我們知道 5G 已經(jīng)開始規(guī)?；逃?，大家的目光開始投向 5G 下一個階段的關(guān)鍵技術(shù)，在這些關(guān)鍵技術(shù)中，毫米波成為了人們關(guān)注的焦點，這不僅因為其具有高帶寬、低時延等優(yōu)勢，更因為其能在更大范圍內(nèi)釋放 5G 關(guān)鍵潛能，實現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗的革命性提升和千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，真正實現(xiàn) 5G 改變生活、改變社會。

以下我們將分三個部分介紹給大家

毫米波市場解讀（包括全球及中國）

毫米波設(shè)計考量 （包括系統(tǒng)設(shè)計、手機設(shè)計以及射頻器件）

毫米波的技術(shù)演進及發(fā)展前景

毫米波市場解讀

全球部署情況：120+運營商投資毫米波

5G 的速率和容量比 4G 有 10 倍以上的提升。為了滿足 5G 的需求，擴展工作帶寬是最簡單、最高效的方法。但是，大家都知道，6GHz 以下的頻譜已經(jīng)非常緊張，很難找到適合 5G 工作大帶寬的工作頻譜。在國際上除了中國之外，很少有國家能在 6GHz 以下為運營商分配在 100M 以上連續(xù)的頻譜。在這樣的背景下，毫米波應(yīng)運而生，毫米波以更高的頻段，有更大的帶寬，備受關(guān)注。

2019 年世界無線電大會上，毫米波取得了突破性的進展，這次大會完成了 17.25GHz 毫米波的劃分，包括 24.25-27.5GHz，以及 37-37.5GHz 全球 MT 的劃分；還包含 45.5-47GHz，以及 66-71GHz 區(qū)域劃分。這些頻譜的劃分給了產(chǎn)業(yè)界清晰的指導(dǎo)，極大地鼓舞了產(chǎn)業(yè)界對毫米波的信心，使得毫米波的發(fā)展又往前邁進一大步。

毫米波在全球范圍內(nèi)也取得了比較可喜的商業(yè)化的進展，根據(jù) 2020 年 8 月份的數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)有 22 家運營商在全球范圍內(nèi)部署了毫米波 5G 系統(tǒng)，走在前面的包括美國、日本和韓國。此外，超過 120 家運營商正在積極投資毫米波。

美國除了在 24GHz 與 28GHz 部署商業(yè)網(wǎng)絡(luò)之外，也在考慮 26GHz 商業(yè)化的情況，并且也在積極推進 37GHz 和 39GHz 的商業(yè)化準(zhǔn)備工作，為毫米波的后續(xù)發(fā)展提供了充足的資源。除美國外，日本每個運營商 400M，采用 27.4-29.5GHz。韓國是大帶寬的應(yīng)用，每個運營商分配了 800M 的頻率，包括 SK、KT 歐盟是分階段的過程，優(yōu)先采用 24.25-27.5G 的頻段，頻率分配上比較小。意大利有 5 個運營商分配毫米波毫米波頻譜，每個運營商分配了 200M。德國包括英國也在積極推進毫米波的部署計劃。

中國毫米波發(fā)展：全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)力，漸入佳境

總體來看，在毫米波頻率的分配和使用上，歐美國家比我們國家要先行一步，不過 5G 屬于新基建重要一環(huán)，特別是今年新基建戰(zhàn)略政策發(fā)布之后，三個運營商在 5G 建設(shè)的節(jié)奏上明顯加快了步伐。

目前，在工信部的統(tǒng)一指導(dǎo)下，運營商也在積極推動 5G 毫米波的發(fā)展。例如，國內(nèi)三大運營商和產(chǎn)業(yè)界正在一起進行毫米波的外場測試。中國移動研究院無線和終端技術(shù)研究所副所長李男也在此次研討會的演講中分享了測試進展，并表示：“測試的結(jié)果跟理論的分析數(shù)值還是比較吻合的，有效提升了行業(yè)對毫米波的信心?！?/p>

在研討會中，中國聯(lián)通研究院無線技術(shù)研究部副主任李福昌指出，隨著 5G 的發(fā)展，以及行業(yè)應(yīng)用拓展，通信頻段必然向毫米波方向發(fā)展。他還分享了中國聯(lián)通的 5G 毫米波發(fā)展規(guī)劃，中國聯(lián)通正在通過開展冬奧場景的毫米波試點驗證，正帶動國內(nèi)毫米波產(chǎn)業(yè)鏈加速發(fā)展；預(yù)計在 2021 年 6 月能夠完成冬奧場館設(shè)備部署。中國聯(lián)通將綜合運用毫米波等多種技術(shù)手段，打造超大帶寬，無線場館，滿足冬奧會的連接需求，包括為熱點區(qū)域提供綜合解決方案，解決類似于 4K/8K、高清轉(zhuǎn)播等各種新業(yè)務(wù)需求。

中國移動李男還表示，我們認為在毫米波會在 2022 年具備規(guī)模商用的能力，SA 的架構(gòu)非常成熟了，而且已經(jīng)經(jīng)過商用的檢驗了，我們希望那個時候可以以 SA 為基礎(chǔ)部署毫米波網(wǎng)絡(luò)，這樣對運營商來說是比較好的也是比較簡單的選擇。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，主流的設(shè)備廠商都有毫米波的產(chǎn)品，而且基本上都支持 800M 的帶寬。

芯片廠商方面，高通是發(fā)力最早的，已有多代商用毫米波天線模組產(chǎn)品，能夠支持毫米波全頻段。其他廠商發(fā)布的海思 Balong 5000、三星 Exynos 5123、聯(lián)發(fā)科 Helio M80 等系列芯片也能夠支持毫米波，正在工程機調(diào)試或出樣階段，很快能夠投入市場，壯大毫米波陣營。

國內(nèi)終端方面，中興、一加、移遠等廠商分別推出了支持毫米波能力的移動熱點、手機、模組等產(chǎn)品，一加 8 毫米波版也在今年 4 月于北美市場上市。

總體來說，在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的努力下，國內(nèi)毫米波發(fā)展正漸入佳境，蓄力等待突破和爆發(fā)。

毫米波設(shè)計考慮

毫米波技術(shù)：優(yōu)勢及不足

業(yè)界共識，隨著 5G 的發(fā)展，以及行業(yè)應(yīng)用拓展，通信頻段必然向毫米波方向發(fā)展。毫米波本身而言，最大的優(yōu)勢就是頻段資源非常豐富，毫米波的帶寬能達到 400M 甚至 800M，無線的傳輸速度達到 10Gbps。毫米波由于天線小，因此空間分布能力非常強。帶寬大，3.5G 的 4 倍，由此產(chǎn)生的空口時延小，為高可靠、低時延業(yè)務(wù)的開展提供了天然的優(yōu)勢。

總體來看，毫米波本身有優(yōu)勢還有一些不足，例如路損大，覆蓋比較差，穿透損耗大等。毫米波在傳播過程中，容易受到遮擋，很難穿透。最明顯的可以看到在混凝土的場景里面，穿透損耗達到 109db。

毫米波本身頻率比較高，器件的尺寸非常小，因此可以通過更大規(guī)模的部署天線在一定程度上減少前面所說的問題。特別是天線做的比較多，因此波束可以做的比較窄，通過窄波束，一定程度上可以彌補由于頻率過高導(dǎo)致的傳播損耗和穿透損耗，這是毫米波本身的特點。

系統(tǒng)設(shè)計考慮：實例講解

因為毫米波工作頻段非常高，傳播損耗和穿透損耗非常高，大規(guī)模天線技術(shù)是必選技術(shù)，針對毫米波的特性，需要將數(shù)字和模擬相結(jié)合起來混合復(fù)型，針對毫米波多天線技術(shù)做相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計，包括大帶寬，載波聚合可以支持 800GHz 甚至更高的帶寬，為了滿足部署需求，最大間隔可以支持到 120KHz，為了降低毫米波工作頻段高導(dǎo)致的相對噪聲高的困難，3GPP 也制定了 PTR 參考信號，可以利用它去校正毫米波噪聲。

下面列了一個示意圖，包括毫米波基站在最初的時候去下發(fā)同步和廣播信號，終端去檢索 SSB，并且發(fā)送相應(yīng)的最低記錄，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)發(fā)送的上線最低記錄去判斷使用的波束，發(fā)送最低記錄相應(yīng)，并且根據(jù)終端對波束測量的結(jié)果，不斷調(diào)整控制信道和應(yīng)用信道的波束，從而基本實現(xiàn)毫米波工作的流程。

當(dāng)毫米波傳播損耗比低頻高 20-30GHz，為了保證覆蓋范圍，要大幅度增加天線的數(shù)目，可能到 10 倍或者 100 倍的量級。由于半導(dǎo)體本身原因，毫米波頻段器件單路很難支撐較大的功率。同時，毫米波也會通過波束掃描的方式實現(xiàn)用戶的接入，為了保證波束配置的靈活性和波束的分辨率，需要一定數(shù)目的具有調(diào)控能力的通道。由于毫米波工作帶寬達到 400GHz 甚至更大，如果采用傳統(tǒng) 6GHz 架構(gòu)，數(shù)模轉(zhuǎn)化 ADDA 還有 IFT，容量要求會非常高，會造成毫米波成本、體積和功耗提升，就會限制產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

因此，業(yè)界也針對毫米波特性提出來適合毫米波的數(shù)?；旌系姆桨浮Ｍㄟ^在模擬端加入調(diào)幅和調(diào)相器件，就可以實現(xiàn)對于模擬預(yù)算數(shù)字疊加混合復(fù)型，經(jīng)過測試幾乎可以達到純數(shù)字復(fù)型相類似的性能，這樣可以使得毫米波的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本和復(fù)雜度大幅度下降，對未來毫米波產(chǎn)業(yè)化起到非常好的促進作用。

終端架構(gòu)的變化，與 6GHz 低頻相比，毫米波頻率上升到 24GHz 以上，終端射頻的器件包括天線尺寸都會大幅下降，這樣就有機會能將射頻前端包括濾波器等元件，跟天線集成封裝到一個模組里面，封裝天線的 AIP 技術(shù)也成了毫米波終端技術(shù)的主流。

目前業(yè)界普遍認為毫米波的工作頻率較高，終端實現(xiàn)能力的問題是需要有中頻的模塊去實現(xiàn)變頻的，這樣可以看出來這兩點是毫米波終端的架構(gòu)相對于 6GHz 以下的終端是最大的區(qū)別。

應(yīng)用于毫米波射頻器件的技術(shù)與現(xiàn)狀：第三代半導(dǎo)體

GaN-on-Si 是一種材料，國內(nèi)俗稱第三代半導(dǎo)體，或者它是第三代半導(dǎo)體的典型材料。

在本次在線技術(shù)分享會上，西安電子科技大學(xué)劉志宏教授為大家分享了 GaN 用于毫米波系統(tǒng)里面關(guān)鍵的射頻器件的技術(shù)及現(xiàn)狀。射頻芯片是無線系統(tǒng)的核心器件之一。從成本角度、功能角度來講也是非常重要的一部分。

上面這個圖是射頻器件應(yīng)用流程的圖，關(guān)于射頻器件的材料經(jīng)歷了三代，目前，氮化鎵逐漸成為市場的主流。氮化鎵材料有很多優(yōu)點，各個參數(shù)方面都表現(xiàn)出很強的優(yōu)勢。氮化鎵是半導(dǎo)體材料，目前在 LED，發(fā)光方面有很廣泛的用處，在射頻器件角度，氮化鎵材料的器件主要用在硅的襯底上其優(yōu)點是熱導(dǎo)力比較好，質(zhì)量比較高，缺點是成本比較高，尺寸也比較小。

氮化鎵技術(shù)的挑戰(zhàn)有幾點，一個是熱阻比較高，對于大功率或者特別大功率的功放，氮化鎵散熱性比較差。另一點是射頻損耗會高一點，射頻損耗在頻率比較低的時候影響沒有那么大，但在頻率比較高的時候比較明顯。

基于氮化鎵做的商品目前并不是很多，市場上主要是碳化硅氮化鎵，目前只有兩三家公司有現(xiàn)成的商品，一個是美國的 Macom，歐洲的 Ommic。另外正在開發(fā)一些公司就比較多了，國外有英特爾、TSMC 傳統(tǒng)做硅的公司都在開發(fā)氮化鎵的技術(shù)，國內(nèi)的主要代表有三安、英諾賽科。

把毫米波放到手機里：挑戰(zhàn)與解法

業(yè)界消息，近期蘋果很快會發(fā)布支持毫米波的手機了。前文介紹了，國內(nèi)有一家企業(yè)比蘋果還早，就做出了毫米波的手機，就是一加手機。在研討會上，一加手機高級無線工程師鐘永衛(wèi)先生系統(tǒng)性地介紹了一加是如何把毫米波裝進智能終端。

如果把毫米波放到手機里面，主要會有以下三個挑戰(zhàn)。第一個是路損比較高，覆蓋范圍受限。特別是手機采用傳統(tǒng)的天線形式，覆蓋范圍應(yīng)該說會小于 3G 的 1/8 以上，這也是大問題，連接性會受到很大的傷害。第二個是如果手機上采用傳統(tǒng)的天線和芯片分離，會導(dǎo)致很低的效率以及發(fā)熱會非常嚴重，也會導(dǎo)致手機生產(chǎn)成本的提高和制造工藝難度的加大。第三個是毫米波很容易受物體遮擋，特別是對手機來講，不僅有建筑，還要考慮手或者人體的遮擋。

接下來看一下一加的解決方案是怎么樣的，針對高路損和插損，商用平臺是以 AIP+中頻線實現(xiàn)的。

首先，如果采用 AIP 的形式，將單獨的移動天線更換成定向的天線可以減少一部分路損。

其次，毫米波想部署在手機上，只能非常貼近于基站，部署會受到很大限制。為了靈活把模組 AIP 部署到手機上面來，就需要進行了二次變頻，把毫米波轉(zhuǎn)到中頻，需要一條低損耗的中頻的傳輸線，這樣毫米波能比較靈活的部署在手機終端上。

針對定向跟容易受到物體阻擋這一問題解決方案是上多個模組+波束掃描 / 跟蹤。在手機上布局多個模組，能夠保證在手機被覆蓋的情況下，至少有一顆模組還可以能工作。這個布局是針對用戶的習(xí)慣，單手握、雙手握來優(yōu)化的。

開發(fā)的過程中，毫米波手機仿真會變得非常重要，對于傳統(tǒng)頻段的天線來講，應(yīng)該說業(yè)內(nèi)主流的基本上還是調(diào)試為主，毫米波是一定要從仿真開始，并且一直貫穿了整個研發(fā)的過程。在 Sub6 頻段，試驗還是占主導(dǎo)地位。毫米波頻段，仿真的重要性非常高，不僅是堆疊天線的時候要用到仿真，模組放到手機里面，會有太多因素影響性能，像結(jié)構(gòu)、材料、表面工藝都會對它有很大的影響，只有用仿真才能比較快速的跟上開發(fā)的節(jié)奏。

不僅在設(shè)計階段，哪怕在認證階段，仿真也會非常重要。以 FCC 認證為例，如果做 PD，也就是毫米波的電磁輻射是否超標(biāo)認證，如果以試驗為主，大概有 100 個，要測試三個面，每個面測兩個小時，時間和成本都會是天文數(shù)字。現(xiàn)在采用的方法，F(xiàn)CC 認可的方法以仿真為主，第一步是證明仿真的 PD 是準(zhǔn)確的，后面 PD 超不超標(biāo)，分布式怎么樣，全部以仿真代替。

毫米波技術(shù)演進及發(fā)展前景

毫米波移動化：技術(shù)業(yè)經(jīng)驗證，不斷演進

一加手機正是采用了高通的毫米波解決方案，在研討會上，負責(zé)技術(shù)研發(fā)工作的高通工程技術(shù)高級總監(jiān)駱濤博士，簡要介紹了高通聯(lián)合業(yè)界在 5G 毫米波移動化上所做的努力、取得的成果。

通過先進的波束成形技術(shù)，高通能夠?qū)崿F(xiàn)超過 150 米的毫米波傳輸，這項技術(shù)不僅通過仿真實驗得到了驗證，而且在外場測試中也得到了驗證，意味著毫米波能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)有熱點和小基站的共址。同樣，如果有相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，也可以實現(xiàn)與 Wi-Fi 共址。

另外一個關(guān)于毫米波的誤區(qū)是它只能夠?qū)崿F(xiàn)視距傳輸和固定傳輸，而事實是 5G NR 能夠提供解決方案。5G 設(shè)計中，高通創(chuàng)新技術(shù)支持物理層信號能夠支持快速調(diào)整和切換附近的波束，這樣就可以很好地利用多路徑和反射。如果一個傳輸路徑被手部或身體其它部位遮擋，通過激活手機上的另一個模塊就可以快速找到一條新的傳輸路徑。高通還將這種轉(zhuǎn)換從基站內(nèi)擴展到不同基站之間，這意味著毫米波傳輸在不同基站之間的切換也能夠快速實現(xiàn)。這是毫米波的一個關(guān)鍵解決方案，能夠支持信道快速切換。

關(guān)于支持毫米波的終端尺寸，很多人也存在誤解。高通率先商用的毫米波模組，在非常緊湊的尺寸中集成了天線、射頻前端、收發(fā)器。一部手機可以采用多個這樣的毫米波模組，不僅滿足智能手機緊湊纖薄的設(shè)計需求，同時滿足功耗需求并提供最大化的性能。比如，一加推出的毫米波手機將厚度做到了 8 毫米?？梢哉f，高通已經(jīng)克服了毫米波在技術(shù)和商業(yè)化方面的諸多障礙，不僅僅提供調(diào)制解調(diào)器，還提供端到端的系統(tǒng)設(shè)計，在很多關(guān)鍵技術(shù)方面，例如毫米波，都建立了先進的原型系統(tǒng)，對其實際性能進行驗證。

針對通信極端情況，高通還在美國圣迭戈市進行了 5G 毫米波 OTA 外場測試的場景。該測試基于 28GHz 頻段 800MHz 帶寬的毫米波網(wǎng)絡(luò)進行，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置包括一個 gNodeB 基站，三個射頻拉遠（RRH）和兩個中繼器。為了驗證毫米波調(diào)制解調(diào)器的性能，實驗人員將手機放置于極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，例如人流量大且有人群阻擋的場景下測試。另一個極端測試環(huán)境是，將手機固定在無人機上，遙控?zé)o人機在園區(qū)內(nèi)穿梭飛行。得益于先進的波束管理算法，即使在以上種種極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境下，手機仍然能夠保持高速網(wǎng)絡(luò)連接。

駱濤博士還表示，Ookla 基于其旗下 Speedtest 應(yīng)用的大量用戶實測數(shù)據(jù)顯示，搭載驍龍移動平臺的 5G 毫米波終端，峰值速率超過 2Gbps，更重要的是在非常重要的平均下載速率這一 KPI 上，毫米波超過 900Mbps，而 Sub-6GHz 僅為 225Mbps。

愛立信（中國）高級標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)理王衛(wèi)也做了相關(guān)數(shù)據(jù)測試分享：第一個，愛立信在印尼做的，主要體現(xiàn)毫米波的速度，下載速度可以達到 400M 的時候，5Gbps。第二個，在東京測的實際的測試數(shù)據(jù)，測試一個街道的覆蓋，有一個車，做不停的高清視頻的下載。同時這個車在街道上做大概 60 公里的運動，能夠在大概 4、5 個站能覆蓋 4 個街區(qū)，能保持整個下載速度流暢，這體現(xiàn)了毫米波在城市里面的應(yīng)用。第三個，愛立信在研發(fā)中心做了比較深入的覆蓋，現(xiàn)在在室內(nèi)可以做到 40 個 dbmEIRP 基站的情況下，覆蓋 200 多平米的辦公區(qū)域，做到無死角，包括在口袋、辦公桌下面，都可以做到手機無死角的狀態(tài)。

事實上，隨著 5G 的演進，毫米波還將獲得更強的能力，支持更多應(yīng)用場景。5G Rel-17 目前僅處于初始階段，Rel-17 將引入低復(fù)雜度、高可靠性的 5G NR 產(chǎn)品，將助力毫米波擴展至全新的終端類型，帶來卓越速度和無限容量的同時支持增強體驗。Rel-17 將賦能更多全新服務(wù)，充分利用全新頻譜資源?？梢云诖?，在毫米波規(guī)?；逃煤?，5G 的全部能力才將得到充分釋放。

發(fā)展前景：1040 億經(jīng)濟價值

前文已經(jīng)提到，中國聯(lián)通正積極面向冬奧會毫米波部署做準(zhǔn)備。不過從此次研討會的主辦方 GSMA 的相關(guān)預(yù)測來看，冬奧會只是毫米波在中國大展宏圖的開胃菜，更多應(yīng)用場景和垂直行業(yè)將極大地受益于毫米波的應(yīng)用，毫米波將在中國創(chuàng)造極大經(jīng)濟價值。

根據(jù) GSMA 的研究報告對毫米波在 5G 網(wǎng)絡(luò)中的價值的預(yù)測，預(yù)計到 2034 年，5G 毫米波將創(chuàng)造 5650 億美元的 GDP，并產(chǎn)生 1520 億美元的稅收，占到 5G 創(chuàng)造總價值的 25%。

中國則是毫米波的主戰(zhàn)場之一。預(yù)計到 2034 年，在中國使用毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟收益將產(chǎn)達約 1040 億美元。其中，垂直行業(yè)領(lǐng)域中的制造業(yè)和水電等公用事業(yè)占貢獻總數(shù)的 62%，專業(yè)服務(wù)和金融服務(wù)占 12%，信息通信和貿(mào)易占 10%。
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