毫米波在5G时代实现大规模应用还需要解决哪些问题

近期，著名苹果分析师郭明錤发布报告称，2020年苹果将发布5款新iPhone，支持毫米波/sub-6GHz技术，给一批关注5G毫米波应用的人士带来了小小的惊喜。

国际标准化组织3GPP把5G频段分为FR1频段和FR2频段，FR1频段就是范围为450MHz—6GHz的sub-6GHz频段，而FR2频段则是24.25GHz—52.6GHz的毫米波频段。因此，全球5G部署的频段只有两种，sub-6GHz和毫米波。

不管苹果是否能让预测变为现实，5G对毫米波频谱资源挖掘的商用前景日渐深入人心。2019年世界无线电通信大会（WRC-19大会），全球移动通信系统协会（GSMA）首席监管官约翰·朱斯蒂（John Giusti）对5G毫米波业务前景撰文：“从2020年到2034年，在15年的时间里，对毫米波频谱资源的利用有望推动全球GDP增长5650亿美元。”

毫米波因5G受宠

无线信号的传播以无线电波的形式存在，就像车辆必须行驶在路上，所有的无线电业务都离不开无线电频率，它以Hz（赫兹）为计量单位。如果每个Hz的无线电波是一个琴键，钢琴的琴键就是全部的无线电频率，整个无线电频谱被分为9段（频段），分别有着不同的应用空间。

如中国信息通信研究院副院长王志勤所言，频谱是无线移动通信技术发展的基础。如果从意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行的无线电通信试验算起，频谱被认识、开发和利用已超过百年，在这个不断征服更多频段获得更大带宽的过程中，5G的出现终于让毫米波成了香饽饽。

毫米波是指1—10毫米之间的电磁波，通常对应30GHz—300GHz间的无线电频谱，目前毫米波主要应用于卫星通信、雷达和军事等领域。

除了30GHz之内的频谱资源已被运营商和各类机构瓜分殆尽外，5G使用毫米波的理由简单极了，因为这部分频谱拥有连续可用的超大带宽，可以满足5G对超大容量和极高速率的传输需求。

但是，频率越高的电磁波传播距离越近，属于“极高频”的毫米波在传播时有很大的路径损耗，不但难以穿过建筑或障碍物，甚至一片叶子、一滴雨水都有可能将它吸收。

高通中国区董事长孟樸说：“5G几乎将用到包括毫米波在内的全球所有可用的频率，5G发展的每一阶段都会出现很多新的技术挑战。比如，5G射频将有超过1万种可能的频段组合，这种复杂性比4G时代高出一个数量级。”

而且，随着新材料、新技术和新工艺的提升，毫米波在5G时代大规模应用的种种掣肘也将逐步被解决。

频谱焦点之争未休

当中低频段（6GHz以下）可用的频谱资源再难被释放，毫米波频段成为支撑和保障5G应用的新希望。国际电信联盟（ITU）为不久前举办的WRC-19大会专设的1.13议题便聚焦于24.25GHz—86GHz频段范围内的11个候选频段，寻找5G新增频段。

1.13议题的重要任务还包括在开展兼容性研究的基础上，修改相关国际规则或制定保护措施，以避免5G业务与已使用这个频段范围的卫星通信、地球资源和气候变化监测及射电天文学等无线电业务发生干扰，求得和谐共存。

中国代表团5G毫米波议题主要负责人、国家无线电监测中心王坦博士强调，上述两项任务的结果将对信息通信技术产业产生深远影响，因此，5G毫米波议题成为WRC-19大会世界各国及国际组织博弈的主战场。

虽然此次大会上，26GHz频段（24.25GHz—27.5GHz）、40GHz频段（37GHz—43.5GHz）以及66GHz—71GHz频段全部或部分标识为全球统一的5G频段，但围绕这3个频段的使用条件争论未休。

比如，全球5G产业极力争取的26GHz频段具有频点低、带宽大、设备实现难度相对较小等优点，但该频段与卫星地球探测业务相邻，制定全球统一的5G基站带外无用射频限值，是降低5G系统干扰可能性的重要技术手段。

限值越小，技术指标越严格，意味着设备器件研发投入、组网成本越高，频率保护相应也会增加；限值越宽松，越会对邻频气象业务带来干扰隐患。带外射频限值是宽是严，不仅关系到产业利益和人类观测自然之间的权衡，也关系到各国战略布局。

而被细分为3个连续频段的40GHz频段，分布着各种卫星业务、定位业务、射电天文、空间研究等无线电业务。争论的焦点在于，是把3个频段都用于5G，还是只明确其中一段。中国希望空间和地面产业均衡发展，将其中一部分用于5G，认为给卫星产业发展空间与保护其他无线电业务正常运转同样重要。

商用部署尚待成熟时机

适时发布5G毫米波频段频率使用规划，是引导5G毫米波产业发展的关键。按照全球移动通信系统协会（GSMA）大中华区公共政策总经理关舟的预测，5G毫米波频段落锤，工信部将很快开启毫米波在国内的规划。

作为中国毫米波规划工作的重要支撑，我国IMT-2020（5G）推进组（以下简称推进组）组织的中国5G增强技术研发试验毫米波频段的测试试验中，全球产业链中的系统、芯片、仪表等主要企业均有不同程度的参与。推进组5G试验工作组组长、中国信通院技术与标准研究所副总工程师徐菲称，测试进展比预期计划大大提前。

那么，5G毫米波什么时候才可在我国部署商用？

推进组的测试计划划出了大致时间线：2019年8月—12月，验证5G毫米波关键技术和系统特性；2020年，计划验证毫米波基站和终端的功能、性能和操作，开展高低频协同组网验证；2020—2021年，计划开展典型场景验证。

从运营商的角度来看，中国移动研究院首席专家刘光毅在2019年5G毫米波技术创新研讨会上透露，中国移动已完成5G毫米波关键技术验证，计划在2022年逐步进行5G毫米波商用。

显然，中国的5G毫米波计划不像美国那么激进。

美国在5G试验和商用部署时使用了毫米波，中国工程院院士刘韵洁曾分析称，关键原因在于美国6GHz以下的频段全部归军方使用。

与美国相反，中国未陷在频谱“困境”中，在3GHz和4GHz频段的频谱使用和6GHz以下频段的5G系统、终端设备均领先全球，为5G初期的大规模快速部署提供了保障。

毫米波的典型使用场景是自回传，不需要光纤链路。从网络基础设施的角度看，美国和欧洲部分地区的光纤覆盖远不如中国，使用微波技术做回传是经济可行的方案。

因此，在5G毫米波产业链尚不成熟的情况下，中国当前的5G部署策略是更为成熟的选择。正如工信部部长苗炜所强调的：“尊重市场规律，推动5G应用渐进式发展。5G应用涉及很多新兴领域，更需要我们不断探索、不断总结，在培育过程中采取‘沿途下蛋’的策略，使5G应用不断落地。”