5G商用在即，盡管ITU已經(jīng)明確了5G的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，并給出了5G的商用化進(jìn)程時(shí)間表，但5G發(fā)展仍然面臨較大的不確定性，其中高頻段發(fā)展路線尚不清晰。

IMT-2020（5G）的工作推進(jìn)組之前公布的計(jì)劃顯示，我國(guó)今年將啟動(dòng)5G增強(qiáng)及毫米波技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)等工作。事實(shí)上，我國(guó)在毫米波技術(shù)上的積累并不薄弱，許多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)都有相關(guān)的研究積累，在基站技術(shù)中也有一定程度的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，這項(xiàng)技術(shù)有望在今年走向更為廣泛的商業(yè)現(xiàn)實(shí)。

加快部署是趨勢(shì)

中國(guó)通信學(xué)會(huì)發(fā)布的《通信集成電路系列前沿報(bào)告》認(rèn)為，無(wú)線通信的最大信號(hào)帶寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)帶寬也越大。在毫米波頻段中，28GHz、39GHz和60GHz頻段是最有希望使用在5G的頻段。28/39GHz頻段的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，而60GHz頻段每個(gè)信道的可用信號(hào)帶寬則到了2GHz。相比而言，4G?LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下，而可用頻譜帶寬只有100MHz。 因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬輕輕松松就翻了10倍，傳輸速率也可得到巨大提升。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，未來(lái)的超5G技術(shù)可能采用140GHz的載波頻段，實(shí)現(xiàn)吉赫茲的連續(xù)通信帶寬從而實(shí)現(xiàn)更寬帶更高速的無(wú)線互聯(lián)。

那么，毫米波的優(yōu)勢(shì)在哪里呢？首先，相比于傳統(tǒng)6GHz以下頻段毫米波天線的物理尺寸可以比較小。這是因?yàn)樘炀€的物理尺寸正比于波段的波長(zhǎng)，而毫米波波段的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)6GHz以下頻段，相應(yīng)的天線尺寸也比較小。因此可以方便地在移動(dòng)設(shè)備上配備毫米波的天線陣列，從而實(shí)現(xiàn)各種MIMO技術(shù)。

另一個(gè)特性是毫米波頻段在空氣中衰減較大，且繞射能力較弱。毫米波在空氣中衰減非常大這一特點(diǎn)也注定了毫米波技術(shù)不太適合使用在室外手機(jī)終端和基站距離很遠(yuǎn)的場(chǎng)合。各大廠商對(duì)5G頻段使用的規(guī)劃是在戶外開(kāi)闊地帶使用較傳統(tǒng)的6GHz以下頻段以保證信號(hào)覆蓋率，而在室內(nèi)則使用微型基站加上毫米波技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。因此，毫米波通信技術(shù)必須滿足微型基站的小型化和高能效需求。

放眼全球，很多國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商和制造商都在進(jìn)行毫米波頻段的5G系統(tǒng)研究以及驗(yàn)證工作。AT&T不久前表示將持續(xù)推進(jìn)毫米波的部署，Verizon早已展示了28GHz 5G無(wú)線原型系統(tǒng)，高通和英特爾都已發(fā)布了支持28GHz毫米波頻段的基帶芯片。

高頻器件是掣肘

總體來(lái)說(shuō)，毫米波頻段通信面臨的挑戰(zhàn)主要受限于高頻器件，相關(guān)的高頻核心器件主要包括：功率放大器、低噪聲放大器、鎖相環(huán)電路、濾波器、高速高精度數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列天線等。

為滿足更高階調(diào)制方式及多用戶通信等需求，高頻功率放大器和低噪聲放大器需要進(jìn)一步提升輸出功率、功率效率及線性度等性能；鎖相環(huán)系統(tǒng)需要進(jìn)一步改善其相位噪聲及調(diào)諧范圍等性能；濾波器需要提升其帶寬、插入損耗等性能；數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件要求滿足至少1GHz的信道帶寬的采樣需求，提高精度并降低功耗；新型的高頻陣列天線需要滿足高增益波束和大范圍空間掃描等方面需求；作為5G高頻段通信系統(tǒng)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵步驟，低成本、高可靠性的封裝及測(cè)試等技術(shù)也至關(guān)重要。

基礎(chǔ)技術(shù)是關(guān)鍵

在我國(guó)，工信部已于2017年7月批復(fù)24.75~27.5GHz和37~42.5GHz用于5G技術(shù)研發(fā)測(cè)試。記者了解到，目前在技術(shù)支持層面，包括多天線技術(shù)、寬帶的自動(dòng)處理能力等，我國(guó)已經(jīng)有了一定的技術(shù)儲(chǔ)備作為毫米波技術(shù)的基礎(chǔ)，可能先利用6GHz以下頻段技術(shù)。目前，很多中國(guó)運(yùn)營(yíng)商和廠商在積極推動(dòng)毫米波技術(shù)在這一頻段的應(yīng)用。華為與德國(guó)電信聯(lián)合宣布，雙方成功完成全球首次5G高階毫米波多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在毫米波集成電路領(lǐng)域取得了一批良好的研究成果。中國(guó)電科41所研制的毫米波與太赫茲測(cè)量系統(tǒng)項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，東南大學(xué)采用混合多波束結(jié)構(gòu)，在28GHz基于64通道的多波束陣，已經(jīng)能夠支持50Gbps的傳輸速率，頻譜利用率超過(guò)了100%……為了增強(qiáng)我國(guó)5G毫米波技術(shù)能力，《通信集成電路系列前沿報(bào)告》認(rèn)為，以下幾點(diǎn)值得產(chǎn)業(yè)關(guān)注。

強(qiáng)化毫米波及太赫茲等新型頻譜資源開(kāi)發(fā)利用、基礎(chǔ)技術(shù)及關(guān)鍵器件的研發(fā)。我國(guó)在這一領(lǐng)域尚未系統(tǒng)地掌握這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵器件，勢(shì)必影響到我國(guó)5G移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。目前我國(guó)已初步掌握了單通道毫米波與太赫茲系統(tǒng)與器件技術(shù)，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)攻克天線及射頻通道數(shù)達(dá)到數(shù)百至數(shù)千時(shí)的系統(tǒng)與終端設(shè)計(jì)技術(shù)、一體化天線、混合構(gòu)架波束成形集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)模混合集成電路與射頻封裝技術(shù)、設(shè)計(jì)與加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)毫米波與太赫茲頻段的有效利用，開(kāi)展基礎(chǔ)理論和方法研究。

加強(qiáng)5G跨界融合。鼓勵(lì)和協(xié)調(diào)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界以及更多垂直行業(yè)盡早參與研發(fā)規(guī)劃，使5G的研發(fā)能與“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”有機(jī)銜接。強(qiáng)化無(wú)線通信技術(shù)與IoT、安檢安放、高速光通信、先進(jìn)計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度交叉融合研究。無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展已逐步趨于性能極限，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)出大規(guī)模射頻天線技術(shù)與高速光互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、新型微電子與光電子器件密切結(jié)合與相互融合的特征，從而應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)與多樣性發(fā)展的應(yīng)用需求。?