我們知道 5G 已經(jīng)開始規(guī)模化商用，大家的目光開始投向 5G 下一個階段的關鍵技術，在這些關鍵技術中，毫米波成為了人們關注的焦點，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釋放 5G 關鍵潛能，實現(xiàn)業(yè)務體驗的革命性提升和千行百業(yè)的數(shù)字化轉型，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）

毫米波設計考量 （包括系統(tǒng)設計、手機設計以及射頻器件）

毫米波的技術演進及發(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，毫米波應運而生，毫米波以更高的頻段，有更大的帶寬，備受關注。

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，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 建設的節(jié)奏上明顯加快了步伐。

目前，在工信部的統(tǒng)一指導下，運營商也在積極推動 5G 毫米波的發(fā)展。例如，國內三大運營商和產(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。”

在研討會中，中國聯(lián)通研究院無線技術研究部副主任李福昌指出，隨著 5G 的發(fā)展，以及行業(yè)應用拓展，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，正帶動國內毫米波產(chǎn)業(yè)鏈加速發(fā)展；預計在 2021 年 6 月能夠完成冬奧場館設備部署。中國聯(lián)通將綜合運用毫米波等多種技術手段，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、高清轉播等各種新業(yè)務需求。

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 為基礎部署毫米波網(wǎng)絡，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，正在工程機調試或出樣階段，很快能夠投入市場，壯大毫米波陣營。

國內終端方面，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)。

毫米波設計考慮

毫米波技術：優(yōu)勢及不足

業(yè)界共識，隨著 5G 的發(fā)展，以及行業(yè)應用拓展，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)模天線技術是必選技術，針對毫米波的特性，需要將數(shù)字和模擬相結合起來混合復型，針對毫米波多天線技術做相關的系統(tǒng)設計，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)送相應的最低記錄，網(wǎng)絡設備根據(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，并且根據(jù)終端對波束測量的結果，不斷調整控制信道和應用信道的波束，從而基本實現(xiàn)毫米波工作的流程。

當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，數(shù)模轉化 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^在模擬端加入調幅和調相器件，就可以實現(xiàn)對于模擬預算數(shù)字疊加混合復型，經(jīng)過測試幾乎可以達到純數(shù)字復型相類似的性能，這樣可以使得毫米波的網(wǎng)絡設備成本和復雜度大幅度下降，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 技術也成了毫米波終端技術的主流。

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相對于 6GHz 以下的終端是最大的區(qū)別。

應用于毫米波射頻器件的技術與現(xiàn)狀：第三代半導體

GaN-on-Si 是一種材料，國內俗稱第三代半導體，或者它是第三代半導體的典型材料。

在本次在線技術分享會上，西安電子科技大學劉志宏教授為大家分享了 GaN 用于毫米波系統(tǒng)里面關鍵的射頻器件的技術及現(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用流程的圖，關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)點是熱導力比較好，質量比較高，缺點是成本比較高，尺寸也比較小。

氮化鎵技術的挑戰(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，國內的主要代表有三安、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，會導致很低的效率以及發(fā)熱會非常嚴重，也會導致手機生產(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，應該說業(yè)內主流的基本上還是調試為主，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，像結構、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?，F(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 是準確的，后面 PD 超不超標，分布式怎么樣，全部以仿真代替。

毫米波技術演進及發(fā)展前景

毫米波移動化：技術業(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，負責技術研發(fā)工作的高通工程技術高級總監(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，高通能夠實現(xiàn)超過 150 米的毫米波傳輸，這項技術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，意味著毫米波能夠實現(xiàn)與現(xiàn)有熱點和小基站的共址。同樣，如果有相關基礎設施設備，也可以實現(xiàn)與 Wi-Fi 共址。

另外一個關于毫米波的誤區(qū)是它只能夠實現(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 設計中，高通創(chuàng)新技術支持物理層信號能夠支持快速調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。高通還將這種轉換從基站內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鍵解決方案，能夠支持信道快速切換。

關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。可以說，高通已經(jīng)克服了毫米波在技術和商業(yè)化方面的諸多障礙，不僅僅提供調制解調器，還提供端到端的系統(tǒng)設計，在很多關鍵技術方面，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)絡進行，網(wǎng)絡設置包括一個 gNodeB 基站，三個射頻拉遠（RRH）和兩個中繼器。為了驗證毫米波調制解調器的性能，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，遙控無人機在園區(qū)內穿梭飛行。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)絡連接。

駱濤博士還表示，Ookla 基于其旗下 Speedtest 應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）高級標準化經(jīng)理王衛(wèi)也做了相關數(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，支持更多應用場景。5G Rel-17 目前僅處于初始階段，Rel-17 將引入低復雜度、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，充分利用全新頻譜資源。可以期待，在毫米波規(guī)?；逃煤螅?G 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備。不過從此次研討會的主辦方 GSMA 的相關預測來看，冬奧會只是毫米波在中國大展宏圖的開胃菜，更多應用場景和垂直行業(yè)將極大地受益于毫米波的應用，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)絡中的價值的預測，預計到 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)服務和金融服務占 12%，信息通信和貿易占 10%。
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