提起5G相比于4G的優(yōu)勢，不少人都可以說出超高速（eMBB）、低時延（URLLC）和高密度（massive IoT）三大特征。但你知道，是哪些技術(shù)在背后提供支持？今天，我們來談?wù)劄?G提供差異化體驗的其中一些關(guān)鍵技術(shù)——毫米波（mmWave）。毫米波能夠帶來的大帶寬和高速率，為諸如高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實、密集城區(qū)信息服務(wù)、工廠自動化控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等業(yè)務(wù)提供了可能。可以說，毫米波的開發(fā)利用，為5G應(yīng)用在Sub-6的服務(wù)基礎(chǔ)上，提供了另一個廣闊的空間和無限的想象。

?正如一句諺語所述——任何事物都有兩面性。雖然毫米波能夠提供超高速率，但毫米波也有著天然的劣勢，其傳輸損耗較高，且易受建筑、人、植物，甚至是雨滴的阻礙影響。這導(dǎo)致在毫米波“誕生”之后的很長一段時間內(nèi)，都沒有得到重視，業(yè)界更有很多人認(rèn)為毫米波難以適用于移動終端通信。

隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對網(wǎng)速和帶寬提出了更高的要求，因此近年來毫米波再次被拉回大眾視野。通過近幾年的技術(shù)突破，毫米波已經(jīng)成功的實現(xiàn)了移動化，并且運(yùn)用到了移動終端領(lǐng)域。在這個過程當(dāng)中，全球移動芯片巨頭高通做出了突出的貢獻(xiàn)，并表示將在2019年實現(xiàn)用于手機(jī)的5G NR毫米波的商業(yè)化。

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5G的兩個頻段：Sub-6GHz與毫米波

都說5G商用，頻譜先行。根據(jù)3GPP規(guī)定，5G NR（全球性5G標(biāo)準(zhǔn)）主要使用兩段頻率：FR1頻段和FR2頻段。FR1頻段的頻率范圍是450MHz—6GHz，又叫Sub-6GHz頻段；FR2頻段的頻率范圍是24.25GHz—52.6GHz，就是人們口中所說的毫米波。特指波長為1～10毫米的電磁波。

2G、3G和4G使用的頻段大都在Sub-6GHz，比如中國4G網(wǎng)絡(luò)中使用的頻率大多為700MHz-2.6GHz之間。要知道，頻譜是不可再生資源，Sub-6GHz中優(yōu)質(zhì)的頻段已經(jīng)幾乎被瓜分殆盡，留給5G的6GHz以下的頻段已經(jīng)很少了，雖然可以通過退網(wǎng)將更好地頻段分給5G，但頻譜重耕將耗時耗力。

這個時候，毫米波頻段又重新回到了行業(yè)的視野當(dāng)中。毫米波給移動用戶和運(yùn)營商提供了大量可待開發(fā)的頻率資源。大量可用的帶寬可用來實現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)速率并顯著提高容量，在毫米波頻段，移動應(yīng)用可最多使用400MHz帶寬，峰值數(shù)據(jù)速率高達(dá)10Gbps甚至20Gbps。

不僅如此，毫米波還與5G其它新技術(shù)的引入密切相關(guān)。3GPP規(guī)定5G NR繼續(xù)使用OFDM技術(shù)，因此相比4G而言，5G最大的亮點之一就在于毫米波的引入。比如新的numerology（子載波間隔等）、LDPC/Polar碼等技術(shù)都是為了讓OFDM技術(shù)能更好地擴(kuò)展到毫米波段。同時，為了適應(yīng)毫米波的大帶寬特征，5G定義了多個子載波間隔，其中較大的子載波間隔（60KHz和120KHz）就是專門為毫米波設(shè)計的。massive?MIMO技術(shù)也是為毫米波而量身定制。因此，5G 也被稱業(yè)界為“擴(kuò)展到毫米波的增強(qiáng)型4G/LTE”。

根據(jù)GSMA發(fā)布了一份有關(guān)“毫米波5G”發(fā)展現(xiàn)狀的簡短報告顯示，在2018年至2020年間，至少有33個國家和地區(qū)計劃發(fā)布毫米波5G網(wǎng)絡(luò)。早在2016年，美國就率先發(fā)布了5G毫米波頻率規(guī)劃方案，歐盟也已經(jīng)將24.25-27.5GHz作為5G毫米波最高優(yōu)先級的頻段，并計劃于WRC-19前在歐洲范圍內(nèi)完成協(xié)調(diào)。

在中國，毫米波同樣被青眼相待。2017年6月，工信部無線電管理局公開征集24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波頻段5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見。2017年7月，該部門批復(fù)新增5G技術(shù)試驗用頻：批復(fù)4.8-5.0GHz、24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz頻段用于5G技術(shù)研發(fā)試驗。2019年2月，工信部無線電管理局發(fā)布《2019年全國無線電管理工作要點》。其中特別提到要適時發(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。

打破毫米波的桎梏

與其他頻段相比，毫米波有一個巨大的劣勢即在傳播中衰減嚴(yán)重，因此在移動通信領(lǐng)域里很長的一段時間內(nèi)都沒有出現(xiàn)過毫米波的身影，毫米波只有在無線回傳、衛(wèi)星和雷達(dá)等少數(shù)固定場景中被用于實際部署當(dāng)中。

所謂“傳輸性能較差”可以分為三個層面去理解。第一、路勁損耗嚴(yán)重。毫米波的頻譜的能量發(fā)散比較快，容易衰弱，因此傳播距離很短。第二、這些頻譜容易受樓宇、人體等的影響，這些因素的共同作用，會使毫米波信號受到衰減、散射、改變極化和傳播路徑，進(jìn)而在毫米波系統(tǒng)中引進(jìn)新的噪聲，諸多因素對毫米波系統(tǒng)的工作造成極大影響。第三，毫米波易受限于很多空間因素，其中水分子對于這些頻譜的吸收程度很高，比如這些頻譜在下雨時、穿過樹葉、人體時，衰弱的速度非常快。

因此，之前大多數(shù)人對于實現(xiàn)5G NR毫米波的商業(yè)化持懷疑態(tài)度，認(rèn)為在移動設(shè)備形態(tài)——如智能手機(jī)中難以克服這些高頻段的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)穩(wěn)健的移動通訊。毫無疑問，毫米波確實有局限性，主要是在覆蓋面積和傳播性方面，但高通已一步步突破技術(shù)障礙，逐步推動實現(xiàn)5G NR移動毫米波商用。

早在2015年年底，高通就首次展示了穩(wěn)健的非視距毫米波移動性，并從那個時候起就堅持專注于實現(xiàn)5G移動毫米波商用。2017年初，高通在世界移動通信大會（MWC）上展示了真實使用場景中的車輛與行人毫米波移動性并支持基站間切換，證明毫米波的確可以實現(xiàn)移動化。

高通的展示讓業(yè)界看到了毫米波商用的曙光。同時，高通也積極推動將毫米波應(yīng)用到手機(jī)之中，也就是說，讓智能手機(jī)也能運(yùn)行在5G毫米波頻段了。

針對毫米波的弱點，高通公司“對癥下藥”，主要通過以下幾個方式來實現(xiàn)毫米波在手機(jī)中的應(yīng)用。首先通過多波束技術(shù)應(yīng)對移動性挑戰(zhàn)，改善覆蓋、穩(wěn)健性和非視距運(yùn)行，其次利用路徑分集應(yīng)對阻擋問題，利用終端天線分集提升可靠性，并多次開展室內(nèi)和室外的OTA測試進(jìn)行移動性的驗證。

為了應(yīng)對5G新空口毫米波手機(jī)的射頻復(fù)雜性，高通更進(jìn)一步，將天線、射頻前端、收發(fā)器和放大器等都整合到一個模組里面，通過提前做好這些元器件的調(diào)整工作讓它們相互協(xié)同并將尺寸壓縮到極致。

2018年7月高通發(fā)布了全球首款面向智能手機(jī)和其他移動終端的全集成5G新空口（5G NR）毫米波天線模組系列—QTM052。這項研究成果的發(fā)布被稱為創(chuàng)造了“將不可能變?yōu)榭赡堋钡钠孥E。高通也是當(dāng)時唯一一家能推出這樣產(chǎn)品的廠商。

僅僅用了幾個月的時間，在2019年2月，高通又發(fā)布了第二代5G射頻前端解決方案，這次推出的的產(chǎn)品是一套完整的可與驍龍X55 5G調(diào)制解調(diào)器搭配使用的射頻解決方案，可支持6GHz以下頻段和毫米波頻段的高性能5G移動終端提供從調(diào)制解調(diào)器到天線的完整系統(tǒng)。全新發(fā)布的射頻前端解決方案包括高通QTM525 5G毫米波天線模組，通過降低模組高度可支持厚度不到8毫米的纖薄5G智能手機(jī)設(shè)計，這和現(xiàn)在的4G手機(jī)的厚度基本一致。

同時，在上一代產(chǎn)品已支持的n257（28GHz）、n260（39GHz）與n261（美國28GHz）頻段的基礎(chǔ)之上，新模組針對北美、歐洲和澳大利亞還增加了對n258（26GHz）頻段的支持。

可以說，在移動終端中使用毫米波模組化的解決方案必不可少。如果用離散的器件來實現(xiàn)，可能需要上百個不同的器件，絕大部分的手機(jī)廠商還沒有具備實現(xiàn)和優(yōu)化離散式器件的能力，而高通已經(jīng)提前把這些器件都整合完備，降低OEM廠商研發(fā)的難度，縮短其產(chǎn)品的上市時間，同時也推動了毫米波在移動終端領(lǐng)域的商用。

探索5G毫米波新用例

除了將毫米波用于熱點區(qū)域的覆蓋之外，高通還在不斷探索毫米波的新型用例。其中之一是將毫米波引入室內(nèi)，以滿足人們在擁擠場所中（如會議中心、音樂廳和體育館）對光纖般無線寬帶接入的爆炸性需求。通過利用毫米波的大帶寬和高空間復(fù)用增益，運(yùn)營商和服務(wù)供應(yīng)商可快速地將高速率（多Gbps級）、低時延連接提供給大量用戶。

另一個用例是室內(nèi)私有企業(yè)場景。高通在今年2月19日宣布推出全新端到端OTA 5G測試網(wǎng)絡(luò)，面向毫米波和6GHz以下頻段。其中包括了位于新澤西州的5G NR室內(nèi)毫米波OTA網(wǎng)絡(luò)，專門針對室內(nèi)場館和企業(yè)部署。

在近日召開的2019年MWC大會上，高通展示了面向室內(nèi)用例部署5G NR毫米波的優(yōu)勢的場景，兩個場景分別是企業(yè)私有網(wǎng)絡(luò)和高密度的場館。系統(tǒng)模擬是對室內(nèi)毫米波OTA測試網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，顯示了室內(nèi)毫米波部署帶來的用戶體驗，包括為智能手機(jī)、筆記本電腦和其他聯(lián)網(wǎng)終端帶來高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時延的連接。

未來5G毫米波的用例將非常廣泛，正如高通展示的那樣，毫米波的大帶寬特性可以用于室內(nèi)外覆蓋。此外毫米波還可用于固定無線寬帶接入業(yè)務(wù)，滿足典型如4K、8K電視的傳輸需求，滿足市郊居民區(qū)的視頻需求；開闊環(huán)境eMBB業(yè)務(wù)，還能滿足HD、UHD視頻以及圖片視頻共享等業(yè)務(wù)，滿足場館、步行街、廣場等場景需求，同時還可能有一些沒有出現(xiàn)的、充滿想象空間的用例潛伏待發(fā)。?