5G路上，繞不開的毫米波

　　“開辟”毫米波

　　為了掙脫毫米波固有的“枷鎖”，使其能夠滿足用戶對移動性和穩(wěn)定傳輸?shù)囊螅S多公司都對毫米波技術(shù)進行了大量的研發(fā)和投入。而作為通信行業(yè)一直以來的引領(lǐng)者——美國高通公司就是其中的佼佼者。

　　對于不少手機發(fā)燒友來說，高通驍龍的名字肯定不陌生。這家創(chuàng)立于1985年、總部設(shè)于美國加州圣迭戈的公司是全球移動通信技術(shù)的巨頭之一，中國著名的手機公司OPPO、vivo、小米、一加等等都是高通的合作伙伴。

　　為了破解毫米波在傳輸和覆蓋方面的短板，實現(xiàn)其在移動終端中的應(yīng)用，高通在數(shù)年前就積極投入毫米波技術(shù)的研發(fā)，在持續(xù)不斷的努力下，推出了一套完整的解決方案。通過小基站、大規(guī)模MIMO和波束成形技術(shù)成功的掃除了實現(xiàn)毫米波移動化的障礙，接下來我們一樣一樣來談。

　　(1)小基站

　　小基站，顧名思義就是小型基站。在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，小型基站和毫米波可謂優(yōu)勢互補。一方面，毫米波的5G信號傳輸不佳，那么布置更多的小型基站，增加網(wǎng)絡(luò)密度可以有效的改善這個問題。因此，5G時代將會通過部署大量小基站的方式，以加強傳統(tǒng)的蜂窩塔，間接彌補了毫米波穿透力差、衰減大的缺陷;另一方面，小基站之所以可以小，也是毫米波的特點所致。由于毫米波的頻率很高，波長很短，因此其天線尺寸可以做得很小，這是部署小型基站的基礎(chǔ)。

　　當無數(shù)個“光源”(小基站)從高空照射下來，地面自然一片光明，不難預(yù)見，未來5G網(wǎng)絡(luò)將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新趨勢，以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

　　(2)大規(guī)模 MIMO

　　小基站解決了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問題，而大規(guī)模MIMO(多輸入多輸出)則解決了毫米波發(fā)射和接收的問題。我們手機的通信頻率越來越高，波長越來越短，天線也越來越短，到5G時代已經(jīng)短到不是用“根”來表述，而是密集的天線陣列。大規(guī)模MIMO就能夠支撐多根天線的發(fā)送和接收，可以將通信信號成倍的發(fā)射和接收，大幅提高了信號的傳輸速度，同時還可以增強信號的強度。

　　(3)波束成形

　　解決了網(wǎng)絡(luò)覆蓋和發(fā)射接收的問題之后，又要怎么改變毫米波難以遠距離傳輸?shù)默F(xiàn)狀呢?接下來就要提到，實現(xiàn)毫米波移動化的第三個關(guān)鍵技術(shù)——波束成形。目前的基站基本采用全向發(fā)射，這種模式雖然能夠保證最大的輻射范圍，但容易造成耗能大、資源浪費等問題，所以最好的解決方法就是，讓它聚焦在一個方向，把發(fā)射出去的毫米波“攏”到一起，這就是波束成形技術(shù)。這種可以實現(xiàn)空間復(fù)用的技術(shù)，好比一雙大手，將全向的信號覆蓋凝聚成一個精準指向，且波束之間互不干擾，這就意味著在同一空間提供更多的通信鏈路，服務(wù)更多用戶。

　　當然，只有波束成形還是不能解決毫米波難以遠距離傳輸?shù)膯栴}。如果只有一個波束，波束的方向又不變，一旦手機的位置有變動，信號就無法傳到基站。因此，波束必須要通過波束導向技術(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對象的方向。同時，手機持有者的位置不斷移動，基站相對于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術(shù)，時刻追蹤天線移動的位置，并讓波束做出相應(yīng)的調(diào)整，來保障信號在收到阻擋的情況下自動切換電波，來保持手機信號的連續(xù)使用。

　　對創(chuàng)新者來說，問題從來不是問題

　　早在上世紀 90 年代后期，高通已開始對毫米波、MIMO、射頻等技術(shù)進行研究。高通公司總裁克里斯蒂安諾·阿蒙(Cristiano Amon)曾經(jīng)在第三屆驍龍技術(shù)峰會上，用了很長一段篇幅，談毫米波之重要，更重要的是，這段話體現(xiàn)了創(chuàng)新者對于問題的態(tài)度，那就是問題從來不是問題，只是創(chuàng)新路上的一個節(jié)點。

　　“2015年，有人說毫米波技術(shù)行不通，那時我們向大家展示了通過波束控制毫米波是可用的。接著，又有人提出來說(毫米波)雖然可用，但也只能適用于視距情況下，于是高通又通過一個大篷車向大家展示了非視距移動毫米波。到了10月份，又有人質(zhì)疑說，雖然實現(xiàn)了毫米波的移動化，但是使用環(huán)境有限，毫米波仍然無法為智能手機所用，而高通又向大家展示了智能手機參考設(shè)計，包含天線模組，能夠滿足智能手機的大小及其散熱條件;這時候，質(zhì)疑又出現(xiàn)了，說如果要做到這一點，那么手機的體積將會很大，而高通又通過移動測試平臺MTP向業(yè)界展示，毫米波手機體積也可以接近正常手機體積?！边@個過程對于高通而言，都意味著機遇，高通反之也因此變得越來越強大。

　　高通不止這樣講，也在身體力行的做?？缭郊夹g(shù)門檻只是創(chuàng)新的第一步，如果終端用不上，一切都是空談。所以高通在解決了毫米波的自有缺陷以后，又推出了整套的射頻模組，將天線、射頻前端、收發(fā)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(diào)整工作讓它們相互協(xié)同并將尺寸壓縮來解決將毫米波運用于手機的問題。

　　2018年7月，高通推出了與其第一代 5G 調(diào)制解調(diào)器驍龍X50配套的毫米波天線模組QTM052;今年2月，高通又推出了與驍龍X55相配套的第二代毫米波天線模組QTM525。與 QTM052 相比，QTM525在多個方面都實現(xiàn)了提升：增加了對更多毫米波頻段的支持，尺寸更小(由此，手機廠商可以將毫米波手機的厚度做到 8 毫米以下)等等。

　　除了城市熱點區(qū)域覆蓋，高通也在不斷探索將5G毫米波技術(shù)應(yīng)用在更多場景當中。在2019MWC期間，高通進行了“企業(yè)私有網(wǎng)絡(luò)”和“高密度的場館”兩個場景的演示，以展示5G NR毫米波用于室內(nèi)覆蓋的優(yōu)勢。這一系統(tǒng)模擬，是對室內(nèi)毫米波OTA測試網(wǎng)絡(luò)的補充，可以為智能手機、筆記本電腦和其他聯(lián)網(wǎng)終端帶來高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時延的連接，展示了真切的室內(nèi)毫米波通信體驗。諸如此類測試數(shù)不勝數(shù)，不可否認，要想 5G 實現(xiàn)“改變社會”的使命，毫米波將會是非常重要的技術(shù)。

　　放眼整個產(chǎn)業(yè)，毫米波已經(jīng)逐漸枝繁葉茂，甚至業(yè)界已經(jīng)在研究頻率更高的 6G 了，困難真的不能阻礙創(chuàng)新者，只會激發(fā)創(chuàng)新者的動力。