提起5G相比于4G的優(yōu)勢(shì)，不少人都可以說(shuō)出超高速（eMBB）、低時(shí)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(lái)談?wù)劄?G提供差異化體驗(yàn)的其中一些關(guān)鍵技術(shù)——毫米波（mmWave）。毫米波能夠帶來(lái)的大帶寬和高速率，為諸如高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、密集城區(qū)信息服務(wù)、工廠自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等業(yè)務(wù)提供了可能?？梢哉f(shuō)，毫米波的開(kāi)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(gè)廣闊的空間和無(wú)限的想象。

?正如一句諺語(yǔ)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(shì)，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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都沒(méi)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(dòng)終端通信。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)速和帶寬提出了更高的要求，因此近年來(lái)毫米波再次被拉回大眾視野。通過(guò)近幾年的技術(shù)突破，毫米波已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)化，并且運(yùn)用到了移動(dòng)終端領(lǐng)域。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，全球移動(dòng)芯片巨頭高通做出了突出的貢獻(xiàn)，并表示將在2019年實(shí)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(gè)頻段：Sub-6GHz與毫米波

都說(shuō)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(shuō)的毫米波。特指波長(zhǎng)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(guó)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(guò)退網(wǎng)將更好地頻段分給5G，但頻譜重耕將耗時(shí)耗力。

這個(gè)時(shí)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(dòng)用戶和運(yùn)營(yíng)商提供了大量可待開(kāi)發(fā)的頻率資源。大量可用的帶寬可用來(lái)實(shí)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(dòng)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(diǎn)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?cái)U(kuò)展到毫米波段。同時(shí)，為了適應(yīng)毫米波的大帶寬特征，5G定義了多個(gè)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(jì)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(jiǎn)短報(bào)告顯示，在2018年至2020年間，至少有33個(gè)國(guó)家和地區(qū)計(jì)劃發(fā)布毫米波5G網(wǎng)絡(luò)。早在2016年，美國(guó)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(jí)的頻段，并計(jì)劃于WRC-19前在歐洲范圍內(nèi)完成協(xié)調(diào)。

在中國(guó)，毫米波同樣被青眼相待。2017年6月，工信部無(wú)線電管理局公開(kāi)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(jiàn)。2017年7月，該部門批復(fù)新增5G技術(shù)試驗(yàn)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(yàn)。2019年2月，工信部無(wú)線電管理局發(fā)布《2019年全國(guó)無(wú)線電管理工作要點(diǎn)》。其中特別提到要適時(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。

打破毫米波的桎梏

與其他頻段相比，毫米波有一個(gè)巨大的劣勢(shì)即在傳播中衰減嚴(yán)重，因此在移動(dòng)通信領(lǐng)域里很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)毫米波的身影，毫米波只有在無(wú)線回傳、衛(wèi)星和雷達(dá)等少數(shù)固定場(chǎng)景中被用于實(shí)際部署當(dāng)中。

所謂“傳輸性能較差”可以分為三個(gè)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(huì)使毫米波信號(hào)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(duì)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(duì)于這些頻譜的吸收程度很高，比如這些頻譜在下雨時(shí)、穿過(guò)樹(shù)葉、人體時(shí)，衰弱的速度非常快。

因此，之前大多數(shù)人對(duì)于實(shí)現(xiàn)5G NR毫米波的商業(yè)化持懷疑態(tài)度，認(rèn)為在移動(dòng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的移動(dòng)通訊。毫無(wú)疑問(wèn)，毫米波確實(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)5G NR移動(dòng)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(dòng)性，并從那個(gè)時(shí)候起就堅(jiān)持專注于實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)毫米波商用。2017年初，高通在世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC）上展示了真實(shí)使用場(chǎng)景中的車輛與行人毫米波移動(dòng)性并支持基站間切換，證明毫米波的確可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)化。

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

針對(duì)毫米波的弱點(diǎn)，高通公司“對(duì)癥下藥”，主要通過(guò)以下幾個(gè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)毫米波在手機(jī)中的應(yīng)用。首先通過(guò)多波束技術(shù)應(yīng)對(duì)移動(dòng)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(duì)阻擋問(wèn)題，利用終端天線分集提升可靠性，并多次開(kāi)展室內(nèi)和室外的OTA測(cè)試進(jìn)行移動(dòng)性的驗(yàn)證。

為了應(yīng)對(duì)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(gè)模組里面，通過(guò)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(dòng)終端的全集成5G新空口（5G NR）毫米波天線模組系列—QTM052。這項(xiàng)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(shí)唯一一家能推出這樣產(chǎn)品的廠商。

僅僅用了幾個(gè)月的時(shí)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(dòng)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(guò)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(jì)，這和現(xiàn)在的4G手機(jī)的厚度基本一致。

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

可以說(shuō)，在移動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)，可能需要上百個(gè)不同的器件，絕大部分的手機(jī)廠商還沒(méi)有具備實(shí)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(shí)間，同時(shí)也推動(dòng)了毫米波在移動(dòng)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(diǎn)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?cè)趽頂D場(chǎng)所中（如會(huì)議中心、音樂(lè)廳和體育館）對(duì)光纖般無(wú)線寬帶接入的爆炸性需求。通過(guò)利用毫米波的大帶寬和高空間復(fù)用增益，運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)供應(yīng)商可快速地將高速率（多Gbps級(jí)）、低時(shí)延連接提供給大量用戶。

另一個(gè)用例是室內(nèi)私有企業(yè)場(chǎng)景。高通在今年2月19日宣布推出全新端到端OTA 5G測(cè)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(duì)室內(nèi)場(chǎng)館和企業(yè)部署。

在近日召開(kāi)的2019年MWC大會(huì)上，高通展示了面向室內(nèi)用例部署5G NR毫米波的優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)景，兩個(gè)場(chǎng)景分別是企業(yè)私有網(wǎng)絡(luò)和高密度的場(chǎng)館。系統(tǒng)模擬是對(duì)室內(nèi)毫米波OTA測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，顯示了室內(nèi)毫米波部署帶來(lái)的用戶體驗(yàn)，包括為智能手機(jī)、筆記本電腦和其他聯(lián)網(wǎng)終端帶來(lái)高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時(shí)延的連接。

未來(lái)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(wú)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(kāi)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(chǎng)館、步行街、廣場(chǎng)等場(chǎng)景需求，同時(shí)還可能有一些沒(méi)有出現(xiàn)的、充滿想象空間的用例潛伏待發(fā)。?