浅析毫米波产业发展现状及挑战

5G使用的频段分为6GHz以下频段及毫米波。在6GHz以下频段，超高速、大容量通信没有得到明显改善，而这些特性都符合毫米波波段特性。如今，5G建设如火如荼，毫米波自然引起业界关注。

根据2020年8月的数据，目前已经有22家运营商在全球范围内部署了毫米波5G系统，美国、日本和韩国重点在28GHz频段部署了商用网络。同时美国还在考虑26GHz频段商业化的情况。总体而言，毫米波产业尚未成熟，对于运营商及设备厂商而言，机遇与挑战相伴相生。为探究毫米波产业发展进度，解决毫米波在发展过程中遇到的挑战，展望毫米波产业的未来，通信世界全媒体记者采访了中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员张俪。

毫米波具备多项优势

与6GHz以下频段相比，毫米波具有频谱丰富、时延小等优势。张俪表示，第一，毫米波频谱资源丰富，载波带宽可达400MHz/800MHz，无线传输速率可达10Gbit/s以上；第二，毫米波波束窄、方向性好，有较高的空间分辨力；第三，毫米波波长短、天线尺寸小，大规模阵列的小型化、轻量化更易于实现；第四，毫米波子载波间隔大，单SLOT周期（120kHz）是低频Sub-6G（30kHz）的1/4，空口时延降低，可满足行业需求；第五，毫米波室内外隔离好，更有利于室内外使用不同帧结构时消除室内外干扰。

毫米波最大的特点是大带宽。在张俪看来，相较6GHz以下频段，毫米波可提供更高的用户体验速率，可满足公网及行业用户超大容量并发的业务需求，进一步提升5G网络能力。考虑到毫米波频段损耗大，穿透和绕射能力差，易受外界环境影响，覆盖距离受限，适用于反射径丰富及空旷少隔离的区域，一般被用于容量层的补充、热点覆盖及固定无线接入等多类场景，如公网室内高容量热点场景，如机场、火车站、大型商圈等；公网室外高容量热点覆盖，如遮挡不严重可举行大型集会的广场、体育场馆、核心主干道等；行业网上/下行高流量、低时延需求，如工业互联网、高铁站点、媒体、医疗等；固定无线接入FWA场景，解决独栋或多层公寓商铺的无线宽带服务等。此外还有其它应用场景有待进一步探索。

“但我们仍需看到，毫米波频段传播损耗大、覆盖能力偏弱，因此连续覆盖难度大，应用场景受限。”张俪强调，这会导致毫米波网络建设对基站产品技术要求较高，在目前尚未形成规模的情况下，设备及整体建网成本高。同时高频段器件相对6GHz以下频段的器件功耗效率低，将导致整机功率效率偏低。总体来看，不论是运营商的毫米波组网方案，还是设备厂商的成本控制都会面临更大挑战。

全球5G毫米波研究如火如荼

由于毫米波具备大带宽、低时延等技术优势，目前电信运营商对毫米波定位较为清晰，即应用于公网业务热点及高流量、低时延需求的高价值行业网。在张俪看来，美国由于5G初期无6GHz以下频谱规划，先行以毫米波发展FWA（固定接入）业务为主，随后提供eMBB业务，但部署规模有限，覆盖连续性有待优化。日韩、欧洲等区域正在规划商业应用。各国以应用需求为导向，表现出区域性特征，部署策略多种多样。国内也正在积极开展毫米波频谱规划及技术研究工作，为后续网络建设做准备。

具体而言，全球自2018年上半年启动毫米波频谱拍卖，目前已有北美、亚太、欧洲等多个区域进行了毫米波频段的频谱分配，如美国于2020年完成24GHz（24.25GHz～24.45/24.75GHz～25.25GHz）、28GHz（27.5GHz～28.35 GHz）、37GHz（37GHz～38.6GHz）、39GHz（38.6GHz～40GHz）以及47GHz（47.2GHz～48.2GHz）频谱拍卖，为5G商用部署提供了充足的频率资源。韩国于2019年完成28GHz（26.5GHz～29.5GHz）频谱拍卖，欧洲毫米波频谱集中在26GHz（24.25GHz～27.5GHz），部分国家已经完成频谱拍卖工作。中国台湾在2020年1月完成28GHz频谱拍卖。张俪表示，WRC-19大会为IMT划分了17.25GHz频段，我国涵盖了26GHz频段和40GHz频段，共9.75GHz带宽频率，目前国内研究的重点是26GHz（24.75GHz～27.5GHz）。

“目前3GPP已经完成了Rel-15、Rel-16两个版本的协议制定工作，并在进行Rel-17的标准化制定工作。”张俪表示，其中Rel-15的毫米波系统完成了基本功能的定义，包括基于多波束的同步与接入机制，天线端口的准共址映射关系、层一的RSRP测量与上报、波束失败恢复等与毫米波波束管理和传输相关的技术。在Rel-16中，针对毫米波的系统配置进行了降低时延与开销的优化工作，在Rel-17中针对移动性、更多场景以及更高频段正在展开研究工作。具体的商用时间、商用版本和各国的频率分配策略、时间相关，需要参考各个地区的政策法规而定。

毫米波的成熟尚需时间

毫米波技术频谱资源丰富、可挖掘潜力深、应用前景广阔，当前仍处于5G产业初期，毫米波的成熟尚需时间。张俪认为，毫米波在技术方案、电性能指标、产品成熟度、成本等方面有待逐步优化。在芯片方面，5G毫米波国产芯片的量产能力有待验证，目前主要集中于高校及研究所开发，亟待推动国内产业链成熟。此外，毫米波功放等器件效率低，导致整机功耗高，不利于规模商用。

在基站设备方面，毫米波应用技术和成熟度不高，设备成本目前偏高，不利于市场推广，有待进一步研究降本方案；在终端设备方面，支持毫米波的终端种类和数量仍需丰富；在测试方案方面，毫米波的基站测试技术与6GHz以下频段存在较大差异，部分性能、指标和可靠性测试方案还需进一步完善。

但张俪认为，毫米波增强5G服务公众、服务社会的能力是可以预期的。GSMA在《在毫米波频段提供5G服务的社会经济效益研究》中预测，2020—2034年，毫米波5G对全球GDP的贡献将呈指数增长态势，2034年将为全球GDP贡献5650亿美元、贡献税收达1520亿美元，欧盟在2019年10月发布的《关于使用毫米波频段在欧盟部署5G生态系统的研究》中指出，毫米波5G可用于提供大容量的eMBB服务（固定无线接入、高清视频通信、虚拟/增强/混合现实），5G前传/回传，以及服务垂直行业如交通运输（火车和公共汽车）、制造/工业自动化、电网通信、智慧城市、医疗应用、公共安全等。

张俪表示，中国移动积极推动毫米波技术的成熟，配合工信部开展了一系列室外站+商用终端（智能手机及CPE）的端到端测试，测试涵盖直射径覆盖能力、穿透能力、速率时延等多类指标。此外，中国移动结合试点及测试，同步深入研究了毫米波室外传播模型及波束赋形方案，对比分析多种基站硬件架构，并调研国内外芯片及设备产业能力，为后续网络建设进行了充分的技术积累。
责任编辑：tzh