毫米波在5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用還需要解決哪些問(wèn)題

近期，著名蘋(píng)果分析師郭明錤發(fā)布報(bào)告稱(chēng)，2020年蘋(píng)果將發(fā)布5款新iPhone，支持毫米波/sub-6GHz技術(shù)，給一批關(guān)注5G毫米波應(yīng)用的人士帶來(lái)了小小的驚喜。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP把5G頻段分為FR1頻段和FR2頻段，F(xiàn)R1頻段就是范圍為450MHz—6GHz的sub-6GHz頻段，而FR2頻段則是24.25GHz—52.6GHz的毫米波頻段。因此，全球5G部署的頻段只有兩種，sub-6GHz和毫米波。

不管蘋(píng)果是否能讓預(yù)測(cè)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，5G對(duì)毫米波頻譜資源挖掘的商用前景日漸深入人心。2019年世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì)（WRC-19大會(huì)），全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）首席監(jiān)管官約翰·朱斯蒂（John Giusti）對(duì)5G毫米波業(yè)務(wù)前景撰文：“從2020年到2034年，在15年的時(shí)間里，對(duì)毫米波頻譜資源的利用有望推動(dòng)全球GDP增長(zhǎng)5650億美元。”

毫米波因5G受寵

無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳播以無(wú)線(xiàn)電波的形式存在，就像車(chē)輛必須行駛在路上，所有的無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)都離不開(kāi)無(wú)線(xiàn)電頻率，它以Hz（赫茲）為計(jì)量單位。如果每個(gè)Hz的無(wú)線(xiàn)電波是一個(gè)琴鍵，鋼琴的琴鍵就是全部的無(wú)線(xiàn)電頻率，整個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻譜被分為9段（頻段），分別有著不同的應(yīng)用空間。

如中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤所言，頻譜是無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。如果從意大利人馬可尼和俄國(guó)人波波夫同在1895年進(jìn)行的無(wú)線(xiàn)電通信試驗(yàn)算起，頻譜被認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)和利用已超過(guò)百年，在這個(gè)不斷征服更多頻段獲得更大帶寬的過(guò)程中，5G的出現(xiàn)終于讓毫米波成了香餑餑。

毫米波是指1—10毫米之間的電磁波，通常對(duì)應(yīng)30GHz—300GHz間的無(wú)線(xiàn)電頻譜，目前毫米波主要應(yīng)用于衛(wèi)星通信、雷達(dá)和軍事等領(lǐng)域。

除了30GHz之內(nèi)的頻譜資源已被運(yùn)營(yíng)商和各類(lèi)機(jī)構(gòu)瓜分殆盡外，5G使用毫米波的理由簡(jiǎn)單極了，因?yàn)檫@部分頻譜擁有連續(xù)可用的超大帶寬，可以滿(mǎn)足5G對(duì)超大容量和極高速率的傳輸需求。

但是，頻率越高的電磁波傳播距離越近，屬于“極高頻”的毫米波在傳播時(shí)有很大的路徑損耗，不但難以穿過(guò)建筑或障礙物，甚至一片葉子、一滴雨水都有可能將它吸收。

高通中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)孟樸說(shuō)：“5G幾乎將用到包括毫米波在內(nèi)的全球所有可用的頻率，5G發(fā)展的每一階段都會(huì)出現(xiàn)很多新的技術(shù)挑戰(zhàn)。比如，5G射頻將有超過(guò)1萬(wàn)種可能的頻段組合，這種復(fù)雜性比4G時(shí)代高出一個(gè)數(shù)量級(jí)?！?/p>

而且，隨著新材料、新技術(shù)和新工藝的提升，毫米波在5G時(shí)代大規(guī)模應(yīng)用的種種掣肘也將逐步被解決。

頻譜焦點(diǎn)之爭(zhēng)未休

當(dāng)中低頻段（6GHz以下）可用的頻譜資源再難被釋放，毫米波頻段成為支撐和保障5G應(yīng)用的新希望。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）為不久前舉辦的WRC-19大會(huì)專(zhuān)設(shè)的1.13議題便聚焦于24.25GHz—86GHz頻段范圍內(nèi)的11個(gè)候選頻段，尋找5G新增頻段。

1.13議題的重要任務(wù)還包括在開(kāi)展兼容性研究的基礎(chǔ)上，修改相關(guān)國(guó)際規(guī)則或制定保護(hù)措施，以避免5G業(yè)務(wù)與已使用這個(gè)頻段范圍的衛(wèi)星通信、地球資源和氣候變化監(jiān)測(cè)及射電天文學(xué)等無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)發(fā)生干擾，求得和諧共存。

中國(guó)代表團(tuán)5G毫米波議題主要負(fù)責(zé)人、國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心王坦博士強(qiáng)調(diào)，上述兩項(xiàng)任務(wù)的結(jié)果將對(duì)信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，因此，5G毫米波議題成為WRC-19大會(huì)世界各國(guó)及國(guó)際組織博弈的主戰(zhàn)場(chǎng)。

雖然此次大會(huì)上，26GHz頻段（24.25GHz—27.5GHz）、40GHz頻段（37GHz—43.5GHz）以及66GHz—71GHz頻段全部或部分標(biāo)識(shí)為全球統(tǒng)一的5G頻段，但圍繞這3個(gè)頻段的使用條件爭(zhēng)論未休。

比如，全球5G產(chǎn)業(yè)極力爭(zhēng)取的26GHz頻段具有頻點(diǎn)低、帶寬大、設(shè)備實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，但該頻段與衛(wèi)星地球探測(cè)業(yè)務(wù)相鄰，制定全球統(tǒng)一的5G基站帶外無(wú)用射頻限值，是降低5G系統(tǒng)干擾可能性的重要技術(shù)手段。

限值越小，技術(shù)指標(biāo)越嚴(yán)格，意味著設(shè)備器件研發(fā)投入、組網(wǎng)成本越高，頻率保護(hù)相應(yīng)也會(huì)增加；限值越寬松，越會(huì)對(duì)鄰頻氣象業(yè)務(wù)帶來(lái)干擾隱患。帶外射頻限值是寬是嚴(yán)，不僅關(guān)系到產(chǎn)業(yè)利益和人類(lèi)觀(guān)測(cè)自然之間的權(quán)衡，也關(guān)系到各國(guó)戰(zhàn)略布局。

而被細(xì)分為3個(gè)連續(xù)頻段的40GHz頻段，分布著各種衛(wèi)星業(yè)務(wù)、定位業(yè)務(wù)、射電天文、空間研究等無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于，是把3個(gè)頻段都用于5G，還是只明確其中一段。中國(guó)希望空間和地面產(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展，將其中一部分用于5G，認(rèn)為給衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間與保護(hù)其他無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)同樣重要。

商用部署尚待成熟時(shí)機(jī)

適時(shí)發(fā)布5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，是引導(dǎo)5G毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。按照全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）大中華區(qū)公共政策總經(jīng)理關(guān)舟的預(yù)測(cè)，5G毫米波頻段落錘，工信部將很快開(kāi)啟毫米波在國(guó)內(nèi)的規(guī)劃。

作為中國(guó)毫米波規(guī)劃工作的重要支撐，我國(guó)IMT-2020（5G）推進(jìn)組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)推進(jìn)組）組織的中國(guó)5G增強(qiáng)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)毫米波頻段的測(cè)試試驗(yàn)中，全球產(chǎn)業(yè)鏈中的系統(tǒng)、芯片、儀表等主要企業(yè)均有不同程度的參與。推進(jìn)組5G試驗(yàn)工作組組長(zhǎng)、中國(guó)信通院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所副總工程師徐菲稱(chēng)，測(cè)試進(jìn)展比預(yù)期計(jì)劃大大提前。

那么，5G毫米波什么時(shí)候才可在我國(guó)部署商用？

推進(jìn)組的測(cè)試計(jì)劃劃出了大致時(shí)間線(xiàn)：2019年8月—12月，驗(yàn)證5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)特性；2020年，計(jì)劃驗(yàn)證毫米波基站和終端的功能、性能和操作，開(kāi)展高低頻協(xié)同組網(wǎng)驗(yàn)證；2020—2021年，計(jì)劃開(kāi)展典型場(chǎng)景驗(yàn)證。

從運(yùn)營(yíng)商的角度來(lái)看，中國(guó)移動(dòng)研究院首席專(zhuān)家劉光毅在2019年5G毫米波技術(shù)創(chuàng)新研討會(huì)上透露，中國(guó)移動(dòng)已完成5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，計(jì)劃在2022年逐步進(jìn)行5G毫米波商用。

顯然，中國(guó)的5G毫米波計(jì)劃不像美國(guó)那么激進(jìn)。

美國(guó)在5G試驗(yàn)和商用部署時(shí)使用了毫米波，中國(guó)工程院院士劉韻潔曾分析稱(chēng)，關(guān)鍵原因在于美國(guó)6GHz以下的頻段全部歸軍方使用。

與美國(guó)相反，中國(guó)未陷在頻譜“困境”中，在3GHz和4GHz頻段的頻譜使用和6GHz以下頻段的5G系統(tǒng)、終端設(shè)備均領(lǐng)先全球，為5G初期的大規(guī)模快速部署提供了保障。

毫米波的典型使用場(chǎng)景是自回傳，不需要光纖鏈路。從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的角度看，美國(guó)和歐洲部分地區(qū)的光纖覆蓋遠(yuǎn)不如中國(guó)，使用微波技術(shù)做回傳是經(jīng)濟(jì)可行的方案。

因此，在5G毫米波產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟的情況下，中國(guó)當(dāng)前的5G部署策略是更為成熟的選擇。正如工信部部長(zhǎng)苗煒?biāo)鶑?qiáng)調(diào)的：“尊重市場(chǎng)規(guī)律，推動(dòng)5G應(yīng)用漸進(jìn)式發(fā)展。5G應(yīng)用涉及很多新興領(lǐng)域，更需要我們不斷探索、不斷總結(jié)，在培育過(guò)程中采取‘沿途下蛋’的策略，使5G應(yīng)用不斷落地。”