提起5G相比于4G的優勢，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，是哪些技術在背后提供支持？今天，我們來談談為5G提供差異化體驗的其中一些關鍵技術——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、虛擬現實、增強現實、密集城區信息服務、工廠自動化控制、遠程醫療等業務提供了可能。可以說，毫米波的開發利用，為5G應用在Sub-6的服務基礎上，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。這導致在毫米波“誕生”之后的很長一段時間內，都沒有得到重視，業界更有很多人認為毫米波難以適用于移動終端通信。

隨著移動通信技術的快速發展，用戶對網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。通過近幾年的技術突破，毫米波已經成功的實現了移動化，并且運用到了移動終端領域。在這個過程當中，全球移動芯片巨頭高通做出了突出的貢獻，并表示將在2019年實現用于手機的5G NR毫米波的商業化。

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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3GPP規定，5G NR（全球性5G標準）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網絡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中優質的頻段已經幾乎被瓜分殆盡，留給5G的6GHz以下的頻段已經很少了，雖然可以通過退網將更好地頻段分給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的視野當中。毫米波給移動用戶和運營商提供了大量可待開發的頻率資源。大量可用的帶寬可用來實現極高的數據速率并顯著提高容量，在毫米波頻段，移動應用可最多使用400MHz帶寬，峰值數據速率高達10Gbps甚至20Gbps。

不僅如此，毫米波還與5G其它新技術的引入密切相關。3GPP規定5G NR繼續使用OFDM技術，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碼等技術都是為了讓OFDM技術能更好地擴展到毫米波段。同時，為了適應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計的。massive?MIMO技術也是為毫米波而量身定制。因此，5G 也被稱業界為“擴展到毫米波的增強型4G/LTE”。

根據GSMA發布了一份有關“毫米波5G”發展現狀的簡短報告顯示，在2018年至2020年間，至少有33個國家和地區計劃發布毫米波5G網絡。早在2016年，美國就率先發布了5G毫米波頻率規劃方案，歐盟也已經將24.25-27.5GHz作為5G毫米波最高優先級的頻段，并計劃于WRC-19前在歐洲范圍內完成協調。

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系統頻率規劃的意見。2017年7月，該部門批復新增5G技術試驗用頻：批復4.8-5.0GHz、24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz頻段用于5G技術研發試驗。2019年2月，工信部無線電管理局發布《2019年全國無線電管理工作要點》。其中特別提到要適時發布5G系統部分毫米波頻段頻率使用規劃，引導5G系統毫米波產業發展。

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重，因此在移動通信領域里很長的一段時間內都沒有出現過毫米波的身影，毫米波只有在無線回傳、衛星和雷達等少數固定場景中被用于實際部署當中。

所謂“傳輸性能較差”可以分為三個層面去理解。第一、路勁損耗嚴重。毫米波的頻譜的能量發散比較快，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，進而在毫米波系統中引進新的噪聲，諸多因素對毫米波系統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，之前大多數人對于實現5G NR毫米波的商業化持懷疑態度，認為在移動設備形態——如智能手機中難以克服這些高頻段的挑戰，實現穩健的移動通訊。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障礙，逐步推動實現5G NR移動毫米波商用。

早在2015年年底，高通就首次展示了穩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移動化。

高通的展示讓業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用到手機之中，也就是說，讓智能手機也能運行在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毫米波在手機中的應用。首先通過多波束技術應對移動性挑戰，改善覆蓋、穩健性和非視距運行，其次利用路徑分集應對阻擋問題，利用終端天線分集提升可靠性，并多次開展室內和室外的OTA測試進行移動性的驗證。

為了應對5G新空口毫米波手機的射頻復雜性，高通更進一步，將天線、射頻前端、收發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整工作讓它們相互協同并將尺寸壓縮到極致。

2018年7月高通發布了全球首款面向智能手機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。這項研究成果的發布被稱為創造了“將不可能變為可能”的奇跡。高通也是當時唯一一家能推出這樣產品的廠商。

僅僅用了幾個月的時間，在2019年2月，高通又發布了第二代5G射頻前端解決方案，這次推出的的產品是一套完整的可與驍龍X55 5G調制解調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移動終端提供從調制解調器到天線的完整系統。全新發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智能手機設計，這和現在的4G手機的厚度基本一致。

同時，在上一代產品已支持的n257（28GHz）、n260（39GHz）與n261（美國28GHz）頻段的基礎之上，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，可能需要上百個不同的器件，絕大部分的手機廠商還沒有具備實現和優化離散式器件的能力，而高通已經提前把這些器件都整合完備，降低OEM廠商研發的難度，縮短其產品的上市時間，同時也推動了毫米波在移動終端領域的商用。

探索5G毫米波新用例

除了將毫米波用于熱點區域的覆蓋之外，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，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用增益，運營商和服務供應商可快速地將高速率（多Gbps級）、低時延連接提供給大量用戶。

另一個用例是室內私有企業場景。高通在今年2月19日宣布推出全新端到端OTA 5G測試網絡，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室內毫米波OTA網絡，專門針對室內場館和企業部署。

在近日召開的2019年MWC大會上，高通展示了面向室內用例部署5G NR毫米波的優勢的場景，兩個場景分別是企業私有網絡和高密度的場館。系統模擬是對室內毫米波OTA測試網絡的補充，顯示了室內毫米波部署帶來的用戶體驗，包括為智能手機、筆記本電腦和其他聯網終端帶來高容量、數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外覆蓋。此外毫米波還可用于固定無線寬帶接入業務，滿足典型如4K、8K電視的傳輸需求，滿足市郊居民區的視頻需求；開闊環境eMBB業務，還能滿足HD、UHD視頻以及圖片視頻共享等業務，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的、充滿想象空間的用例潛伏待發。?