全球超120家運營商爭相投資，5G毫米波 究竟有何魔力？

（記者 杜峰）隨著5G網絡部署縱深挺進，5G毫米波的部署也在全球各地逐漸展開。據最新數據，截至2020年8月，全球範圍內已經有22家運營商部署了毫米波5G系統，超過120家運營商正在投資毫米波。

毫米波作為一片尚待開墾的蠻荒之地，引得全球運營商蜂擁而至，毫米波何以贏得如此青睞？毫米波全球進展如何？目前又有什麼瓶頸呢？

全球5G毫米波研究如火如荼

隨著R16版本的凍結，人們逐漸將關注目光放在5G的關鍵技術毫米波技術上。所謂的毫米波就是波長為1-10毫米的電磁波。5G頻段目前分成兩個部分，FR1頻段和FR2頻段。FR1頻段的頻率範圍是450MHz——6GHz，又叫Sub 6GHz頻段；FR2頻段的頻率範圍是24.25GHz——52.6GHz，也就是我們這裡所說的毫米波。

全球對5G毫米波推進緊鑼密鼓。全球自2018年上半年啟動毫米波頻譜拍賣，目前已有北美、亞太、歐洲等多個區域進行了毫米波頻段的頻譜分配。美國因為Sub-6頻段資源極其緊缺（大量被軍方佔用），所以將毫米波頻段作為5G先行部署的主要頻段。美國於2020年完成24GHz、28GHz、37GHz、39GHz以及47GHz頻譜拍賣，為5G商用部署提供了充足的頻率資源。

此外，韓國於2019年完成28GHz頻譜拍賣，歐洲毫米波頻譜集中在26GHz，其中義大利已經進行了毫米波頻譜資源的拍賣，德國和英國正在計劃之中。

在完成頻譜拍賣基礎上，美國的幾大主流通信運營商包括AT&T、T-Mobile和Verizon均已推出了5G毫米波的商用服務，在紐約、洛杉磯、芝加哥等多個城市進行毫米波商用部署。日本NTT docomo、韓國KT在內的多個運營商也已經開始了5G毫米波系統商業部署並取得積極進展。

GSA表示，截至2020年6月，僅在24.25-29.5GHz頻譜範圍內，全球已有42個國家/地區的127個運營商以試驗、許可證、部署或運營網絡的形式進行了5G投資。

目前我國5G毫米波頻段資源雖然沒有進行正式分配，但毫米波研究和測試進展也在加速。今年3月24日，工信部明確發文，要求：「適時發布部分5G毫米波頻段頻率使用規劃」，「組織開展毫米波設備和性能測試，為5G毫米波技術商用做好儲備」。按照中國IMT-2020（5G）推進組統籌規劃， 2020年重點驗證5G毫米波基站和終端的功能、性能和互操作，2020—2021年開展典型場景應用驗證。

三大運營商也都有各自的毫米波商用計劃時間表。中國聯通表示，將在2021年6月完成冬奧場館設備部署和毫米波應用產品體驗部署。中國移動研究院無線技術研究所副主任李男透露，將在2022年具備毫米波的規模商用能力。中國電信在積極參加工信部組織的毫米波外場試驗的同時，也正在進行毫米波調研和研究工作。

除了運營商，華為、中興、諾基亞、愛立信也都在加大毫米波研發。華為完成了5G毫米波關鍵技術測試的功能、射頻和外場性能，華為海思晶片進行了5G毫米波關鍵技術的室內功能測試；中興通訊與高通公司成功實現了基於智慧型手機的5G毫米波互操作性測試；愛立信截至2020年中，已經完成超過20個商用網或試點的建設；諾基亞貝爾則在8月31日在懷柔IMT-2020 5G試驗外場中首家成功展示毫米波4Gbit/s峰值性能。

毫米波具有無可比擬的優勢

隨著中低頻段（6GHz以下）無線電業務越來越繁多，可用的頻譜資源日益匱乏，毫米波成為可開發掘的重要寶藏。與6GHz以下頻段相比，毫米波也有著很多優勢。

首先，極寬的帶寬。通常認為毫米波頻率範圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。相比於Sub-6頻段分配資源時只能5MHz、10MHz、20MHz，毫米波可以輕鬆分配100MHz以上的帶寬資源，基於如此充沛的頻率帶寬資源，毫米波5G的無線傳輸速度可以輕鬆超過Sub-6數倍，無線傳輸速率可達10Gbit/s以上。

其次，毫米波傳播的定向性將會更具優勢。毫米波由於傳播距離比6GHz以下頻率更短，因此在整個傳播路徑下，毫米波信號間受到幹擾的可能性將會變得更小，傳播的精度有所提高。同時，被遠距離截獲的可能性將變得更低，在通訊安全方面，有著無可比擬的優勢。在衛星通信、地球資源和氣候變化監測以及射電天文學等多種無線電業務有著廣闊的應用空間。

再次，毫米波系統更容易小型化。眾所周知，頻段越高，對於接收天線的尺寸要求就會越低。這意味對於支持毫米波的終端而言，機身內部的接收天線可以做更小。因此，在軍用領域就可以在大幅降低飛彈等武器的直徑和重量，從而帶來更大的射程或更快的速度。

最後，毫米波具有低時延特性。毫米波子載波間隔大，單SLOT周期（120kHz）是低頻Sub-6G（30kHz）的1/4，空口時延降低，可滿足行業需求，如工業自動化、遠程醫療、自動駕駛、虛擬實境等領域中應用毫米波技術，給企業帶來實實在在的產業升級體驗。

可以說，毫米波提供數千兆級數據速率、更大容量和更低時延，對充分釋放 5G性能、容量、吞吐量的全部潛能至關重要。正是由於毫米波有著如此多的優點，5G毫米波無論是個人終端消費，還是工業製造業、醫療健康等市場，都有著豐富多樣的垂直應用場景。

對此，中國電信研究院無線通信研究所專家蔣崢認為，毫米波是5G網絡不可或缺的部分，未來應該與較低頻段的5G網絡協同，為推動中國智能化產業升級作出貢獻。

釋放5G毫米波潛能需突破性瓶頸

毫米波面向室外部署，能夠顯著提升當下的移動體驗。面向室內部署，毫米波能夠與Wi-Fi互補，帶來卓越速度和無限容量。

GSMA在《在毫米波頻段提供5G服務的社會經濟效益研究》中預測，2020—2034年，毫米波5G對全球GDP的貢獻將呈指數增長態勢，2034年將為全球GDP貢獻5650億美元，不過就目前來看，毫米波的商用部署還面臨眾多挑戰。

一方面，毫米波技術還未達到完全成熟，由於毫米波的衍射和繞射能力差，在複雜環境下傳播覆蓋範圍小，自由空間傳播損耗大，運營商需要實現大規模覆蓋往往需要投入更多的成本，會出現成本高、功耗大等一系列問題，顯然，在基站設備成本目前偏高，不利於市場推廣，有待進一步研究降本方案。中國移動研究院無線與終端技術研究所高級研究員張儷認為，毫米波在技術方案、電性能指標、產品成熟度、成本等方面有待逐步優化。

另一方面，毫米波產業鏈也待成熟。從產業鏈角度看，目前毫米波仍面臨支持比例較低，晶片豐富度不足，根據GSA最新統計，僅30%左右的終端支持毫米波。在晶片方面，5G毫米波國產晶片的量產能力有待驗證，目前主要集中於高校及研究所開發，亟待推動國內產業鏈成熟。值得一提的是，前不久，南京網絡通訊與安全紫金山實驗室已研製出CMOS毫米波全集成4通道相控陣晶片，並完成了晶片封裝和測試，每通道成本由1000元降至20元。中國科學家自主研發成功成本毫米波晶片，不僅極大增強了話語權，在一定程度上也會加快5G毫米波商用。

5G毫米波系統的規模部署和商業經營將是5G後續演進和6G技術研發的重要基礎。目前運營商、設備商、終端廠商均在積極推動毫米波技術的成熟，通過5G毫米波系統的規模部署，有望開啟5G發展的新階段，為我們工作生活和產業發展帶來翻天覆地的變化。