詳解毫米波技術(shù)在5G中的地位和作用

去年（2019），5G中的毫米波曾經(jīng)在業(yè)界和媒體引發(fā)了很大的爭(zhēng)論，認(rèn)為毫米波不是主流，美國(guó)推行毫米波是因?yàn)榉呛撩撞l段被軍方占用不得已而為之。其實(shí)華為一直都支持毫米波，只是由于國(guó)內(nèi)主第一階段主要使用主流頻段，毫米波不需要那么快上線，因此其產(chǎn)品推出較晚?，F(xiàn)在高通、華為等都支持毫米波。那么，毫米波技術(shù)到底有什么不同？它在5G中的地位如何，將發(fā)生什么作用？

在當(dāng)前全球 5G 主要發(fā)展國(guó)家中，都采用了符合實(shí)際需求的不同的頻段來(lái)部署自己的 5G 商用網(wǎng)絡(luò)。其中又能根據(jù)頻段的差異分為兩大技術(shù)流派：分別是從 3GHz 到 4GHz 之間的頻段，與 20-300GHz 之間的頻段。

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

毫米波頻段之所以在 5G 時(shí)代受到關(guān)注，一方面原因是在 4G LTE 之前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，主流頻段的無(wú)線電頻譜幾乎已經(jīng)被瓜分殆盡，并沒(méi)有多少更好的頻段留給即將爆發(fā)且對(duì)傳輸要求更高的 5G 網(wǎng)絡(luò)：如果用房子來(lái)做比喻，就是熱門地段與市區(qū)的房源幾乎已經(jīng)售完了。這顯然不能滿足 5G 環(huán)境，無(wú)論是對(duì)傳輸還是對(duì)高并發(fā)都大大提升的使用需求。

另一方面，5G 網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始使用毫米波頻段還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的原因：毫米波有著更大的可用帶寬，能滿足 5G 對(duì)于大容量與高速率的傳輸需求。毫米波相比于 6GHz 以下頻段傳輸時(shí)延更短，只有不到 6GHz 的五分之一；這樣的優(yōu)勢(shì)對(duì) 5G 未來(lái)更多的使用場(chǎng)景：比如在 L4 級(jí)自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)會(huì)診、云游戲或云計(jì)算等應(yīng)用場(chǎng)景，可以說(shuō)是至關(guān)重要。

讀到這里，你可能會(huì)問(wèn)：既然毫米波相比 6GHz以下頻段擁有更多的優(yōu)勢(shì)，能支持更多對(duì)速率和時(shí)延要求更高的 5G 使用場(chǎng)景，那么為什么毫米波目前還未能全面鋪開(kāi)商用提供服務(wù)呢？

這里就需要簡(jiǎn)單介紹一下毫米波的特性，雖然擁有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在著劣勢(shì)：由于毫米波先天特性限制，毫米波的傳輸距離較短，在常規(guī)的使用場(chǎng)景下，一般毫米波的傳輸距離不超過(guò) 10 米，如果遇上物體遮擋、惡劣天氣甚至是霧霾等復(fù)雜的自然環(huán)境影響，其實(shí)際傳輸距還會(huì)進(jìn)一步衰減。這也是為什么在過(guò)去移動(dòng)通信發(fā)展的 40 年間，毫米波頻段一直處于尚未被完全開(kāi)發(fā)利用的狀態(tài)。

不過(guò)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(chǎng)景下，反而成了毫米波的優(yōu)勢(shì)所在：比如短距傳輸可以有效的減少不同信源之間的毫米波信號(hào)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(jìn)一步消除干擾。同時(shí)增強(qiáng)信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

此外，毫米波的高頻特性會(huì)限制其天線的尺寸，這其實(shí)也有對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)：在同樣體積的的設(shè)備內(nèi)部，廠商在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)加入更多毫米波天線來(lái)彌補(bǔ)其信號(hào)傳輸時(shí)的損耗，同時(shí)也讓更多支持 5G 毫米波的設(shè)備進(jìn)一步小型化成為了可能：未來(lái)，我們可能會(huì)看到更多日常生活中不同的設(shè)備，通過(guò)支持毫米波 5G 的方式，來(lái)獲得超高速的 5G 網(wǎng)絡(luò)支持，進(jìn)而改變我們的使用方式。

目前在我國(guó) 5G 網(wǎng)絡(luò)的逐步推進(jìn)中，既有 Sub-6GHz作為推進(jìn) 5G 覆蓋的組網(wǎng)方式作為當(dāng)前階段的主力，也有包括三大運(yùn)營(yíng)商以及高通為代表的技術(shù)廠商通過(guò)研發(fā)和試驗(yàn)來(lái)推動(dòng)毫米波技術(shù)的發(fā)展和商用進(jìn)程，讓5G 網(wǎng)絡(luò)滿足更多高數(shù)據(jù)傳輸需求的未來(lái)使用場(chǎng)景。這一點(diǎn)從 GSMA 發(fā)布的研究報(bào)告《5G 毫米波在中國(guó)的機(jī)遇》中也能看到相關(guān)介紹：

“應(yīng)該注意的是，盡管在某些情況下較低頻段也可以為這些應(yīng)用可以提供支持，但是在考慮到應(yīng)在特定區(qū)域內(nèi)支持的大規(guī)模連接設(shè)備時(shí)，毫米波的潛力才真正發(fā)揮作用?！?/p>

在超多設(shè)備同時(shí)使用高速網(wǎng)絡(luò)的使用場(chǎng)景：比如體育場(chǎng)在大型賽事舉辦期間，不僅要容納上萬(wàn)名觀眾的手機(jī)同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，還要支持 8K 乃至 AR、VR 更多形式的高清賽事轉(zhuǎn)播需求。在智能機(jī)械遍布的自動(dòng)化工廠中，對(duì)不同種類的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)要求機(jī)身響應(yīng)請(qǐng)求與指令，才能滿足生產(chǎn)需求的實(shí)時(shí)變化。這些都是毫米波 5G 技術(shù)能滿足現(xiàn)有使用需求、甚至大幅改變產(chǎn)業(yè)面貌的使用場(chǎng)景。

在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái) 5G 規(guī)劃中，運(yùn)營(yíng)商可以利用低、中、高三層頻段來(lái)協(xié)同組網(wǎng)：1GHz 以下頻段做覆蓋層，Sub-6GHz 做容量覆蓋主流 5G 設(shè)備，而毫米波則是熱點(diǎn)覆蓋高容量需求，從而建成一張全國(guó)性的廣覆蓋、大容量的5G網(wǎng)絡(luò)，其中最具想象力的，莫過(guò)于毫米波 5G 技術(shù)能夠給智慧生活智能工業(yè)帶來(lái)的更多改變，幫助我們真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

在這一過(guò)程中，高通作為毫米波技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商之一，也一直在針對(duì)毫米波現(xiàn)有的劣勢(shì)，推出更多的解決方案，來(lái)提升毫米波的可靠性以及數(shù)據(jù)吞吐性能，以拓展更多毫米波的使用場(chǎng)景。

在近日，由 GSMA 主導(dǎo)舉辦的 5G 毫米波技術(shù)研討會(huì)中，來(lái)自高通的駱濤博士，也就現(xiàn)在毫米波發(fā)展中高通的相關(guān)研究與落地成果進(jìn)行了講解：截止 2020 年年中，高通已經(jīng)推出了三代支持毫米波的驍龍 5G 調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)。

與此同時(shí)，不少手機(jī)廠商也已經(jīng)推出了基于驍龍移動(dòng)平臺(tái)打造的支持毫米波 5G的智能手機(jī)：一加就已經(jīng)率先推出了支持毫米波 5G 的智能手機(jī)并上市；未來(lái)一段時(shí)間，我們還將會(huì)看到越來(lái)越多的支持毫米波 5G 的智能終端進(jìn)入全球市場(chǎng)。

此外，5G 毫米波的低延時(shí)高傳輸速率的特性，還能滲透進(jìn)更多消費(fèi)電子生活場(chǎng)景：例如云游戲或云計(jì)算領(lǐng)域。這些多終端協(xié)調(diào)的交互類服務(wù)，都需要5G低時(shí)延通信特性的支持；與6GHz以下頻段相比，5G毫米波終端的實(shí)測(cè)下載速度快4倍，平均速率高達(dá)900Mbps，峰值速率超過(guò)2Gbps；對(duì)于現(xiàn)在仍然處于推廣早期的 4K/8K 視頻流媒體服務(wù)可以起到極大的促進(jìn)作用；最后，毫米波的高容量特性，還有助于推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供更多的無(wú)限流量套餐，這對(duì) 5G 時(shí)代的用戶來(lái)講自然是重大利好。

在未來(lái)，毫米波技術(shù)的快速落地，讓更多用戶能夠享受到基于毫米波技術(shù)的高速 5G 網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，也是包括高通在內(nèi)的不少?gòu)S商仍然在追求的目標(biāo)。提高毫米波的可靠性以及進(jìn)一步推動(dòng)毫米波在國(guó)內(nèi)的商用，都需要整個(gè)行業(yè)所有參與者一同制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)得以實(shí)用，才能讓 5G 技術(shù)真正在更多領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，實(shí)現(xiàn) 5G ”萬(wàn)物互聯(lián)“ 的未來(lái)愿景。