如果把數據路徑比作高速公路的話，5G就是我們正在規劃，并開始動工的一條最寬廣，先進的高速公路。為了能讓這條高速公路達到預期目標，我們需要拓寬這條高速公路的車道，也就是說，我們需要開拓更多可用的頻譜，因為包括無線電、電視和GPS在內的所有無線通信都是通過無線電頻率或頻譜進行無線傳播的，頻譜是連接的命脈。

更多可用的無線數據頻譜就意味著更大的網絡容量，更快的數據傳輸速率，以及更好的用戶體驗。5G新空口（5G網絡的全球標準）不僅包含了目前大多數移動通信都在使用的3GHz以下的頻段，還包括了3GHz到6GHz（Sub-6GHz）之間的中頻段，以及更高頻率的24GHz以上的毫米波頻段。通過這些頻譜的組合使用，5G將可以實現更快的數據移動傳輸。

那實現5G的“高速公路”建設，還有哪些問題需要解決呢？

圖1：5G路線圖規劃及生態系統發展。（來源：Qualcomm）

5G毫米波頻譜問題

據我國2018年7月發布的《5G毫米波規劃建議白皮書》顯示，截至2018年7月，全球5G實驗網中43%使用了1~6GHz頻譜，使用6GHz以上的高頻的5G實驗網數量占比達到57%，其中使用24GHz~29.5GHz毫米波頻段的實驗網占比為31%。

也就是說，毫米波頻譜應用于5G系統已成為業界共識。為做好5G毫米波頻率規劃相關工作，我國成立了1.13議題研究組，IMT-2020（5G）推進組頻率工作表，目前已基本完成26GHz，32GHz，40GHz和70/80GHz的兼容性共同研究，并向ITU-R T65/1提交了相關研究報告。我國已于2018年底公布了三大運營商的5G頻譜分配方案。其中，中國電信獲得3.4-3.5GHz的100MHz帶寬；中國聯通獲得3.5-3.6GHz的100MHz帶寬；中國移動獲得2515-2675MHz的160MHz帶寬及4.8-4.9GHz的100MHz帶寬。

圖2：中國2G-5G三大運營商通信頻譜分配方案。

歐盟委員會無線頻譜政策組（RSPG）2016年11月就發布了歐洲5G頻譜戰略，明確將26G（24.25-27.5GHz）頻段作為歐洲5G高頻段的初期部署頻段，RSPG推進歐盟在2020 年前確定此頻段的使用條件。此外，歐盟將繼續研究32G（31.8-33.4GHz）和40G（40.5-43.5GHz）頻段，以及其他高頻頻段。基于歐洲5G頻譜戰略，歐洲電信聯盟（CEPT）負責討論制定包含3.5G、26GHz等5G先發頻段的使用管理規則。歐盟電子通信息委員ECC PT1在2018年7月基本完成26GHz頻段技術應用條件的研究和制定工作。

美國聯邦通信委員會（FCC）2016年7月14日全票通過將24GHz以上頻譜用于無線寬帶業務的規則法令，共規劃10.85GHz 高頻段頻譜用于5G無線技術，包括28G（27.5-28.35GHz）、39G（38.6-40GHz），共計2.25GHz許可頻譜，37G（37-38.6GHz）共計1.6GHz混合許可頻譜和64-71GHz共計7GHz免許可頻譜。2017年11月，FCC發布法令決定增加24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz以及47.2-48.2GHz共1.7GHz頻段用于5G無線技術。至此，FCC在毫米波頻段為5G無線技術規劃頻率總量達到約13GHz。2018年11月，FCC啟動了5G頻譜拍賣，首輪拍賣的是28GHz頻段頻譜，隨后拍賣了24GHz頻段頻譜。2019年，FCC還將再拍賣三個毫米波頻段，分別是37GHz、39GHz和47GHz。

韓國未來創造科學部（MSIP）2017年1月宣布了K-ICT頻譜規劃，以期推動26.5-29.5GHz頻段用于5G商用部署，其中27.5-28.5GHz（1GHz）計劃在2018年釋放，26.5-27.5GHz和28.5-29.5GHz（共計2GHz）視5G產業鏈發展情況，不晚于2021年釋放。韓國政府已于2018年平昌冬奧會期間，使用28GHz頻段在首爾、平昌及其他城市建設了百余個5G站點，提供5G試驗業務。同時，韓國已于2019年4月實現5G網絡的正式商用。韓國于2018年6月完成5G頻譜拍賣，在28GHz頻段，每個運營商獲得了800MHz的頻譜。其中，SK電信獲得了28.1GHz-28.9GHz頻段，KT獲得了26.5GHz-27.3GHz頻段，LG Uplus獲得了27.3GHz-28.1GHz頻段。

日本總務省（MIC）2016年7月發布了面向2020年無線電政策，提出面向2020年的5G商用頻譜計劃，其中毫米波頻段將主要聚焦在28G（27.5-29.5GHz）頻段。日本總務省于2017年中旬聯合NTT Docomo、KDDI和Softbank在東京及部分農村地區啟動了5G外場試驗，使用了6GHz以下和28GHz頻段。日本總務省已于2019年4月批準了該國四家移動運營商建設5G無線網絡的計劃，并要求他們在兩年內建成覆蓋日本全境的5G網絡。為2020年東京奧運會提供5G商用服務。

圖3：全球主要5G商用國家的頻譜規劃。（來源：Qualcomm）

此外，澳大利亞、加拿大、新加坡等國相關主管部門也先后啟動了針對毫米波頻段規劃及使用的公開征求意見。根據征求意見函內容，加拿大、新加坡已明確表示出將28G頻段用于5G的興趣。其中，加拿大ISED針對28G（27.5-28.35GHz）頻段和37-40GHz頻段的移動業務應用，在征求意見中提出了針對本國頻率劃分規定的修訂意見。

圖4：2019年全球5G商用國家和地區及其頻譜。（來源:Qualcomm）

毫米波面臨的挑戰及解決方案

毫米波面臨的主要挑戰是由于毫米波本身頻率較高，天線通過饋線相連的損耗會非常大，使得傳播距離太短，而且信號容易被阻擋：只要將手放在智能手機上的天線上，信號就會被屏蔽。

工程師們一直在努力解決這個問題，使用天線陣列進行波束成形，將無線電能量集中起來以增加傳播距離。但是這又產生了另一個問題：如何將這些天線陣列整合到移動終端上？正因如此，業界一致認為毫米波永遠不能適用于移動終端通信。

現在的解決方案是把前端做成模組化，以減少在毫米波頻段的損耗。這催生出了毫米波天線和射頻前端封裝在一起的“SiP+Antenna”的形式，由SiP進階到AiP。

目前在5G毫米波AiP領域，高通是領先的方案提供商，配合其5G基帶X55同時發布的毫米波天線模組QTM525，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方案。

此外，對于27 GHz以上的毫米波頻率，濾波器的挑戰將是巨大的。目前的高性能毫米波濾波器確實存在，但大多數的尺寸和重量并不適用于與移動設備。小型化EM波導和腔體濾波器的新技術開始出現。腔體濾波器的預期性能應高于EM波導濾波器，但是EM波導濾波器可以使用薄膜工藝，有低成本優勢。

雖然Sub-6GHz的RF IC與LTE的高頻射頻前端沒有太大的區別，但毫米波的射頻前端還是有很大不同的，因此英特爾的一位蜂窩射頻工程師Benjamin Jann在今年2月份舉辦的國際固態電路會議(ISSCC)上表示了對毫米波目前在功耗方面的擔憂。

聯發科技的射頻工程師也贊同他的觀點，認為目前毫米波所需要的散熱和典型的1W功耗都會存在問題。

因此他們建議，現階段用戶可以選用Sub-6GHz的5G終端產品，對于毫米波終端還可以在等等看。