1、引言

隨著移動通信的迅猛發展，低頻段頻譜資源的開發已經非常成熟，剩余的低頻段頻譜資源已經不能滿足5G時代10Gbps的峰值速率需求，因此未來5G系統需要在毫米波頻段上尋找可用的頻譜資源。作為5G關鍵技術之一的毫米波技術已成為目前標準組織及產業鏈各方研究和討論的重點，毫米波將會給未來5G終端的實現帶來諸多的技術挑戰，同時毫米波終端的測試方案也將不同于目前的終端。本文將對毫米波頻譜劃分近況，毫米波終端技術實現挑戰及測試方案進行介紹及分析。

2、毫米波頻譜劃分

2015年，ITU-R WP5D發布了IMT.ABOVE 6GHz的研究報告，詳細研究了不同頻段無線電波的衰減特性。在同年的世界無線電通信大會（WRC-15）上提出了多個5G候選的毫米波頻段，最終5G毫米波頻譜的確定將在WRC-19上的完成。經過多年的研究和討論，各國各地區對毫米波頻譜資源的劃分都有所進展，以下將著重介紹中國、美國及歐洲在毫米波頻段劃分上的近況。

中國：2017年6月，工信部面向社會廣泛征集24.75-27.5 GHz、37-42.5 GHz或其他毫米波頻段用于5G系統的意見，并將毫米波頻段納入5G試驗的范圍，意在推動5G毫米波的研究及毫米波產品的研發試驗。

美國：早在2014年，FCC（美國聯邦通訊委員會）就開啟了5G毫米波頻段的分配工作，2016年7月，確定將27.5-28.35 GHz、37-38.6 GHz、38.6-40 GHz作為授權頻譜分配給5G，另外還為5G分配了64-71 GHz作為未授權頻譜。

歐洲：2016年11月，RSPG（歐盟委員會無線頻譜政策組）發布了歐盟5G頻譜戰略，確定將24.25-27.5 GHz作為歐洲5G 的先行頻段，31.8-33.4 GHz 、40.5-43.5 GHz作為5G潛在頻段。

3、毫米波終端技術實現

毫米波頻段頻率高、帶寬大等特點將對未來5G終端的實現帶來諸多挑戰，毫米波對終端的影響主要在于天線及射頻前端器件。

3.1 終端側大規模天線陣列

由于天線尺寸的限制，在低頻段大規模天線陣列只能在基站側使用。但隨著頻率的上升，在毫米波段，單個天線的尺寸可縮短至毫米級別，在終端側布置更多的天線成為可能。如下圖1所示，目前大多數LTE終端只部署了兩根天線，但未來5G毫米波終端的天線數可達到16根甚至更多，所有的天線將集成為一個毫米波天線模塊。由于毫米波的自由空間路損更大，氣衰、雨衰等特性都不如低頻段，毫米波的覆蓋將受到嚴重的影響。終端側使用大規模天線陣列可獲得更多的分集增益，提高毫米波終端的接收和發射性能，能夠在一定程度彌補毫米波覆蓋不足的缺點，終端側大規模天線陣列將會是毫米波得以商用的關鍵因素之一。

圖1：LTE終端與毫米波終端天線設想

終端部署更多的天線意味著終端設計難度的上升，與基站側部署大規模天線陣列不同，終端側的大規模天線陣列受終端尺寸、終端功耗的制約，其實現難度將大大增加，目前只能在固定終端上實現大規模天線陣列的布置。移動終端的大規模天線陣列設計面臨諸多挑戰，包括天線陣列校準，天線單元間的相互耦合以及功耗控制等。

3.2 毫米波射頻前端器件

射頻前端器件包括了功率放大器、開關、濾波器、雙工器、低噪聲放大器等，其中功率放大器是最為核心的器件，其性能直接決定了終端的通信距離、信號質量及待機時間。目前制造支持低頻段的射頻前端器件的材料多為砷化鎵、CMOS和硅鍺。但由于毫米波段與低頻段差異較大，低頻射頻前端器件的制造材料在物理特性上將很難滿足毫米波射頻前端器件的要求。

以功率放大器為例，目前主流的功率放大器制造材料為砷化鎵，但在毫米波頻段，氮化鎵及InP的制造工藝在性能指標上均要強于砷化鎵。下表所示為從低頻到毫米波段主要的射頻前端器件制造工藝上的發展方向。

另外，毫米波頻段大帶寬的特點對射頻前端器件的提出了更高的要求，未來毫米波終端的射頻前端器件將可能需支持1GHz以上的連續帶寬。

雖然氮化鎵被認為是未來毫米波終端射頻的主流制造工藝，但由于成本、產能等因素，基于氮化鎵工藝的高性能射頻前端器件多用于軍工和基站等特殊場景。毫米波射頻前端技術的發展將會成為毫米波終端實現的關鍵，預計到2020年之后，毫米波移動終端射頻器件的技術和成本才可能達到大規模商用的要求。