5G毫米波的這些技術(shù)優(yōu)勢，將為行業(yè)開創(chuàng)超越想象的商業(yè)應(yīng)用前景。目前能夠預(yù)測的是，5G毫米波將在室內(nèi)外交通樞紐與場館等熱點(diǎn)覆蓋應(yīng)用場景、家庭和寫字樓的固定無線接入(FWA)、以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)用例中大有可為。在室內(nèi)外交通樞紐與場館等應(yīng)用場景中，用戶數(shù)多，高峰時(shí)期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求極大，毫米波能夠很好地滿足這些熱點(diǎn)區(qū)域的連接需求。此外，在家庭和寫字樓的網(wǎng)絡(luò)部署中，5G毫米波可作為中低頻基站的回傳，或者通過CPE提供寬帶服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對高清視頻、AR/VR等業(yè)務(wù)的良好支持。而在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，相關(guān)測試表明，即使在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，5G毫米波技術(shù)加上超可靠低時(shí)延通信(URLLC)技術(shù)能夠提供出色性能，滿足工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)低至1毫秒時(shí)延和高達(dá)99.9999%連接可用率的嚴(yán)苛要求，并能同時(shí)為高密度部署的工業(yè)手持設(shè)備及監(jiān)控?cái)z像頭提供高清視頻傳輸。

5G毫米波的挑戰(zhàn)與解決方案

5G毫米波因?yàn)轭l段高、傳播損耗高、繞射和衍射能力弱，覆蓋相對受限，這是5G毫米波通信系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)。根據(jù)中國聯(lián)通的實(shí)測結(jié)果，5G毫米波的穿透損耗遠(yuǎn)高于Sub-6GHz，同時(shí)惡劣天氣如雨、雪、霧等對毫米波的傳播也有不利影響。這使得業(yè)界對5G毫米波產(chǎn)生了“誤區(qū)”，以為它只能夠?qū)崿F(xiàn)視距傳輸和固定傳輸。然而現(xiàn)在已經(jīng)有多種解決方案來解決5G毫米波信號衰減和阻擋的問題。

首先，5G毫米波通過先進(jìn)的波束賦形技術(shù)增加EIRP(等效全向輻射功率)，提升覆蓋能力，能夠輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)百米的信號傳輸，緩解路徑損耗問題。這項(xiàng)技術(shù)不僅通過仿真實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證，而且在外場測試和商用部署中也得到了充分檢驗(yàn)。其次，在5G標(biāo)準(zhǔn)化中，5G毫米波波束管理成為5G毫米波標(biāo)準(zhǔn)化的工作重點(diǎn)，其中包括波束搜索、波束跟蹤以及波束切換等，使5G毫米波系統(tǒng)能在部分方向信號受到遮擋的情況下迅速捕捉新波束并動態(tài)地實(shí)施波束切換。最后，半導(dǎo)體材料和封裝技術(shù)的進(jìn)步也推動著5G毫米波技術(shù)快速發(fā)展，可將大規(guī)模陣列天線和射頻鏈路整合成性價(jià)比更高的相位陣列射頻器件(RFIC)，從硬件上為5G毫米波系統(tǒng)提供強(qiáng)大支持。

針對這些挑戰(zhàn)，高通公司中國區(qū)研發(fā)負(fù)責(zé)人徐晧博士透露，高通的思路是通過完整的系統(tǒng)級解決方案來提供更有效的集成和優(yōu)化。例如，驍龍5G調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)集成了調(diào)制解調(diào)器、射頻收發(fā)器和射頻前端的芯片組，以及毫米波天線模組和軟件框架。高通擁有整個(gè)系統(tǒng)的所有關(guān)鍵組件，可在系統(tǒng)的所有子組件層面協(xié)同設(shè)計(jì)硬件和軟件，進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新和技術(shù)優(yōu)化，比如可支持最優(yōu)上行鏈路吞吐量、同時(shí)滿足傳輸上限的Smart Transmit技術(shù);可實(shí)現(xiàn)出色傳輸能效與網(wǎng)絡(luò)性能的寬頻帶包絡(luò)追蹤技術(shù);可支持更高吞吐量、更高通話可靠性、更廣網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的Signal Boost技術(shù);可實(shí)現(xiàn)出色接收能效的5G PowerSave技術(shù)等。

目前主流設(shè)備和芯片廠商均支持800M帶寬，高通已有多代商用毫米波天線模組產(chǎn)品能夠支持毫米波全頻段。此外，海思Balong 5000、三星Exynos 5123、聯(lián)發(fā)科Helio M80等系列芯片也能夠支持毫米波。在移動終端方面，一加、摩托羅拉、三星、LG、聯(lián)想、宏碁、SierraWireless、移遠(yuǎn)通信、廣和通、Telit、Inseego、Netgear、OPPO、友訊(D-link)、亞旭、夏普等業(yè)界領(lǐng)先廠商發(fā)布了多樣化5G毫米波商用終端，覆蓋智能手機(jī)、PC、熱點(diǎn)和固定無線接入CPE等。在一加與愛立信共同完成的2020年IMT-2020毫米波終端測試中，使用一加8手機(jī)，配合愛立信基站，4cc下行吞吐率可達(dá)2.1Gbps，最大距離可達(dá)1.2公里。

解決5G毫米波覆蓋問題的另一個(gè)解決方案是采用小蜂窩(Small Cell )技術(shù)。在5G 時(shí)代，單一基站類型很難滿足所有通信需求和部署場景。與5G中低頻宏站相比，5G毫米波Small Cell 基站覆蓋半徑相對較小，部署密度更大，可以通過減小通信距離來保證高峰值吞吐量，并通過提高部署密度來充分保證覆蓋效果。Small Cell 基站部署場景廣泛， 既能室內(nèi)部署，也能室外部署，為匹配不同部署場景和使用需求，可以采用從分布式到集中式等不同5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形態(tài)，最典型的部署場景是各種熱點(diǎn)地區(qū)，比如會議室、大型體育場館、音樂廳，各類交通樞紐如機(jī)場、火車站、地鐵站等。

5G毫米波面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)是終端移動管理問題。由于高頻信號傳播特點(diǎn)，5G毫米波小區(qū)覆蓋半徑通常較小，終端在移動狀態(tài)下由于小區(qū)切換較頻繁而易于出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷。3GPP標(biāo)準(zhǔn)針對這一問題提出了小區(qū)切換方案和快速波束恢復(fù)機(jī)制。此外，運(yùn)營商可以采取“5G Sub-6 GHz+4G LTE+毫米波”的5G 部署策略，利用載波聚合(CA)技術(shù)和雙連接(DC) 技術(shù)將中低頻和5G毫米波有機(jī)結(jié)合起來，以提供極致的用戶體驗(yàn)。

5G毫米波面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)是產(chǎn)品復(fù)雜性高，實(shí)現(xiàn)難度大，特別是天線設(shè)計(jì)。針對這一挑戰(zhàn)，業(yè)界提出了AiP(Antenna in Package)方案，借助封裝材料與工藝的進(jìn)步，將天線、射頻收發(fā)器和射頻前端集成在封裝內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的無線通信功能。AiP技術(shù)順應(yīng)了硅基半導(dǎo)體工藝集成度提高的趨勢，同時(shí)兼顧了天線性能、成本及體積。

圖3：5G毫米波天線的覆蓋范圍。(來源：GSMA)