摘要：全球5G網路頻段主要分為Sub-6GHz頻段和毫米波（mmWave）頻段。5G毫米波網路與Sub-6GHz網路並不是“二者只能選其一”的對立關係，而是“魚和熊掌可以得兼”的互補關係，各國選擇先走何種技術路線，更多是基於自身的國情來考慮。而中國在5G Sub-6GHz網路建設成熟之後，對於5G毫米波網路的建設也已經被提上了日程。
全球5G網路頻段主要分為Sub-6GHz頻段和毫米波（mmWave）頻段。5G毫米波網路與Sub-6GHz網路並不是“二者只能選其一”的對立關係，而是“魚和熊掌可以得兼”的互補關係，各國選擇先走何種技術路線，更多是基於自身的國情來考慮。而中國在5G Sub-6GHz網路建設成熟之後，對於5G毫米波網路的建設也已經被提上了日程。
2020年3月，工信部就釋出了“關於推動5G加快發展的通知”，通知明確提到“適時釋出部分5G毫米波頻段頻率使用規劃，組織開展毫米波裝置和效能測試，為5G毫米波技術商用做好儲備”。2021年4月30日，工信部又釋出了《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》徵求意見稿（以下簡稱“意見稿”），該意見稿提出，到2023年，我國5G個人使用者普及率將超40%，使用者數超過5。6億。同時，意見稿提出，將“適時釋出5G毫米波頻率規劃，探索5G毫米波頻率使用許可實行招標制度”。這也意味著繼5G Sub-6GHz網路在國內全面鋪開之後，5G毫米波在國內的建設也即將起航。此外，工信部總工程師田玉龍在3月國新辦新聞釋出會上在談到推動資訊通訊業高質量發展的時候強調，“將有序推進5G網路建設，加快6G的佈局”。
5G毫米波與Sub-6GHz是互補關係
毫米波是指波長為1mm至10mm，頻率為30GHz至300GHz的電磁波。而在行動通訊領域，通常將24GHz-100GHz的電磁波稱為毫米波。
2019年國際電信聯盟（ITU）的世界無線電通訊大會（WRC-19）已確定24GHz至86GHz之間的毫米波頻段將用於國際行動通訊（IMT），其中24。25-27。5GHz、37-43。5GHz和66-71GHz頻段為全球融合一致的IMT頻段。
相對於Sub-6GHz（6GHz以下頻段）的5G系統，5G毫米波通訊擁有從24GHz到100GHz範圍的超大頻寬，使得其具有更高速率、更低時延和靈活彈性空口配置等獨特的優勢，可以有效滿足未來無線通訊對於系統容量、傳輸速率和差異化應用等需求。
比如在傳輸速率上，Ookla基於其旗下Speedtest應用的大量實測資料的最新分析顯示，5G毫米波頻段可達Sub-6GHz頻段的16倍。
其次，5G採用子載波和時隙兩個維度一起來傳輸資料，毫米波具有高頻寬的特點，子載波間隔大，對應時隙較小，這也使得5G毫米波時延僅為Sub-6GHz頻段的25%左右；同樣由於毫米波擁有更大的可利用頻寬、更高的傳輸速率，這也使得其能夠提供更大的容量以滿足更廣泛的終端接入。
此外，5G毫米波的更高下行速率，可以在減少干擾的同時支援密集的空間複用，能夠更好的解決同一區域同一時間大量使用者上網的擁堵問題，特別適合是在車站、機場、體育場館等人口密集的場景應用。
在相關行業應用領域，如超高畫質影片直播、安防監控、遠端醫療以及部分工業應用等對上傳速率及低時延存在較高要求的場景下，5G毫米波大上行、更低時延的特性則可以更好的滿足這些需求。
特別需要指出的是，5G毫米波網路可以實現自回傳，無需藉助於光纖網路與核心網的連線。基於Sub-6GHz的5G網路，依然是需要依賴於傳統的光纖回傳方案，即每個5G基站與核心網之間都需要透過光纖連線，而這也增加了部署成本。5G毫米波IAB （Integrated Access and Backhaul，整合接入和回傳）技術，可以支援5G毫米波基站藉助其他5G毫米波基站作為中繼節點，透過多跳功能，最終以無線傳輸的形式回傳到核心網，這將極大節省部署成本。而這也使得5G毫米波基站能夠支援更具成本效益的密集部署。
此外，毫米波技術還可被應用於 5G 車聯網 （V2X），提供遠超 GPS 和 LTE 精度的定位服務（精度可達亞米級）。
中國聯通科技創新部總經理馬紅兵介紹：“5G毫米波透過與MEC、AI技術結合，毫米波可以為目標客戶提供定製化專網服務，可廣泛應用於智慧廠區、智慧園區和智慧碼頭等場景。”
雖然毫米波相比Sub-6GHz頻段在速度和時延等方面更具優勢，但也有其侷限性，比如訊號易衰減，穿透力差，易受阻擋；雖然目前已有波束成形、波束追蹤等技術可以很好地解決這些問題。但是Sub-6GHz頻段在覆蓋範圍和部署成本上，還是具有更大的優勢。
總而言之，5G毫米波網路與Sub-6GHz網路部署並不是相互競爭和替代的關係，而是相互補充的關係。利用Sub-6GHz實現5G的廣覆蓋，利用毫米波系統實現室內場館（體育賽事、演唱會、大型會議）、交通樞紐（地鐵站、高鐵站）及辦公區域覆蓋，以及室外熱點覆蓋、無線寬頻接入等。毫米波與Sub-6GHz協同部署，可以實現大容量和廣覆蓋的有機結合。
中國5G毫米波部署前期準備早已開始，進展順利
如果說Sub-6GHz網路解決了5G的覆蓋問題，那麼5G毫米波網路則更能夠最大限度地發揮出5G的優勢，從而釋放更大的價值。
高通中國區董事長孟樸也表示：“要想達到5G最初的設計目標，需要利用所有的頻譜資源。Sub-6GHz的中低頻段能夠實現覆蓋範圍、容量和效能的平衡，而24GHz以上的高頻毫米波，則可支援極致的5G效能和容量，為眾多場景和行業帶來下一代無線連線體驗，為工業網際網路等垂直領域帶來超可靠低時延的行動通訊。”
根據去年9月GSMA釋出的《5G毫米波技術白皮書》預測，到2035年之前，5G毫米波將對全球GDP做出5650億美元的貢獻。其中，在2034年之前，在中國使用5G毫米波頻段所直接帶來的經濟受益將達到約1040億美元。
目前美國、日本、歐洲和東南亞均開展了5G毫米波部署。而根據GSA今年3月公佈的資料顯示，目前全球已有超過150家運營商正在投資5G毫米波技術。
根據中國IMT-2020（5G）推進組的5G毫米波測試規劃，2019年已經開始了對毫米波進行測試，驗證5G毫米波關鍵技術和系統特性；2020年開始，進一步驗證毫米波基站和終端的功能、效能和互操作，開展高低頻協同組網驗證；與此同時，中國IMT-2020（5G）推進組還適時開展了典型場景驗證。
2019年10月，在IMT-2020（5G）推進組的組織下，中興和高通實現了中國首個基於智慧手機的5G毫米波互操作性測試（IoDT）。在2020年7月初發布的3GPP Rel-16版本中明確了全新的毫米波MIMO OTA測試方法的兩個月後，9月底，在IMT-2020（5G）推進組的組織下，高通在信通院MTNet實驗室，率先完成基於3GPP Rel-16 MIMO OTA測試方法的毫米波效能測試。至此，高通也成為在中國首家參與並透過全部十項26GHz 5G毫米波射頻測試的晶片廠商。
在毫米波測試工作有序推進的同時，晶片產品的特性也面向中國毫米波部署需求不斷最佳化。2021年5月19日，高通宣佈專門針對其2月釋出的全球首個10Gbps 5G調變解調器及射頻系統——驍龍X65，推出升級特性和功能：支援毫米波200MHz頻寬、毫米波SA模式，從而滿足中國毫米波網路部署所需的關鍵需求。
針對毫米波將大展身手的行業應用場景，中國毫米波產業上下游廠商正在發力。2021年5月21日，在IMT-2020（5G）推進組和中國聯通的技術指導下，中興、中國聯通、高通與TVU Networks在實驗室環境下成功在26GHz（n258） 頻段上完成全球首次基於大上行幀結構的5G毫米波8K影片回傳業務演示。
在本次演示中，中興提供了5G毫米波基站，TVU Networks的5G多網聚合路由器透過搭載高通驍龍 X55 5G調變解調器及射頻系統和高通QTM527毫米波天線模組的CPE形態的測試終端提供的5G毫米波連線，將實時採集的8K影片內容透過5G毫米波上行鏈路實現穩定的回傳，並最終在接收端成功接收進行回放。
根據IMT-2020（5G）推進組的5G毫米波測試計劃，2021年將推動毫米波大上行幀結構，支援差異化應用場景。超高畫質影片尤其是8K影片的實時回傳，對行動網路的上行鏈路頻寬有非常高的要求。此次演示所採用的DSUUU幀結構，透過為上行鏈路分配更多時隙，將現有毫米波技術的上行鏈路峰值速率提高到了3倍。演示驗證了5G毫米波的超級上行能力，對於滿足未來眾多5G行業應用的上行大頻寬需求具有重要意義。
值得一提的是，在2021年MWC上海展期間，由中國聯通和GSMA主辦、高通支援的5G毫米波展區，全面展示了由39家業界領先企業支援的5G毫米波應用及終端，展出的多廠商5G毫米波終端覆蓋模組、手機、CPE、PC、AR（增強現實）和XR（擴充套件現實）裝置、直播揹包、機器人等豐富品類。
其中展出的5G毫米波支援的多樣化應用場景包括：運動員競技體驗、5G混合現實智慧雪場、8K影片傳輸、5G全視角賽事服務和自由視角賽事直播、5G毫米波全景體驗等。基於毫米波的5G多視角賽場直播方案，直接取景張家口國際越野滑雪中心外場，將無人機、頭戴攝像機、專業攝影相機透過無線網路與基站通訊，多角度實時回傳運動員在國家越野滑雪中心賽場上的颯爽英姿，實現多角度賽場直播，為實際觀賽者提供多樣化的觀賽體驗。目前中國聯通是2022年北京冬奧會唯一官方通訊服務合作伙伴。5G毫米波相關終端及應用的成熟，有助於在2022年北京冬奧會利用毫米波技術提供更好的5G服務。
5G毫米波技術仍在持續演進，或成6G重要組成
目前毫米波技術仍在持續演進當中。比如前面提到的整合接入及回傳（IAB）技術；還有可支援精確終端定位的寬頻定位技術；擴充套件頻譜支援：支援52。6GHz以上頻段及面向許可輔助和獨立執行的免許可頻譜；增強型波束管理：透過全波束最佳化和多天線面板波束支援，改善時延、穩健性和效能；雙連線最佳化：降低終端初始接入時延，並在連線多個節點時改善覆蓋；節電特性：透過最大化終端休眠期，以改善功耗井支援更快的鏈路反饋。
而透過對於5G毫米波相關技術的持續演進，將可帶來功能、效率、頻譜和部署方面的全新機遇。此外，5G毫米波技術也有望成為下一代的6G技術的重要組成。
根據去年三星釋出的6G白皮書《下一代超連線體驗》，6G峰值速率將達到1000Gbps，延遲低至100us。最早可能在2028年完成並實現商業化，而大規模商業化則可能在2030年左右實現。對於這幾個關鍵指標和時間節點，其他通訊廠商的看法也是基本一致的。
三星還提出了6G標準可能用到的候選技術，比如THz太赫茲頻段，增強高頻訊號覆蓋的新型天線技術，先進的雙工技術，發展網路拓撲、頻譜共享以提高網路利用率、提升AI的應用等。
而紫光展銳釋出的《6G：無界，有AI》白皮書中則認為，6G核心技術將呈現多元化，太赫茲通訊、可見光通訊、先進調製解碼、星地協同傳輸或將成為6G核心技術。
而高通則強調了相關技術的創新，比如AI/ML資料驅動型設計、全雙工、更高頻段的毫米波、增強定位、太赫茲頻段、智慧介面、綠色網路、射頻感測、全新拓撲、極致解耦、雲端神經網路結構搜尋、超安全通訊、全新共享正規化等。
可以看到，不少廠商都認為太赫茲通訊技術將是6G通訊的關鍵技術之一。太赫茲頻段通常是指300GHz～10000GHz頻段，而300GHz左右的電磁波也可以看做的是更高頻段的毫米波。也只有掌握了毫米波通訊技術，才能夠有機會在太赫茲通訊技術上突破。
2020年中，華為中國運營商業務部副總裁楊濤也曾公開透露，華為已經在參與6G相關預研工作，已預研的6G是以用毫米波段為主，正處於場景挖掘和技術尋找階段。
值得一提的是，在2019年底之時，日本 NTT 集團旗下裝置技術實驗室就有研發了磷化錮（InP）化合物半導體制造的 6G 超高速晶片，並在300GHz頻段進行了高速無線傳輸實驗，當採用16QAM 調製時可達到高達100Gbps的無線傳輸速率。如果使用 MIMO 和 OAM 等空間複用技術組合，有望實現超過400Gpbs大容量無線傳輸，這已經接近了6G峰值速率要求。
另外，6G要實現空天地海的一體化高速通訊網，毫米波頻段也將是星間鏈路、衛星向下覆蓋的使用者鏈路、衛星到地面站的饋電鏈路的首選。
編輯：芯智訊-浪客劍