作者，中國(guó)移動(dòng)李琳，咪咕燈塔項(xiàng)目組

前文介紹了毫米波的概念及關(guān)鍵技術(shù)，本篇在標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用情況、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀以及未來(lái)前景等方面繼續(xù)討論5G毫米波的最新進(jìn)展。實(shí)際上先吃螃蟹的人在兩年前已經(jīng)嘗到了5G毫米波的味道，越來(lái)越多國(guó)家開始投入。

1、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

5G毫米波的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)日趨成熟。在3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)制定之初，5G毫米波就是重要組成部分之一，其標(biāo)準(zhǔn)化工作與中低頻是同步展開的，目前3GPP已經(jīng)完成了Rel-15、Rel-16兩個(gè)版本的5G標(biāo)準(zhǔn)。下圖是3GPP標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表。

圖1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表

Rel-15是第一版5G標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）和部分低時(shí)延高可靠（URLLC）應(yīng)用需求，已于2019年凍結(jié)。
Rel-16是第二版5G標(biāo)準(zhǔn)，全面滿足eMBB、URLLC、大連接低功耗場(chǎng)景mMTC等各種場(chǎng)景的需求，重點(diǎn)增強(qiáng)垂直行業(yè)應(yīng)用及提升整體系統(tǒng)性能。很多特性對(duì)毫米波場(chǎng)景做了優(yōu)化，如波束管理功能的優(yōu)化、增加集成接入與回傳（IAB）功能、節(jié)電特性、雙鏈接優(yōu)化、增加定位功能（室內(nèi)3米、室外10米）。規(guī)范已于2020年7月凍結(jié)。

Rel-17是第三版5G標(biāo)準(zhǔn)，將進(jìn)一步增強(qiáng)5G毫米波功能。IAB的增強(qiáng)，引入全雙工和移動(dòng)中繼，提升容量和服務(wù)質(zhì)量；提供更簡(jiǎn)潔的波束管理機(jī)制，減少系統(tǒng)開銷提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量；拓展頻譜，支持52.6-71GHz及免許可頻道；增加直連通信、URLLC和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例（例如NR-Light，簡(jiǎn)化的5G NR技術(shù)）；增強(qiáng)定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度等，相應(yīng)規(guī)范計(jì)劃于2022年6月凍結(jié)。

隨著規(guī)范的完善技術(shù)也會(huì)更成熟，可以加速推進(jìn)5G毫米波更廣泛的應(yīng)用。

2、毫米波的應(yīng)用
SUB-6G頻段比較擁擠，除了中國(guó)外很少有國(guó)家能為運(yùn)營(yíng)商分配100M以上的連續(xù)頻譜，毫米波頻段雖然覆蓋能力相對(duì)弱，中頻資源相對(duì)緊張的美國(guó)從2019年4月開始逐步商用毫米波網(wǎng)絡(luò)，到現(xiàn)在已經(jīng)半年多，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。下面將從部署情況、應(yīng)用場(chǎng)景、以及國(guó)內(nèi)進(jìn)展等方面加以說(shuō)明。

2.1 部署情況

毫米波頻段雖然覆蓋能力相對(duì)弱，但憑借豐富的頻譜資源和容量?jī)?yōu)勢(shì)最開始在美國(guó)應(yīng)用，當(dāng)前已經(jīng)有越來(lái)越多的國(guó)家開始部署。GSA在2020年10月發(fā)布數(shù)據(jù)稱，目前全球有130家運(yùn)營(yíng)商正在投資24250 MHz-29500 MHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)，已有20多家運(yùn)營(yíng)商部署了毫米波5G系統(tǒng)，部署情況見下圖。

圖2 GSA 2020年10月發(fā)布的5G毫米波部署情況

其中日本每個(gè)運(yùn)營(yíng)商可獲得400M頻譜，韓國(guó)的運(yùn)營(yíng)商可以得到800M頻譜，歐盟德國(guó)、英國(guó)、意大利也在積極推進(jìn)，意大利有5家運(yùn)營(yíng)商各自分配到200M頻譜。具體頻段選擇情況見下圖。除了普遍看好的28GHz頻段外，美國(guó)還在積極推進(jìn)24GHz/37GHz/39GHz/47GHz的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署，分布在紐約、洛杉磯、芝加哥等多個(gè)城市，美三大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)提供了毫米波5G商用服務(wù)。

圖3 部分國(guó)家毫米波頻段選擇

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

綜合 5G 毫米波的優(yōu)勢(shì)和不足，當(dāng)前其應(yīng)用場(chǎng)景主要可以分為熱點(diǎn)區(qū)域的擴(kuò)容場(chǎng)景、行業(yè)低時(shí)延高可靠應(yīng)用場(chǎng)景和解決美國(guó)“最后一公里”問(wèn)題的固定無(wú)線接入場(chǎng)景三類。

熱點(diǎn)區(qū)域場(chǎng)景：可以作為容量補(bǔ)充，在人員密集高或者流動(dòng)性大的區(qū)域做擴(kuò)容。典型區(qū)域有廣場(chǎng)、體育場(chǎng)館、音樂(lè)廳、劇場(chǎng)、地鐵、商業(yè)中心等。這些區(qū)域會(huì)有大量人群聚集活動(dòng)，存在大量通信行為并發(fā)操作，需要網(wǎng)絡(luò)有較大上行、下行帶寬和連接接入能力。

圖4 熱點(diǎn)區(qū)域場(chǎng)景示意圖

行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景5G毫米波是不可或缺的。首先，超大帶寬可以滿足大量數(shù)據(jù)（如產(chǎn)線視頻監(jiān)控）傳輸?shù)男枰?#xff1b;其次，極低空口時(shí)延，滿足工業(yè)級(jí)應(yīng)用（如機(jī)械臂控制）的極低延遲要求；第三，波束高度定向的特點(diǎn)適合提供高密集部署，提升頻譜空間復(fù)用率，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要求的高連接密度；第四，能夠滿足對(duì)部署環(huán)境的嚴(yán)格限制，并提高通信過(guò)程的安全性、減小監(jiān)聽可能，強(qiáng)化數(shù)據(jù)安全；第五，超高時(shí)間分辨率和空間分辨率能夠?qū)崿F(xiàn)高精度（有望達(dá)到厘米級(jí)）實(shí)時(shí)定位，從而適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多樣化的需求。

圖5 5G毫米波在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

如上圖所示是愛(ài)立信與奧迪合作的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)毫米波的低時(shí)延可靠性充分保障了生產(chǎn)效率的提升，保護(hù)了協(xié)同工作的工人的安全。

**家庭和寫字樓的固定無(wú)線接入：可以應(yīng)用于固定無(wú)線接入（fixed wireless access，FWA）場(chǎng)景。**5G毫米波可以作為無(wú)線回傳鏈路，解決一些場(chǎng)景無(wú)法布放光纖或布放光纖代價(jià)過(guò)高的問(wèn)題，作為最后一公里常規(guī)接入手段的補(bǔ)充。5G毫米波可作為L(zhǎng)TE\5G中低頻基站的回傳，或者通過(guò)5G毫米波CPE為家庭或企業(yè)提供寬帶服務(wù)，提供家庭和寫字樓的無(wú)線寬帶接入，在美國(guó)鄉(xiāng)村和企業(yè)都有應(yīng)用。

圖6 某企業(yè)應(yīng)用案例

2.3 國(guó)內(nèi)進(jìn)展

當(dāng)前國(guó)內(nèi)尚無(wú)5G毫米波商用網(wǎng)絡(luò)，IMT-2020正積極組織測(cè)試驗(yàn)證，2022年北京冬奧會(huì)場(chǎng)館也將部署毫米波環(huán)境。

IMT-2020測(cè)試：IMT-2020成立高頻討論組，2019年11月完成毫米波一階段測(cè)試，2020年7月開始組織運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、終端廠商等在懷柔開展毫米波設(shè)備和組網(wǎng)測(cè)試，為5G毫米波技術(shù)商用做好準(zhǔn)備，后續(xù)會(huì)發(fā)布部分5G 毫米波頻段頻率使用規(guī)劃。當(dāng)前毫米波設(shè)備和組網(wǎng)測(cè)試也已經(jīng)接近尾聲，按計(jì)劃在2021年將開始典型場(chǎng)景驗(yàn)證測(cè)試，工作計(jì)劃見下圖。

圖7 IMT2020測(cè)試計(jì)劃

當(dāng)前已完成關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試，毫米波設(shè)備和組網(wǎng)測(cè)試也已經(jīng)接近尾聲，按計(jì)劃在2021年將開始典型場(chǎng)景驗(yàn)證測(cè)試。

截止2020年10月，華為、中興、諾基亞、愛(ài)立信等都完成了基站功能測(cè)試，測(cè)試情況如下圖。持最大帶寬800MHz的測(cè)試場(chǎng)景，從測(cè)試結(jié)果看，單載波可達(dá)200M，基站通道規(guī)格可以支持4T4R。

終端測(cè)試情況見下圖，多家芯片、終端廠商可以提供支持毫米波的芯片及樣機(jī)，其中國(guó)內(nèi)廠商表現(xiàn)也很優(yōu)秀。

圖8 終端測(cè)試情況

冬奧會(huì)場(chǎng)館：2022年北京冬奧會(huì)中國(guó)聯(lián)通將運(yùn)用5G毫米波打造超大帶寬的智慧無(wú)線場(chǎng)館，屬于熱點(diǎn)區(qū)域應(yīng)用類型。以下為聯(lián)通規(guī)劃的冬奧會(huì)毫米波具體應(yīng)用場(chǎng)景，提出了觀眾觀賽體驗(yàn)提升、賽場(chǎng)館的智慧化運(yùn)營(yíng)、合作伙伴的服務(wù)與保障3大智慧場(chǎng)景、服務(wù)觀眾、參賽者、組織者、工作人員、媒體、合作伙伴6類人群的智慧冬奧方案。

觀賽體驗(yàn)提升場(chǎng)景見下圖，包括沉浸式觀賽、VR體驗(yàn)看臺(tái)等。

圖9 觀眾觀賽體驗(yàn)提升場(chǎng)景

智慧化運(yùn)營(yíng)和管理的內(nèi)容包括道路監(jiān)控、車牌識(shí)別、電子圍欄、人臉識(shí)別等，詳見下圖。

圖 10 智慧監(jiān)控管理

合作伙伴的服務(wù)與保障具體服務(wù)場(chǎng)景有多機(jī)位多視角打造全景體驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)員便攜攝像機(jī)畫面實(shí)時(shí)回傳等，詳情如下圖。

圖11 新型信息服務(wù)

服務(wù)場(chǎng)景多，面向的人群面面俱到，期待有不俗的表現(xiàn)。

3、產(chǎn)業(yè)鏈情況

5G毫米波涉及的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括芯片/模組廠商、設(shè)備廠商、終端廠商、測(cè)試儀表廠商、運(yùn)營(yíng)商。整體看，國(guó)外的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成，國(guó)內(nèi)當(dāng)前剛起步，但是潛力很大，發(fā)展迅速。

3.1 芯片廠商
分別就基站芯片和手機(jī)芯片兩方面介紹。

基站芯片

2020年1月中國(guó)紫金山實(shí)驗(yàn)室宣稱成功研制出了自主可控、成本超低的毫米波相控陣芯片，但是商用量產(chǎn)芯片主要還是以美國(guó)廠商為主。國(guó)內(nèi)企業(yè)MISIC（南京無(wú)線谷）也已經(jīng)有毫米波產(chǎn)品，和東南大學(xué)毫米波實(shí)驗(yàn)室有較多合作。

圖12 MISIC芯片制作的DEMO樣例

終端芯片

芯片設(shè)計(jì)廠商現(xiàn)在最主流是高通、聯(lián)發(fā)科、華為（三星主要自用）。2016高通率先發(fā)布了全球第一款5G基帶芯片X50，當(dāng)前芯片已經(jīng)到第三代，目前商用量產(chǎn)芯片只有高通支持毫米波（三星支持但主要是自用，華為第一代支持后來(lái)版本不支持，聯(lián)發(fā)科聲稱不早于2021量產(chǎn)）。高通目前在毫米波段暫時(shí)處于壟斷地位，蘋果在2020年12月投入巨資開始做射頻相關(guān)的芯片以解決信號(hào)問(wèn)題，說(shuō)明當(dāng)前芯片仍有不足，未來(lái)可能情況可能會(huì)發(fā)生變化。

圖13 高通三代5G芯片

3.2 設(shè)備供應(yīng)商

支持毫米波基站的設(shè)備主流供應(yīng)商有愛(ài)立信、諾基亞、三星、華為、中興等，當(dāng)前國(guó)內(nèi)廠商方案能力和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備相對(duì)不足，如支持的站點(diǎn)類型國(guó)內(nèi)廠商主要支持宏站，而毫米波更重要的是可以密集部署的微小站。愛(ài)立信、諾基亞在5G毫米波領(lǐng)域相對(duì)更成熟，經(jīng)驗(yàn)更多。

愛(ài)立信：根據(jù)其在曝光的信息看綜合實(shí)力最強(qiáng)，支持高、中、低全頻段，在芯片性能、降低能耗、智能連接、波束管理等多方面都有優(yōu)秀的表現(xiàn)，微小街站輕便易用。

愛(ài)立信一直致力于毫米波的應(yīng)用及擴(kuò)展，證明毫米波遠(yuǎn)距離傳輸?shù)纳逃每尚行浴?020年9月在美國(guó)成功實(shí)現(xiàn)商用網(wǎng)絡(luò)超過(guò)5千米的數(shù)據(jù)呼叫；2020年12月又將距離突破到6.5千米，且速率高達(dá)1 Gbps（下行）和700 Mbps（上行）。對(duì)于拓寬5G應(yīng)用邊界起到了積極作用。

圖14 愛(ài)立信和合作伙伴攜手刷新毫米波傳輸新紀(jì)錄

諾基亞：諾基亞2018年在韓國(guó)冬奧會(huì)完成5G毫米波演示，2019和美國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商合作部署商用站點(diǎn)，已經(jīng)兩年迭代期，當(dāng)前已經(jīng)是第四代產(chǎn)品，可以支持多種功率組合多種覆蓋場(chǎng)景，宏站、街道站、微站，在北美、日本、韓國(guó)有數(shù)萬(wàn)個(gè)站在現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，包括覆蓋規(guī)劃、功率的規(guī)劃、天線掛高、反射波的利用等。

3.3 終端廠商

2018年8月，聯(lián)想旗下的摩托羅拉發(fā)布全球首款支持毫米波段（28GHz）的手機(jī)。根據(jù)GSA的最新報(bào)告（2021-1）越來(lái)越多的在售設(shè)備支持5G頻譜，其中有79.5％支持6GHz以下的頻段，19.3％ 支持毫米波頻譜，14.8％兩個(gè)頻譜都支持。

圖15 已發(fā)布設(shè)備頻譜支持情況

當(dāng)前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有在售商用手機(jī)支持毫米波，OPPO旗下的“一加”海外版有支持毫米波的機(jī)型，Vivo和聯(lián)通、中興合作在5G產(chǎn)業(yè)大會(huì)做過(guò)毫米波手機(jī)的演示，部分廠商積極參加了IMT2020的測(cè)試。終端準(zhǔn)備已經(jīng)日趨成熟，部分細(xì)節(jié)待優(yōu)化，如功耗問(wèn)題、集成問(wèn)題、信號(hào)問(wèn)題等。

3.4 測(cè)試廠商

已有場(chǎng)景的測(cè)試方案已經(jīng)日趨成熟，當(dāng)前的頭部測(cè)試廠商有是德科技，羅德與施瓦茨科技。是德科技已經(jīng)有相應(yīng)成熟的測(cè)試方案和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)合作情況遍布全球，和高通等多家企業(yè)有深入合作。各個(gè)場(chǎng)景和環(huán)節(jié)都有測(cè)試解決方案，和產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)層次有較深的合作，如從研發(fā)階段就開始深入合作。羅德與施瓦茨科技聲稱5G產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)都有打包好的測(cè)試解決方案，對(duì)波束賦形及移動(dòng)性管理等有詳至的測(cè)試方案，如下圖。

圖16 羅德與施瓦茨科技測(cè)試場(chǎng)景

4、未來(lái)前景
整體看當(dāng)前的5G建設(shè)，當(dāng)前毫米波“不是非它不可，但是可以錦上添花”。

國(guó)內(nèi)小規(guī)模部署應(yīng)用是十分必要的，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如果通信技術(shù)沒(méi)有顛覆性的變革，從歷程和趨勢(shì)看毫米波乃至太赫茲的應(yīng)用是必然的。因此通過(guò)小范圍應(yīng)用來(lái)催熟相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、增強(qiáng)對(duì)外交流做技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的儲(chǔ)備非常重要。

GSMA預(yù)估的5G毫米波的未來(lái)前景非常可觀，在報(bào)告中預(yù)測(cè)5G毫米波產(chǎn)業(yè)全世界毫米波產(chǎn)業(yè)規(guī)模及結(jié)構(gòu)如下圖，總產(chǎn)值預(yù)計(jì)2034年可達(dá)565 billion美元。

圖20 預(yù)測(cè)世界毫米波產(chǎn)業(yè)規(guī)模及結(jié)構(gòu)

從應(yīng)用場(chǎng)景看，小范圍擴(kuò)容和垂直行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景價(jià)值較大。因?yàn)橹袊?guó)SUB6G頻段不像其他國(guó)家那么稀缺，目前看大范圍連續(xù)覆蓋的應(yīng)用場(chǎng)景意愿不足，而5G低頻段SUB-1G（700M）應(yīng)用價(jià)值可能更高。

根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，路修的再寬將來(lái)還是會(huì)堵車，隨著社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的提升和“殺手級(jí)”應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)掘，可能在不久的將來(lái)毫米波乃至太赫茲會(huì)成為“剛需”，困難和阻力自然迎刃而解。但是當(dāng)前重點(diǎn)還是需要把已經(jīng)部署的SUB-6G提供的網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)一步消化后才能看清未來(lái)。

當(dāng)前毫米波在移動(dòng)通信之外也有應(yīng)用場(chǎng)景，如作為激光雷達(dá)，在軍事上的反隱形效果好，還可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的定位，精準(zhǔn)姿勢(shì)識(shí)別等功能，可以應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、自動(dòng)駕駛、家庭、娛樂(lè)等各種場(chǎng)景。

隨著5G的普及，后續(xù)6G的開始研發(fā)，當(dāng)前重點(diǎn)攻克的就是更高效的高頻材料的發(fā)掘以及空天地一體化通信網(wǎng)的構(gòu)建。當(dāng)前在衛(wèi)星通信使用的頻段就已經(jīng)和5G毫米波的頻段有沖突，隨著衛(wèi)星通信的進(jìn)一步發(fā)展，毫米波頻段的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越擁擠。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的视频技术系列 - 谈谈毫米波之二，应用篇的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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