根據(jù)預(yù)測(cè)，到今年年底，國內(nèi) 5G 基站的數(shù)量將可能達(dá)到 70 萬個(gè)。
就在 5G 建設(shè)如火如荼的同時(shí)，隨著 R16 版本的凍結(jié)，人們逐漸將關(guān)注目光放在 5G 下一階段關(guān)鍵技術(shù)上。這其中，就包括號(hào)稱 5G 殺手锏的毫米波技術(shù)。
我們知道，3GPP 定義的 5G 無線電頻段范圍有 2 個(gè)，分別為 FR1 頻段和 FR2 頻段。
早期的時(shí)候，F(xiàn)R1 頻段的頻率范圍是 450MHz-6GHz，又叫 Sub-6 GHz 頻段。
后來，F(xiàn)R1 被 3GPP 改為 410-7125MHz，但 Sub-6 的稱呼習(xí)慣被保留下來。
而 FR2 頻段的頻率范圍，是 24.25GHz-52.6GHz。
因?yàn)?FR2 頻段中，多數(shù)頻率的波長小于 10 毫米，所以 FR2 也被稱為 “毫米波（mmWave）”頻段。
2019 年，國際電聯(lián)世界無線電通信大會(huì) (WRC-19) 期間，各國代表經(jīng)過激烈討論，確認(rèn)了 5G 毫米波的法定頻譜范圍：
全球范圍內(nèi)，將 24.25GHz-27.5GHz、37GHz-43.5GHz、66GHz-71GHz 頻段，標(biāo)識(shí)用于 5G 及國際移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT）未來發(fā)展。45.5GHz-47GHz、47.2GHz-48.2GHz 頻段，可以在部分國家地區(qū)用于 5G 及 IMT。
ITU 批準(zhǔn)的毫米波頻段
頻譜資源的確定，極大地鼓舞了產(chǎn)業(yè)界對(duì)毫米波的信心，刺激了毫米波技術(shù)的發(fā)展。
▉ 毫米波的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，全球已有超過 120 家運(yùn)營商正在投資毫米波。
根據(jù) 2020 年 8 月份的最新數(shù)據(jù)，目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)有 22 家運(yùn)營商部署了毫米波 5G 系統(tǒng)。其中，進(jìn)展最快的，是包括美國在內(nèi)的北美地區(qū)。
眾所周知，美國因?yàn)?Sub-6 頻段資源極其緊缺（大量被軍方占用），所以將毫米波頻段作為 5G 先行部署的主要頻段。具體來說，是 28GHz 和 24GHz 頻段（26GHz 也在考慮中，37/39/47GHz 頻段拍賣已完成）。之后，美國也進(jìn)行了 Sub-6GHz 頻譜拍賣。
緊隨其后的是日本和韓國。他們將毫米波用于重點(diǎn)區(qū)域的覆蓋，所使用的頻段也是 28GHz 為主。
再往后是歐洲和澳洲。
意大利已經(jīng)進(jìn)行了毫米波頻譜資源的拍賣，德國和英國正在計(jì)劃之中。他們的使用頻段，主要集中在 26GHz 頻段（24.25-27.5GHz）。
澳大利亞的話，主要是在 26GHz、40GHz 和 32GHz，頻譜拍賣的計(jì)劃已經(jīng)正式宣布。
相比之下，我們中國的毫米波商用計(jì)劃相對(duì)并不是很急迫，目前還處于研究和測(cè)試階段，頻段資源也沒有進(jìn)行正式分配。
主要原因，正如前面所說，是因?yàn)槲覀兊?Sub-6 頻段資源相對(duì)較為充裕（我們是少數(shù)可以在 Sub-6 頻段連續(xù)分配 100MHz 頻率資源的國家），所以對(duì)毫米波的需求并不像美國那么迫切。
當(dāng)然了，不急并不代表不上。
目前國內(nèi)關(guān)于毫米波的測(cè)試早已啟動(dòng)，正在緊鑼密鼓地進(jìn)行之中。據(jù)中國移動(dòng)專家介紹，外場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果跟理論分析數(shù)值比較吻合，有效提升了行業(yè)對(duì)毫米波的信心。
中國毫米波測(cè)試進(jìn)展（圖片來自中國移動(dòng)）
政策方面，工信部之前就有明確發(fā)文，要求：“適時(shí)發(fā)布部分 5G 毫米波頻段頻率使用規(guī)劃”，“組織開展毫米波設(shè)備和性能測(cè)試，為 5G 毫米波技術(shù)商用做好儲(chǔ)備”。（《工業(yè)和信息化部關(guān)于推動(dòng) 5G 加快發(fā)展的通知》，2020-3-24）
三大運(yùn)營商也都有各自的毫米波商用計(jì)劃時(shí)間表。例如中國移動(dòng)的專家就透露，將在 2022 年具備毫米波的規(guī)模商用能力。中國聯(lián)通則表示，將在 2021 年 6 月完成冬奧場(chǎng)館設(shè)備部署和毫米波應(yīng)用產(chǎn)品體驗(yàn)部署，在 2022 年北京冬奧會(huì)進(jìn)行毫米波技術(shù)的展示和應(yīng)用。
▉ 毫米波的優(yōu)缺點(diǎn)
如果說美國使用毫米波是被逼無奈，那么為什么我們也一定要去折騰毫米波呢？
說白了，還是和毫米波的特點(diǎn)有關(guān)。
毫米波最大的特點(diǎn)，就是頻段資源豐富。相比于 Sub-6 頻段分配資源時(shí)只能 5MHz、10MHz、20MHz 這樣擠牙膏（能有 100MHz 要感動(dòng)到哭），毫米波可以輕松分配 100MHz 以上的帶寬資源，甚至達(dá)到 400MHz 或 800MHz。
基于如此充沛的頻率帶寬資源，毫米波 5G 的無線傳輸速度可以輕松超過 Sub-6 數(shù)倍。
之前我們看到過國內(nèi)很多人對(duì) 5G 進(jìn)行測(cè)速，基本上就是 1Gbps 左右。毫米波的話，根據(jù)前文提到的中國移動(dòng)外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，小區(qū)峰值速率達(dá)到了 14.7Gbps（基于 800MHz 頻譜帶寬）。
香不香？
除了高速率之外，毫米波的大帶寬還能帶來更低的空口時(shí)延，有利于高可靠、低時(shí)延業(yè)務(wù)的部署。
毫米波頻率高、波長短，因此，天線的尺寸更小（天線尺寸和波長成正比）。相同體積下，可以集成更多的天線，可以形成更窄的波束，擁有非常高的空間分辨率。
毫米波還支持厘米級(jí)的定位，尤其是室內(nèi)環(huán)境中，非常好用。
毫米波有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，也有非常明顯的劣勢(shì)，那就是覆蓋能力。
毫米波的覆蓋能力是出了名的差。工作頻段高，繞射能力差。相同條件下，穿透損耗也高，信號(hào)極容易受到遮擋阻斷。
有測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，混凝土墻體對(duì)毫米波的損耗可能高達(dá) 60~109dB。這就意味著，毫米波幾乎不具備穿墻的能力。想要通過室外宏站覆蓋室內(nèi)，幾乎不可能。
玻璃同樣也是毫米波的天敵，會(huì)帶來明顯的損耗。即便是人體或樹木，都會(huì)對(duì)毫米波造成顯著影響。
所以，如何對(duì)毫米波進(jìn)行合理部署，如何提高毫米波的覆蓋能力，是毫米波成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)落地的前提條件。
▉ 毫米波的覆蓋提升
目前來看，提升毫米波覆蓋的主要方式和思路包括：
一、直接提升發(fā)射功率，例如 EIRS（等效全向輻射功率），進(jìn)而提升覆蓋范圍。
二、采用陣列天線（毫米波的必然選擇），合理利用波束賦形和波束管理，寬波束適合增加覆蓋面積，窄波束適合增加覆蓋距離，兩者進(jìn)行平衡。
三、引入恒介電常數(shù)透鏡天線（如龍勃透鏡天線），獲得更高的天線增益。
四、采用反射板等裝置，通過增加反射路徑，減少覆蓋盲區(qū)。
五、引入碳化硅、氮化鎵等新材料技術(shù)，增加功率和性能。
六、采用高低頻混合組網(wǎng)，彌補(bǔ)高頻覆蓋的弱點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮高頻大流量的優(yōu)點(diǎn)。
七、采用 MTRP、IAB 等技術(shù)，優(yōu)化鏈路路由，改善信號(hào)覆蓋，增強(qiáng)信號(hào)魯棒性（健壯性）。
MTRP：讓手機(jī)終端可以同時(shí)接收兩個(gè)基站的信號(hào)。當(dāng)一個(gè)發(fā)生遮擋，不會(huì)影響另外一個(gè)信號(hào)的傳輸。
隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，目前毫米波在室外視距（LOS）傳播已經(jīng)可以達(dá)到 1-2 公里，非視距的話，整體覆蓋在 100-200 米之間（基站 EIRP>60dBm）。
上個(gè)月，高通、Casa Systems 和愛立信在澳大利亞成功完成了全球首次增程毫米波 5G NR 數(shù)據(jù)呼叫，實(shí)現(xiàn)了迄今距離最遠(yuǎn)（3.8 公里）的連接，展現(xiàn)毫米波技術(shù)的強(qiáng)大遠(yuǎn)程傳輸能力。
總而言之，在各項(xiàng)技術(shù)的加持下，毫米波的覆蓋能力正在不斷改善，只要部署合理，完全可以商用落地。
▉ 毫米波的應(yīng)用場(chǎng)景
我們先來了解一下毫米波的應(yīng)用場(chǎng)景，看看它到底適合部署在哪些場(chǎng)所。
毫米波的大帶寬、低時(shí)延、弱覆蓋特點(diǎn)，決定了它主要適合三類場(chǎng)景：
第一類，是密集人群超大業(yè)務(wù)流量區(qū)域的熱點(diǎn)覆蓋。例如車站、機(jī)場(chǎng)等交通樞紐，體育場(chǎng)、商場(chǎng)、劇院等人群集中區(qū)域。
這些區(qū)域終端數(shù)量多，流量需求大，借助毫米波的部署，可以形成網(wǎng)絡(luò)的高通量層，提升網(wǎng)絡(luò)容量的上限。
特別值得一提的是 VR/AR。這類場(chǎng)景目前對(duì)帶寬有很高的需求，尤其是多終端場(chǎng)景下，以 8K VR 為例，50 個(gè)設(shè)備，大約是 5Gbps，是需要毫米波去滿足的。
聯(lián)通冬奧會(huì)計(jì)劃打造大帶寬無線場(chǎng)館，服務(wù)于高清全景賽事直播的同時(shí)，滿足觀眾、參賽者、工作人員、媒體記者等人員的連接需求，也是毫米波的用武之地。
第二類，是智慧園區(qū)、智慧工廠、智慧醫(yī)院、智慧學(xué)校、智慧碼頭等產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。
5G 賦能百行千業(yè)，引領(lǐng)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。除了大帶寬外，行業(yè)場(chǎng)景往往都有低時(shí)延、高可靠性的需求，也就是 5G uRLLC 場(chǎng)景需求。
以智能制造為例，機(jī)械臂等設(shè)備的運(yùn)行，高精度檢測(cè)設(shè)備的工作，都對(duì)時(shí)延有很高的要求，借助毫米波的大帶寬和低時(shí)延，輔以 MEC 邊緣計(jì)算及 AI 人工智能技術(shù)，才能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，做到 5G 落地。
第三類場(chǎng)景，大家可能不太容易想到，那就是固定無線寬帶接入（FWA）。
我們國家光纖基礎(chǔ)設(shè)施比較完善，所以寬帶接入基本以光纖為主。但是國外很多國家并沒有如此豐富的光纖資源，光纖敷設(shè)成本也很高，就會(huì)考慮 CPE 等無線寬帶接入方式。
其實(shí)很簡單，就是用毫米波做最后一公里的接入。將 5G 信號(hào)通過毫米波傳送給用戶家庭 CPE 設(shè)備，然后轉(zhuǎn)換為 Wi-Fi 或有線信號(hào)，讓用戶實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)。如下圖所示：
固定無線寬帶接入
這種方式，對(duì)于密集住宅區(qū)非常有效，成本遠(yuǎn)低于光纖。
同樣的，國外也有將毫米波用于基站回傳，也可以滿足特定場(chǎng)景環(huán)境的需求。
▉ 毫米波技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化
3GPP 在 5G 第一個(gè)版本，也就是 R15 版本中，就針對(duì)毫米波工作頻段進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，開展了建模研究，給出了基本的功能版本。
在今年 6 月份凍結(jié)的 R16 版本中，3GPP 對(duì)毫米波做了一些優(yōu)化，重點(diǎn)提升毫米波的工作效率，降低通信時(shí)延和開銷。
R16 還引入了很多支持毫米波的 5G NR 增強(qiáng)特性，例如集成接入及回傳（IAB）、增強(qiáng)型波束管理、雙連接優(yōu)化等。
支持毫米波的 5G NR 增強(qiáng)特性（圖片來自高通）
以集成接入及回傳（Integrated Access Backhaul，IAB）為例。這是一項(xiàng)既有利于增強(qiáng)部署，又有利于節(jié)約成本開支的技術(shù)。
IAB 架構(gòu)示意圖
簡單來說，某基站具有光纖回傳資源，它周邊的其它基站可以通過毫米波與這個(gè)基站建立回傳關(guān)系，不需要每個(gè)基站都配備光纖回傳資源，只需要提供一個(gè)電力，就可以了。
目前正在進(jìn)行的 R17 版本，對(duì)毫米波進(jìn)行了增強(qiáng)，適配了更多的場(chǎng)景。同時(shí)，R17 也將對(duì)頻譜進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展，支持從 52.6GHz 到 71GHz 的頻段以及 60GHz 免許可頻段，這將極大拓展毫米波頻譜的利用范圍。
▉ 毫米波的產(chǎn)業(yè)鏈
目前，全球幾個(gè)主流設(shè)備廠家都推出了自己的毫米波產(chǎn)品，基本上也都支持 800MHz 的帶寬。
終端芯片方面，早在 2018 年，第一代毫米波芯片就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，當(dāng)時(shí)是支持 n257、n260 和 n261 頻段。到了 2019 年，第二代商用毫米波芯片實(shí)現(xiàn)了毫米波全頻段支持。
3GPP 定義的 FR2 頻段（TS 38.104）
這其中，高通發(fā)力最早，目前已經(jīng)推出三代支持毫米波的 5G 解決方案驍龍 X50、X55、X60。海思 Balong5000 基帶芯片以及三星 Exynos5123 芯片，均在 2019 年實(shí)現(xiàn)了對(duì)毫米波的支持。2020 年，聯(lián)發(fā)科 Helio M80 也將加入。
預(yù)計(jì) 2021 年初，搭載驍龍 X60 的商用旗艦機(jī)將推出，屆時(shí)可支持 NR 高低頻雙連接和載波聚合，從而具備 5G 高低頻協(xié)同組網(wǎng)的能力。
終端方面，目前已經(jīng)有摩托羅拉、LG、三星、一加等手機(jī)廠商推出毫米波商用智能手機(jī)，包括中興通訊等廠家已經(jīng)推出了支持毫米波的 CPE。
根據(jù)中興通訊分享的數(shù)據(jù)，經(jīng)粗略估計(jì)，現(xiàn)在大概有 60 多種終端支持毫米波。根據(jù) GSA 截至今年 8 月的數(shù)據(jù)，已宣布的 5G 終端中有 22.3% 支持毫米波頻段。
有消息稱，蘋果也將很快發(fā)布支持毫米波的手機(jī)。
鑒于毫米波在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的豐富應(yīng)用場(chǎng)景，毫米波模組也處于一個(gè)快速發(fā)展的階段。國內(nèi)包括移遠(yuǎn)通信在內(nèi)的模組廠家，都推出了毫米波模組，并能夠提供相配套的設(shè)計(jì)服務(wù)。
▉ 毫米波的未來
毫米波是 5G 的關(guān)鍵技術(shù)，也是特征技術(shù)。沒有毫米波的 5G，很難稱之為完整的 5G。
因此，我們不能沉浸在 Sub-6 頻段帶來的網(wǎng)絡(luò)性能有限提升之中，而應(yīng)該加緊對(duì)毫米波技術(shù)的研究，攻克難關(guān)，推動(dòng)其早日落地。
根據(jù) GSMA 的預(yù)測(cè)，在 2035 年之前，毫米波技術(shù)將對(duì)全球 GDP 做出 6560 億美元的貢獻(xiàn)，占 5G 總貢獻(xiàn)的 25%。包括虛擬現(xiàn)實(shí)、智能制造、醫(yī)療健康、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域，都將從毫米波技術(shù)中獲益。
在中國，毫米波將創(chuàng)造的價(jià)值也尤為可觀。同樣是 GSMA 的預(yù)測(cè)，到 2034 年，在中國使用毫米波頻段將帶來的經(jīng)濟(jì)受益將產(chǎn)生約 1040 億美元的效應(yīng)，大約占亞太地區(qū)毫米波頻段預(yù)估貢獻(xiàn)值的一半。
現(xiàn)階段，關(guān)于推動(dòng)毫米波的商業(yè)化落地，還有很多工作需要做。
一方面，改善毫米波覆蓋能力的技術(shù)和方案還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。毫米波頻段相對(duì)于其它頻段來說，還不夠成熟，包括移動(dòng)性管理能力等。毫米波的業(yè)務(wù)和組網(wǎng)也需要進(jìn)一步驗(yàn)證。毫米波的設(shè)備體系還需要進(jìn)一步完善。
另一方面，國內(nèi)毫米波使用的頻段急需明確（目前外場(chǎng)測(cè)試頻段是 24.75-27.5GHz）。頻率是通信技術(shù)的先導(dǎo)，只有頻率明確了，產(chǎn)業(yè)鏈才有清晰的方向指引，也有投入資源的信心。
此外，毫米波的商業(yè)落地，還需要產(chǎn)業(yè)界更加緊密的合作、政策上更為明確的支持，以及垂直行業(yè)更多的業(yè)務(wù)示范場(chǎng)景。
這些都不是一日之功，需要一年甚至幾年的時(shí)間來逐步推進(jìn)。
相信到了 2022 年，毫米波一定能夠以更加成熟、更加完整的面貌與我們見面，再次掀起一股 5G 創(chuàng)新的熱潮！
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