毫米波技術如何釋放5G未來潛力

崔滔

在當前全球5G主要發展國家中，都采用了符合實際需求的不同頻段來部署自己的5G商用網絡。其中根據頻段的差異分為兩大技術流派：分別是3～4GHz之間頻段與20～300GHz之間的頻段。

前者就是FR1頻段，另一個名字是大家可能更為熟知的6 GHz以下頻段（sub-6 GHz）。而后者就是本文要介紹的主角：FR2頻段———也叫毫米波（mmWave）頻段。

毫米波頻段之所以在5G時代受到關注，一方面原因是在4G LTE之前的移動網絡發展中，主流頻段的無線電頻譜幾乎已經被瓜分殆盡，并沒有多少頻段留給即將爆發式增長且對傳輸要求更高的5G網絡：如果用房子來做比喻，就是熱門地段與市區的房源幾乎已經售完了。這顯然不能滿足5G環境，無論是傳輸還是高并發都大大提升的使用需求。

另一方面，5G網絡開始使用毫米波頻段還有一個更簡單的原因：毫米波有著更大的可用帶寬，能滿足5G對于大容量與高速率的傳輸需求。毫米波相比6 GHz以下頻段傳輸時延更短，只有6 GHz的五分之一，這樣的優勢對5G未來在例如L4級自動駕駛、遠程手術會診、云游戲或云計算等應用場景至關重要。

讀到這里，你可能會問：既然毫米波相比6 GHz以下頻段擁有更多的優勢，能支持更多對速率和時延要求更高的5G應用場景，那么為什么毫米波目前還未能全面鋪開大規模商用并提供服務呢？

這里就需要簡單介紹一下毫米波的特性，雖然擁有著明顯的優勢，但同時也存在著劣勢：由于毫米波先天特性限制，毫米波的傳輸距離較短，在常規的使用場景下，一般毫米波的傳輸距離不超過10 m，如果遇到物體遮擋、惡劣天氣甚至是霧霾等復雜的自然環境影響，其實際傳輸距還會進一步衰減。這也是為什么在過去移動通信發展的40年間，毫米波頻段一直處于尚未被完全開發利用的狀態。

不過凡事都有兩面性，毫米波傳播距離短的特征，在部分特殊使用場景下，反而成了毫米波的優勢所在，如短距傳輸可以有效的減少不同信源之間的信號之間干擾。且毫米波所采用的高增益天線具有較好的指向性，可以進一步消除干擾，同時增強信息傳輸的安全性。

此外，毫米波的高頻特性會限制其天線的尺寸，這其實也有對應的優勢：在同樣體積的的設備內部，廠商在設計時可以通過加入更多毫米波天線來彌補其信號傳輸時的損耗，同時也讓更多支持5G毫米波的設備進一步小型化成為了可能。未來，我們可能會看到更多日常生活中不同的設備，通過支持毫米波5G的方式，來獲得超高速的5G網絡支持，進而改變我們的使用方式。

目前在我國5G網絡的逐步推進中，既有Sub-6 GHz作為推進5G覆蓋的組網方式作為當前階段的主力，也有包括三大運營商以及高通為代表的技術廠商通過研發和試驗來推動毫米波技術的發展和商用進程，讓5G網絡滿足更多高數據傳輸需求的未來應用場景。這一點從GSMA發布的研究報告《5G毫米波在中國的機遇》中也能看到相關介紹“應該注意的是，盡管在某些情況下較低頻段也可以為這些應用可以提供支持，但是在考慮到應在特定區域內支持的大規模連接設備時，毫米波的潛力才真正發揮作用”。

在超多設備同時使用高速網絡的應用場景，比如體育場在大型賽事舉辦期間，不僅要容納上萬名觀眾的手機同時訪問網絡，還要支持8K乃至AR、VR等形式的高清賽事轉播需求；在智能機械遍布的自動化工廠中，對不同種類的工業機器人進行相對應的遠程控制，同時要求機身響應請求與指令，才能滿足生產需求的實時變化。這些都是毫米波5G技術能滿足現有使用需求，甚至大幅改變產業面貌的應用場景。

在可以預見的未來5G規劃中，運營商可以利用低、中、高三層頻段來協同組網：1 GHz以下頻段做覆蓋層，Sub-6 GHz做容量覆蓋主流5G設備，而毫米波則是熱點覆蓋高容量需求，從而建成一張全國性的廣覆蓋、大容量的5G網絡。其中最具想象力的，莫過于毫米波5G技術能夠給智慧生活、智能工業帶來的更多改變，幫助我們真正實現萬物互聯。

在近日，由GSMA主導舉辦的5G毫米波技術研討會中，來自高通的駱濤博士，講解了高通就現在毫米波發展中的相關研究與落地成果。截止2020年年中，高通已經推出了三代支持毫米波的驍龍5G調制解調器及射頻系統。

與此同時，不少手機廠商也已推出了基于驍龍移動平臺打造的支持毫米波5G的智能手機：一加就已經率先推出了支持毫米波5G的智能手機。未來一段時間，我們還將會看到越來越多的支持毫米波5G的智能終端進入全球市場。

5G毫米波低延時高傳輸速率的特性，還滲透進更多消費電子生活場景，例如云游戲或云計算領域，這些多終端協調的交互類服務，都需要5G低時延通信特性的支持。與6 GHz以下頻段相比，5G毫米波終端的實測下載速度快4倍，平均速率高達900 Mbit/s，峰值速率超過2 Gbit/s。對于現在仍然處于推廣早期的4K/8K視頻流媒體服務可以起到極大的促進作用。最后，毫米波的高容量特性，還有助于推動運營商提供更多的無限流量套餐，這對5G時代的用戶來講自然是重大利好。

在未來，毫米波技術的快速落地，讓更多用戶能夠享受到基于毫米波技術的高速5G網絡體驗，也是包括高通在內的不少廠商追求的目標。提高毫米波的可靠性，進一步推動毫米波在國內的商用，都需要整個行業所有參與者一同制定相關技術標準，推動相關技術得以實用，才能讓5G技術真正在更多領域發揮其應有的價值，實現5G“萬物互聯”的未來愿景。