毫米波：不被看好的技术也能成功

2019-05-03 04:49

5G时代在今年即将来临，在新的网络环境下，5G新空口毫米波、Sub－6GHz，以及不断优化的LTE将会实现对人类从生活到工作的全方位覆盖，其中对于很多人还感觉有些陌生的毫米波来说，将会担负起对于室内、人流密集区域的覆盖任务，已经成为了5G时代的“半边天”。

然而，对于将在未来解决以往网络中用户痛点的毫米波来说，曾经却被怀疑者质疑为是错误的选择，而毫米波的故事正是一部从把不可能变为可能的科学探索史。

险被“打入冷宫”的毫米波

曾经有句话说，是金子总会发光，但是如果没有慧眼识珠的伯乐，金子也很容易在历史的长河中黯淡无光下去。实际上，毫米波并不是一项陌生的技术，从定义上看，在高频段范围内的频谱即可称为毫米波。此前，毫米波频率也在一些应用中得到了使用，最被大家所经常接触的无疑是应用在802.11ad的WiFi，可以通过60GHz频谱进行室内高分辨率视频传输。另外，卫星及广播领域也早已使用。

不过，毫米波却差一点与移动通信擦肩而过，在2G、3G、4G普遍采用优质频谱资源的惯性思维下，由于毫米波频谱传播距离有限、穿透力不强、衰减快，很难保证手机等移动设备在复杂信道环境下的不间断的连接需求，所以也就在一开始被很多人把毫米波“移动化”的课题打入了冷宫。

但是，这世界上总有很多科学家勇于挑战，知难而上。毕竟在6GHz以下频谱已经被大量占用的情况下，尽管可以通过载波聚合，在同一时间段内传输更多的数据，从而实现更高的速率，但这样的方法难以提供显著的用户速度提升。而利用毫米波内的宽频谱，可以把无线宽带的传输速率进行翻倍，甚至是10倍，兑现5G超高速率的承诺。

高通在1990年便开始对毫米波、MIMO和先进射频技术开展多年的基础技术研究工作。其实，毫米波有着不少先天的优势，毫米波频段拥有海量带宽，比目前正在使用3G／4G带宽多25倍，大带宽可以实现数千兆级数据速率，还可以支持密集空间重用，解决重点区域承载问题，同时还具备低时延的特性，可以满足更多领域的需求。对于毫米波的信号短板，研究人员发现，通过改进射频，利用多天线技术也许就能让毫米波从不可能变为可能。

打破毫米波“移动化”质疑

时间一晃来到2015年，毫米波“移动化”迈出重要一步，高通率先让质疑者对于毫米波的否定开始失声。在2015年10月在5G分析师日活动上展示了波束导向支持的非视距毫米波移动性，随即又在2016年巴塞罗那的MWC上对外演示这一5G毫米波设计。当时，高通的工程师们展示了以28GHz频段运行的TDD同步系统，构建的毫米波拥有128个天线阵元，16个可控射频信道，而设备则包含了4 个可选子阵列，每个子阵列拥有4个可控射频信道。这也为日后毫米波基站商业化提供了参考思路。

利用该系统，高通展示了智能波束成形和波束跟踪技术，展示在设备移动、射频信道条件发送变化的情况下仍然保持相对稳定的信噪比。在其他测量中，通过系统测量的视距覆盖约为350米，而在曼哈顿进行的户外密集型城市的模拟测量，得到的结果是约150米的非视距覆盖。这为后来实现移动设备在移动过程中获得无缝的毫米波覆盖奠定了基础。

随即，毫米波的落地进程开始全面加速，2015年的演示迅速在2016年10月成为现实，在高通发布的全球首款5G调制解调器骁龙X50中，对毫米波和Sub－6GHz全部提供了支持，同时还配套推出SDR051毫米波射频收发器。这也预示着毫米波将在5G发展中扮演其重要角色。而也正是因为骁龙X50调制解调器的发布，让OEM厂商开始有机会来率先优化终端，以应对毫米波的挑战。

当网络、终端、传输测量等万事俱备的情况下，毫米波的开始被业界所认可，毫米波也即将迎来自己在移动通信领域的大爆发。

毫米波“高速公路”撑起“5G半边天”

2017年3月，3GPP对外公布了加快5G新空口的eMBB工作计划，其中表示除了要发展6GHz以下频谱的相关技术外，也会发展在6GHz以上的频谱，支持毫米波于2019年实现部署。全球的5G标准已经不再像以前一样仅面向3GHz以下频段设计，而是提供一个统一设计，让3.3到5GHz的中频段与24GHz以上的毫米波都能得到利用。

这也意味着毫米波正式被人们确定为5G时代的“高速公路”，这条公路避开了原有的已经拥挤不堪、被大量占用的6GHz以下频段，凭借海量的频谱带宽，可以实现10倍于6GHz以下频段LTE网络的速率，可谓另辟蹊径。

同年6月，在工信部无线电管理局公开征集24.75－27.5GHz、37－42.5GHz或其他毫米波频段5G系统频率规划的意见。其中明确表示，频率规划对5G系统技术研发和应用起着重要的导向作用，毫米波频段将为5G系统重要工作频段。7月，工信部批复4.8－5.0GHz、24.75－27.5 GHz和37－42.5GHz频段用于我国5G技术研发试验，试验地点为中国信通院MTNet试验室以及北京怀柔、顺义的5G技术试验外场。毫米波这条5G“高速公路”的构建也开始在我国进入试验阶段。

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