讀。
毫米波何以成為5G時代的寵兒
毫米波頻段是指30GHz～300GHz，相應波長為1mm～10mm。毫米波通信就是指以毫米波作為傳輸信息的載體而進行的通信。毫米波頻譜的拍賣，其實就是拍賣毫米波頻譜的 使用權。毫米波屬於極高頻段，它以直射波的方式在空間進行傳播，波束很窄，具有良好的方向性。毫米波的主要優點如下：
極寬的帶寬：毫米波帶寬高達270GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5倍。配合各種多址複用技術的使用可以極大提升信道容量，適用於高速多媒體傳輸業務, 這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。
波束窄：在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個 12cm的天線，在9.4GHz時波束寬度為18度，而94GHz時波束寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節。
可靠性高：較高的頻率使其受干擾很少，提供穩定的傳輸信道;與激光相比，毫米波的傳播受氣候的影響要小得多。
方向性強：由於波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信;
波長極短：所需的天線尺寸很小，和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統更容易小型化。
毫米波存在的問題
在移動通信發展的30年間，毫米波一直都是一片蠻荒之地，由於過去人們對於移動通信的帶寬要求並不高，在光纖傳輸都只有512K甚至更低的年代裡，毫米波技術所提供的高帶寬其實並沒有太多意義。
同時，也因為毫米波傳輸距離的問題，使得運營商需要架設更多基站才能保證網絡覆蓋，因此在低速互聯網的年代，毫米波自然不受人們的重視。總結毫米波的短板主要有以下幾方面：
傳輸距離較短：由於毫米波技術的高頻特點，毫米波本身的傳播距離相較於低頻段更短，因此運營商需要實現大規模覆蓋往往需要投入更多的基站和運營成本。
降雨及懸浮顆粒物造成衰減較多：毫米波主要受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，與微波相比，毫米波信號在惡劣的氣候條件下，尤其是降雨時的衰減情況嚴重，對傳播效果的影響很大。通常情況下，降雨的瞬時強度越大、距離越遠、雨滴越大，所引起的衰減也就越強。因此，應對降雨衰減最有效的辦法是在進行毫米波通信系統或通信線路設計時，留出足夠的電平衰減餘量。
毫米波天線技術難度太大：因為目前集成電路（IC）發射的能量不高，而且毫米波易被空氣吸收，因此若要訊號射程遠，便需要採用高增益的天線，但高增益的天線只能集中朝某一個方向發射，由於手機用戶不會只固定在某一方位，而是多方位移動，因此手機天線便要像相控陣雷達般不停掃描，以便與發射器聯繫，而如何令手機相控陣天線的掃描角度夠廣闊，是毫米波應用推廣中要面對的主要技術難題。
5G時代，技術為王
5G時代，帶寬和用戶體驗已經成為移動網絡首先要滿足的需求，因此毫米波才會如此引人關注。由於上文也提到了毫米波最大的缺點就是大氣傳輸時的衰減大而且傳輸距離近。遇懸浮及降水衰減嚴重，所以這也就對應著有關5G的幾項關鍵技術：
Massive MIMO：大規模多進多出天線技術，MIMO的含義是天線“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output）。在4G時代MIMO技術就已經得到應用，不過最多也就是基站8天線，手機4天線，但是在毫米波頻段應用時，當天線發射功率不能增加，發射天線和接收天線的增益也不能提高太多，所以解決方案只有——增加發射天線和接收天線的數量，而且毫米波波長短，互相之間干擾距離小，天線之間可以離得更近，所以5G天線都不是以個數計，而是陣列天線，這也就是Massive MIMO。
Beamforming：波束賦形，5G時代大規模天線技術是波束賦形的基本條件。在沒有人為干擾的條件下，電磁波是360度無死角傳播的，其中很大一部分沒有被接收，白白浪費，天線陣列可以使得電磁波朝著人為規定方向的傳播，且天線個數越多，電磁波傳播方向越集中。波束賦形可以使無線信號定向傳輸到需要使用的方向，而且還需要波束導向技術根據信號接收點的位置變化不斷調整，這也就是波束賦形技術的關鍵所在。
在5G時代放眼世界，華為堪稱是佼佼者之一。2019年，任正非在接受採訪時就曾經表示：“全世界能做5G的廠家很少，華為是做得最好的；全世界能做微波的廠家很少，華為做得最先進。能夠把5G基站和最先進的微波技術結合起來成為一個基站的，世界上只有一家公司能做到，就是華為。”
這裡的微波其實就是指毫米波，機會總是垂青於那些有準備的人，在當前的情況下，整個世界都會期待著5G所帶來增長點，相信我們必能披荊斬棘，再上高峰。
☞不用掉一根頭髮！用 Flutter + Dart 快速構建一款絕美移動 App
☞看我發現了什麼好東西？ Java Optional，絕對值得一學 | 原力計劃
☞騰訊提結合ACNet進行細粒度分類，效果達到最新SOTA | CVPR 2020
☞我最喜歡的雲 IDE 推薦！
☞智能合約編寫之Solidity的高級特性
☞返鄂復工人員自述：回武漢上班，要先飛合肥，再由公司包車接回去
閱讀更多 CSDN 的文章
