毫米波优劣显然存多方阻碍 拓展5G网络深度覆盖范围

　　在各大企业备战5G网络的过程中，技术之争是根本。据了解，5G网络关键性技术比较多，如多天线、密集网络、终端直通技术等，毫米波正是5G网络技术中十分重要的一种。毫米波由于位于微波与远红外波相交叠的波长范围内，因此其具备两种波普的特点。其在通信、雷达、遥感波普学等多方面均具有重要的意义。对于毫米波在5G网络中的应用，NI射频与无线通信市场开发经理姚远称：“毫米波是5G网络一个很重要的候选技术，通过毫米波的使用，可以极大的扩展频谱资源，从而获得极大的空口带宽，提高通信传输速率和质量。”

NI射频与无线通信市场开发经理姚远

　　Qorvo亚太区高级营销总监熊挺也向记者介绍，毫米波做为无线通信频段使用由来已久。在目前针对5G的标准讨论中，毫米波频段的使用是一个新的热点，各厂家的早期外场测试，也涉及从25GHz直至70G的应用。他强调：“从毫米波的物理特性出发，很显然它只是5G频谱的选择之一，侧重于解决小范围密集用户高速接入场景特定问题，而针对广域覆盖以及复杂地形等等应用，现期的讨论则集中在6GHz以下频段，特别是3.4至4GHz的频谱。这些都是由电磁波传输的特性决定的。

Qorvo亚太区高级营销总监熊挺

  高通技术市场总监Matt Branda也对记者表示：“下一代5G技术目前已开始标准化工作，而毫米波是5G无线接入技术与网络范畴内众多源动力技术(赋能技术)中的一项。”此外，由于毫米波工作在较高频率上，它的波长支持在相对较小的天线空间中使用大量天线单元。毫米波的这种性质可用于形成定向窄波束，此种波束可接收和发送更多能量以克服传输及路径损耗带来的挑战。这些窄波束还可应用于空间复用。这是毫米波在移动宽带服务中的关键应用之一。同时，在视距(LOS)路径受阻时，定向波束可通过非视距(NLOS)路径(例如附近建筑物的反射)提供具有较大能量的替代路径。

高通技术市场总监Matt Branda

　　更为重要的是，毫米波基站还可集成接入和回程链路，例如是在服务一些用户的同时将波束引导到另一个基站进行回程传输，从而解决在全部小型基站中安装固定回程设施的挑战。尤其是在6GHz以上更高频段，毫米波的应用将发挥重要作用，提供高效解决方案以应对日益增加的移动数据流量挑战，并提供每秒数千兆比特(Gbps)的极致数据速率、引领我们进入下一个沉浸式多媒体体验时代(例如3D/超高清视频网真和虚拟现实)。

　　据其介绍，目前高通正在将毫米波开创性地应用于移动通信和其他领域，包括推出在60GHz频段上工作且支持室内超高速Wi-Fi传输的802.11ad Wi-Fi商用芯片组解决方案。芯片组利用专为移动终端构建的32路天线无线模块，动态创建面向特定用户的极窄波束。在这项领先优势的基础上，高通开发并测试5G毫米波设计并使其适用于移动小型基站/热点部署，从而在毫米波的极致带宽中抓住机遇。高通研发(高通子公司)正利用毫米波原型机进行大量毫米波模拟与测量。

　　简而言之，在5G网络领域，可以利用毫米波无线电频谱为5G网络提供所需要的带宽，以满足高速的移动网络需求。据了解，目前已经有不少企业正在为毫米波在5G领域的应用而做技术研发，例如国际联盟mmMAGIC，其正在研究5G毫米波移动无线接入技术，旨在实现5G网络对6GHz及更高频段的使用。该联盟由三星集团为主导，成员企业包括法国电信运营商Orange、西班牙电信公司、爱立信、阿尔卡特·朗讯、诺基亚以及国内华为等，此外还有一些欧洲的设备测量企业。

　　不过，尽管毫米波在5G网络领域十分重要，但是，传统上来说，由于传输损耗较高，且易受建筑、人、植物、甚至是雨滴的阻碍影响，这些较高频率范围不适合于移动宽带服务。由于覆盖率不足且缺乏移动性支持(尤其在非视距环境中)，这些问题导致此前毫米波在移动宽带上的应用一直不太可行。

　　对此，熊挺表示：“5G网络提出了10Gbps的峰值吞吐速率和1ms以下的时延。显然，毫米波频段丰富的频谱资源，加上高带宽高速率的优势，使得它在某些特定的场景下凸现出明显的优势，特别是小范围高速数据连接以及小型基站的回传等应用下。然而，视距传输，多普勒频漂以及某些特定频段在大气中的高衰减问题，则对广域覆盖，高速移动与远距传输上，向5G网络提出了相当的挑战。”Qorvo基于微波5G平台，推出了移相器，功率放大器以及低噪声放大器等一系列解决方案，为该领域当之无愧的佼佼者。

　　姚远对记者说：“毫米波由于其在大气中衰减严重，而一直无法被使用于通信技术中。所以我们可以看到目前针对毫米波技术有一项很基础也很重要的工作即毫米波信道测量(channel sounding)，我们要使用毫米波信道，就首先需要了解这些信道的特点并对其有合理的建模。目前对于毫米波信道的测量工作，国内外有很多领先实验室已经展开，早在2013年，NI于纽约大学合作，成功针对28G/38G/45G/等频段进行了信道测量。NI所提供的方案将基带处理部分与射频端分开，可以最大程度上复用基带的硬件以及相关软件算法。”

　　Matt Branda也称：“要实现在毫米波上的优质移动宽带用户体验，就需要使用持续智能波束搜索和跟踪算法以发现并切换至主波束路径。该主波束路径可能根据环境、移动性及许多其他因素差异而不断改变。我们致力开发可在波束路径之间以及不同毫米波小型基站之间实现灵活切换的5G设计。”

　　同时，Matt Branda还介绍，5G毫米波的另一个重要瓶颈在于不同地区中定义并清空的毫米频段不尽相同。他强调：“目前讨论的频段从20+ GHz至70+ GHz不等。全球范围内有大量频段都在考虑之内，此外还有60GHz非授权频段(目前为802.11ad Wi-Fi所使用)。从高通的角度看，选择在5G网络中使用哪些毫米波频段目前还为时过早，因此我们正在进行的设计和分析是针对整个频段范围的。”

　　从标准上来说，还需要加快毫米波在5G网络中的应用需要标准化支持，因此下一步工作的一部分包括制定标准的流程。对此，Matt Branda称：“各家公司基于通用的关键指标将各自的5G毫米波设计方案性能曲线提交至对应的标准研究项目中 。作为流程的一部分，替代性方案将会被提出和讨论。另一个正在进行的事项是，我们开始关注与目前网络建模完全不同的毫米波信道建模问题。”

　　此外，对于5G毫米波而言，其验证和测试十分重要，验证和测试的关键在于要确保其在广阔的频段范围、不同部署场景和不同材料上完成。5G毫米波测试和演示不应仅关注可能实现的极高数据速率，更重要的是，它还应关注在不同的移动宽带部署场景中提供鲁棒的性能。

　　据了解，在鲁棒性方面(即系统的健壮性)，高通正在研究多项技术让6GHz以上频带(例如毫米波)更鲁棒地支持移动宽带服务，但这些频带本身并不能提供所期望的移动网络具有的广泛覆盖、移动性和可用性。这使得在移动宽带服务方面所期望的广泛覆盖和无缝移动性将继续依赖于6GHz以下的较低频谱，同时在未来5G网络中将使用毫米波以提升用户吞吐量和增加网络容量。这也是高通设计的5G统一空口技术将支持毫米波和5G 网络中6GHz以下频段的紧密互联，并借助支持4G LTE接入的多连接技术进一步提升毫米波设计鲁棒性的原因。

　　而在5G毫米波验证与测试方面，是德科技已经搭建了一套5G验证测试平台，其基于是德科技SystemVue系统设计软件，M8190超宽带任意波形发生器，E8267D微波矢量信号发生器，N9040B超宽带信号分析仪以及90000系列高带宽示波器，可直接产生和分析毫米波频段超过500M贷款的5G物理层信号。该平台通过提供一种简便快速超宽带硬件线性失真校正方法，使测试系统实现了目前业界最佳5G发射信号质量，可用于协助5G物理层算法开发和验证，以及毫米波和超宽带器件和模块的设计与调试，具有良好的灵活性和扩展性。

　　高通也正在进行基于不同使用场景的广泛信道测量与建模——跨毫米波频率(22GHz到67GHz)、跨部署场景(户外、室内、户外至室内)及跨材料(植被、人体、建筑材料等)。此外在在模拟、测量和OTA测试的推动下开发系统设计与算法。前不久，在圣迭戈成功向行业分析师公开演示了在28GHz频带上运行的 TDD同步系统。该系统的设计可处理多台终端，但本次演示仅包括一个毫米波基站和一台终端(或UE)。Qualcomm研发团队构建的毫米波基站天线设计原型有128个天线阵元和16个可控射频信道，同时终端包含四个可选子阵列，每个子阵列拥有4个可控射频信道。基于规模、覆盖范围等因素，商用基站可拥有更多天线。

　　在无线通信行业测试测量中，NI提出的基于PXI平台的无线测试平台提供了一种“打破常规”的解决思路。一方面，在PXI平台上，我们可以更快享受到商业现成可用技术所带来的成本优势。另一方面，这种软件定义的模块化的解决方案具有极强的灵活性和可扩展性，可以很好的支持不断演进的通信标准。

　　据姚远介绍，NI发布了新一代用于测试的矢量信号收发仪(VST)NI PXIe-5646R，该产品是一类被称为软件定义的仪器，结合了矢量信号分析仪、矢量信号发生器、高速的数字RIO，以及可编程FPGA芯片四部分仪器的功能，客户可以通过编程来深度自定制仪器功能。NI PXIe-5646R是这个产品家族的新成员，它的创新点主要在于带宽，它能够提供200 MHz的瞬时带宽，这样一个带宽能够支持包括802.11ac在内的最新无线通信标准。

　　整体而言，毫米波作为5G网络的候选技术，其重要性不言而喻，各大厂商为此纷纷布局加强实验与测试，试图在新一代网络通信中抢占制高点。从上述文章可得知毫米波的优势以及劣势，毫米波由于其拥有丰富的频谱资源，以及在高带宽高速率方面的优势，使得其在5G网络某些特殊的场景下极为出色。但是，远距离传输、多普勒频漂、高速移动等问题，也限制了它在5G网络中的地位;尤其是在大气中，毫米波衰减的十分严重，导致其在5G网络的应用中并非在于广泛覆盖，而是在于深度覆盖。熊挺也对记者强调：“(毫米波)提供小范围密集高速数据服务热点服务，它无法提供广域以及复杂地形覆盖。所以，毫米波的未来在于深度覆盖，而不是广泛覆盖。”（责编：振鹏）

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