5G發(fā)展：毫米波將是必經(jīng)之路

“5G強(qiáng)大的能力和豐富的連接場景勢必會激發(fā)各行各業(yè)的應(yīng)用。而滿足這些需求僅僅依靠中、低頻段是無法實(shí)現(xiàn)的，這就需要高、中、低頻協(xié)同工作，在不同場景下不斷創(chuàng)造更佳的用戶體驗(yàn)。為此，盡早推動毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展和成熟對于5G的成功商用非常重要。毫米波帶寬大，可以滿足5G高速傳輸要求。波束窄，可應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)，波束窄可以看到更多細(xì)節(jié)。對于5G來講，波束窄意味著可以做天線數(shù)量更多的天線陣列，增強(qiáng)信號。然而，毫米波在室外部署現(xiàn)階段難度較大。對于設(shè)備的精度要求更高，這無疑會增加建設(shè)和維護(hù)成本，包括手機(jī)。在“提速降費(fèi)”大背景下，顯得有點(diǎn)格格不入。”

毫米波將是5G發(fā)展的必經(jīng)之路

當(dāng)然嚴(yán)格來說，所謂的毫米波（mmWave）更確切的是指EHF頻段，它是頻率范圍橫跨30GHz至300GHz的電磁波，如果從波長來定義，30GHz的電磁波波長為10毫米，而300GHz的電磁波波長則僅為1毫米。但根據(jù)FR2頻段的播放來計(jì)算，24．25GHz的波長已經(jīng)超過10毫米，雖然我們將它稱作毫米波，但許多人認(rèn)為它更應(yīng)該劃入厘米波的范疇。毫米波曾是蠻荒之地，但現(xiàn)在它卻是通向5G最好的橋梁。

相較于LTE所采用的6GHz以下頻段，毫米波天生的技術(shù)優(yōu)勢讓人沒有再拒絕的可能。從帶寬來看，6GHz頻段以下的LTE最大可用帶寬僅為100MHz，這意味著數(shù)據(jù)速率至高只能滿足1Gbps的下行。但毫米波頻段移動應(yīng)用最大帶寬達(dá)到了400MHz，傳輸速率能夠達(dá)到10Gbps甚至更多，在以快為先的5G時(shí)代，這樣的帶寬表現(xiàn)才能滿足用戶的期待。

毫米波本身由于傳播距離比6GHz以下頻率更短，因此在整個(gè)傳播路徑下，它的定向性將會更具優(yōu)勢，這使得毫米波信號間受到干擾的可能性將會變得更小，傳播的精度有所提高。另外，窄波束本身由于傳播距離短，它被遠(yuǎn)距離截獲的可能性將變得更低，在通訊安全方面，也有著無可比擬的優(yōu)勢。

毫米波5G布局中的重要作用

在我國，《2019年全國無線電管理工作要點(diǎn)》明確，將會在2019年適時(shí)發(fā)布5G系統(tǒng)部分毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，引導(dǎo)5G系統(tǒng)毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這將利于支撐2019 年毫米波預(yù)商用試驗(yàn)及2020年毫米波大規(guī)模商業(yè)部署。

毫米波5G的高性能不止于帶寬、速率。3．5 GHz頻段的TDD 5G有著很好的時(shí)延表現(xiàn)（小于5毫秒），但還達(dá)不到極低時(shí)延，而毫米波5G的時(shí)延則可以做到1毫秒——由此，大規(guī)模開展一些新興移動通信服務(wù)（360°高／超高清視頻、行業(yè)應(yīng)用、FWA）所需的容量、帶寬、時(shí)延，只有24 GHz以上的毫米波5G系統(tǒng)才能夠提供。目前，Telia試驗(yàn)的毫米波5G應(yīng)用包括eSports、VR、對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量分析、為港口附近的游輪提供網(wǎng)絡(luò)接入等。

毫米波對于5G商用而言，是不可或缺的。這是全球所有移動通信運(yùn)營商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的共識。ITU召開的世界無線電通信大會（WRC－15）上，各國代表提出強(qiáng)烈要求把一些毫米波頻譜資源識別用于5G。WRC－15最后決議設(shè)立5G高頻段議題1．13，將針對24．25－86 GHz頻段內(nèi)的11個(gè)5G毫米波候選頻段開展研究，為5G及其演進(jìn)的未來發(fā)展尋找新的頻譜資源。這標(biāo)志著5G頻譜全面邁入毫米波時(shí)代。

從運(yùn)營商們發(fā)布的毫米波5G技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果看來，網(wǎng)絡(luò)吞吐、峰值速率、單用戶體驗(yàn)速率、時(shí)延等均能滿足ITU對于5G系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)要求。在進(jìn)行毫米波5G技術(shù)試驗(yàn)的過程中，運(yùn)營商、設(shè)備商、芯片商、測試測量廠商等逐漸形成共識未來的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須異構(gòu)多層且能支持全頻段接入的低頻、中頻、毫米波頻段無線協(xié)作組網(wǎng)。

毫米波現(xiàn)階段的難題

毫米波用在移動通信是5G的目標(biāo)，不過目前在技術(shù)上還有很多問題，穿透障礙物和反射的損耗太大，初期可用于室內(nèi)或沒有遮擋的固定無線寬帶接入上，能否廣泛用在手機(jī)上還看技術(shù)的進(jìn)步，估計(jì)要到五年以后。

由于面臨諸多技術(shù)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，很多人都認(rèn)為毫米波在移動終端和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用是不切實(shí)際且不可實(shí)現(xiàn)的。

①毫米波能量發(fā)散比較快，容易衰弱，無法傳播到很遠(yuǎn)；

②毫米波頻譜容易被樓宇、人體等阻擋、反射和折射；

③毫米波受限于很多空間因素，衰減非?？臁?/p>

④形成波束后，如果只有一個(gè)波束，波束的方向又不變，一旦手機(jī)的位置有變動，信號就無法傳到基站。

因此，波束必須要通過波束導(dǎo)向技術(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對象的方向。同時(shí)，手機(jī)持有者的位置不斷移動，基站相對于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術(shù)來時(shí)刻追蹤天線移動的位置，并讓波束做出相應(yīng)的調(diào)整。

我國布局的整體環(huán)境與現(xiàn)狀

我國5G初期會側(cè)重于使用中頻段完成5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模覆蓋，后期再開始建設(shè)毫米波網(wǎng)絡(luò)提升網(wǎng)絡(luò)容量，這種組網(wǎng)方式更符合我國的商業(yè)環(huán)境。目前，我國的高頻產(chǎn)業(yè)幾乎沒有，中頻的器件還算相對成熟，先在中頻商用會有利于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

中高頻器件主要是指工作在3GHz－6GHz以及6GHz頻段以上的濾波器、放大器、天線、射頻等器件，基站、終端設(shè)備需要依賴這些器件實(shí)現(xiàn)信號的接收、發(fā)射、處理。這一領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造、封裝等產(chǎn)業(yè)基本被美國、日本企業(yè)壟斷。中高頻器件產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)主要集中在軍工領(lǐng)域，由于存在一些軍民融合障礙，民用產(chǎn)業(yè)一直非常薄弱，而且長期面臨嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。國內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)、制造工藝、產(chǎn)能都比國外落后很多。

國內(nèi)5G器件，從2017年開始跟國內(nèi)終端企業(yè)對接，從前期的仿真，到現(xiàn)在不斷地測試、修改，現(xiàn)在兩年過去了，依然還停留在測試、修改階段，流程很漫長。并沒有哪個(gè)整機(jī)企業(yè)真的想下功夫打造一個(gè)能夠應(yīng)對制裁風(fēng)險(xiǎn)的供應(yīng)鏈體系。國產(chǎn)器件，還沒有給國產(chǎn)相應(yīng)的機(jī)會，尚未進(jìn)入供應(yīng)鏈體系。

毫米波未來發(fā)展預(yù)期

GSMA在2018年12月發(fā)布的報(bào)告《毫米波5G的社會經(jīng)濟(jì)效益（2020－2034年）》顯示，保守預(yù)計(jì)，2034年一年，全球2．2萬億美元的GDP中有5650億美元（約合人民幣3．8萬億元）將是由毫米波5G貢獻(xiàn)的——占到由（全頻譜）5G所創(chuàng)造價(jià)值的25％。

調(diào)研公司Reportlinker在3月中旬發(fā)布最新報(bào)告，預(yù)計(jì)2019－2027年全球毫米波技術(shù)市場將以30．64％的年復(fù)合增長率上升——其中主要驅(qū)動力之一是“毫米波5G的商用普及”。

預(yù)計(jì)從2017－2025年，毫米波5G無線單元的出貨量將呈快速增長態(tài)勢。2017年與2018年，毫米波5G都有出貨，從頻段（27．5－29．5 GHz）和時(shí)間點(diǎn)看來，估計(jì)很可能是Verizon基于其“V5G”技術(shù)規(guī)范在28 GHz頻段所部署的“5G”毫米波固定無線接入網(wǎng)；從2019年到2025年，毫米波5G網(wǎng)絡(luò)商用部署（符合3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)）將會快速鋪開。

總結(jié)

5G技術(shù)正將再一次推動全人類全產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，無論是工業(yè)領(lǐng)域還是普通人的生活，都將因此而改變。在頻譜資源進(jìn)一步被壓榨的當(dāng)下，毫米波技術(shù)最終也將登上歷史舞臺，承擔(dān)起提供更優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的重任。

雖然毫米波在各國商業(yè)路線分歧猶在，但毫米波終究會成為5G競爭的主戰(zhàn)場，而對我國而言，補(bǔ)齊中高頻尤其是毫米波產(chǎn)業(yè)的短板，也是我國增強(qiáng)5G產(chǎn)業(yè)競爭力的必經(jīng)之路。