作者，中國移動李琳，咪咕燈塔項目組

前文介紹了毫米波的概念及關鍵技術，本篇在標準化、應用情況、產業鏈現狀以及未來前景等方面繼續討論5G毫米波的最新進展。實際上先吃螃蟹的人在兩年前已經嘗到了5G毫米波的味道，越來越多國家開始投入。

1、標準化進展

5G毫米波的標準已經日趨成熟。在3GPP 5G標準制定之初，5G毫米波就是重要組成部分之一，其標準化工作與中低頻是同步展開的，目前3GPP已經完成了Rel-15、Rel-16兩個版本的5G標準。下圖是3GPP標準時間表。

圖1 3GPP標準時間表

Rel-15是第一版5G標準，重點滿足增強移動寬帶（eMBB）和部分低時延高可靠（URLLC）應用需求，已于2019年凍結。
Rel-16是第二版5G標準，全面滿足eMBB、URLLC、大連接低功耗場景mMTC等各種場景的需求，重點增強垂直行業應用及提升整體系統性能。很多特性對毫米波場景做了優化，如波束管理功能的優化、增加集成接入與回傳（IAB）功能、節電特性、雙鏈接優化、增加定位功能（室內3米、室外10米）。規范已于2020年7月凍結。

Rel-17是第三版5G標準，將進一步增強5G毫米波功能。IAB的增強，引入全雙工和移動中繼，提升容量和服務質量；提供更簡潔的波束管理機制，減少系統開銷提高網絡覆蓋質量；拓展頻譜，支持52.6-71GHz及免許可頻道；增加直連通信、URLLC和工業物聯網用例（例如NR-Light，簡化的5G NR技術）；增強定位技術，實現厘米級精度等，相應規范計劃于2022年6月凍結。

隨著規范的完善技術也會更成熟，可以加速推進5G毫米波更廣泛的應用。

2、毫米波的應用
SUB-6G頻段比較擁擠，除了中國外很少有國家能為運營商分配100M以上的連續頻譜，毫米波頻段雖然覆蓋能力相對弱，中頻資源相對緊張的美國從2019年4月開始逐步商用毫米波網絡，到現在已經半年多，積累了一定的經驗。下面將從部署情況、應用場景、以及國內進展等方面加以說明。

2.1 部署情況

毫米波頻段雖然覆蓋能力相對弱，但憑借豐富的頻譜資源和容量優勢最開始在美國應用，當前已經有越來越多的國家開始部署。GSA在2020年10月發布數據稱，目前全球有130家運營商正在投資24250 MHz-29500 MHz頻段的5G網絡，已有20多家運營商部署了毫米波5G系統，部署情況見下圖。

圖2 GSA 2020年10月發布的5G毫米波部署情況

其中日本每個運營商可獲得400M頻譜，韓國的運營商可以得到800M頻譜，歐盟德國、英國、意大利也在積極推進，意大利有5家運營商各自分配到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，美國還在積極推進24GHz/37GHz/39GHz/47GHz的商業網絡部署，分布在紐約、洛杉磯、芝加哥等多個城市，美三大移動通信運營商都已經提供了毫米波5G商用服務。

圖3 部分國家毫米波頻段選擇

2.2 應用場景

綜合 5G 毫米波的優勢和不足，當前其應用場景主要可以分為熱點區域的擴容場景、行業低時延高可靠應用場景和解決美國“最后一公里”問題的固定無線接入場景三類。

熱點區域場景：可以作為容量補充，在人員密集高或者流動性大的區域做擴容。典型區域有廣場、體育場館、音樂廳、劇場、地鐵、商業中心等。這些區域會有大量人群聚集活動，存在大量通信行為并發操作，需要網絡有較大上行、下行帶寬和連接接入能力。

圖4 熱點區域場景示意圖

行業應用場景：在工業互聯網場景5G毫米波是不可或缺的。首先，超大帶寬可以滿足大量數據（如產線視頻監控）傳輸的需要；其次，極低空口時延，滿足工業級應用（如機械臂控制）的極低延遲要求；第三，波束高度定向的特點適合提供高密集部署，提升頻譜空間復用率，滿足工業互聯網要求的高連接密度；第四，能夠滿足對部署環境的嚴格限制，并提高通信過程的安全性、減小監聽可能，強化數據安全；第五，超高時間分辨率和空間分辨率能夠實現高精度（有望達到厘米級）實時定位，從而適應工業互聯網多樣化的需求。

圖5 5G毫米波在工業互聯網中的應用

如上圖所示是愛立信與奧迪合作的應用場景，通過毫米波的低時延可靠性充分保障了生產效率的提升，保護了協同工作的工人的安全。

**家庭和寫字樓的固定無線接入：可以應用于固定無線接入（fixed wireless access，FWA）場景。**5G毫米波可以作為無線回傳鏈路，解決一些場景無法布放光纖或布放光纖代價過高的問題，作為最后一公里常規接入手段的補充。5G毫米波可作為LTE\5G中低頻基站的回傳，或者通過5G毫米波CPE為家庭或企業提供寬帶服務，提供家庭和寫字樓的無線寬帶接入，在美國鄉村和企業都有應用。

圖6 某企業應用案例

2.3 國內進展

當前國內尚無5G毫米波商用網絡，IMT-2020正積極組織測試驗證，2022年北京冬奧會場館也將部署毫米波環境。

IMT-2020測試：IMT-2020成立高頻討論組，2019年11月完成毫米波一階段測試，2020年7月開始組織運營商、設備商、終端廠商等在懷柔開展毫米波設備和組網測試，為5G毫米波技術商用做好準備，后續會發布部分5G 毫米波頻段頻率使用規劃。當前毫米波設備和組網測試也已經接近尾聲，按計劃在2021年將開始典型場景驗證測試，工作計劃見下圖。

圖7 IMT2020測試計劃

當前已完成關鍵技術測試，毫米波設備和組網測試也已經接近尾聲，按計劃在2021年將開始典型場景驗證測試。

截止2020年10月，華為、中興、諾基亞、愛立信等都完成了基站功能測試，測試情況如下圖。持最大帶寬800MHz的測試場景，從測試結果看，單載波可達200M，基站通道規格可以支持4T4R。

終端測試情況見下圖，多家芯片、終端廠商可以提供支持毫米波的芯片及樣機，其中國內廠商表現也很優秀。

圖8 終端測試情況

冬奧會場館：2022年北京冬奧會中國聯通將運用5G毫米波打造超大帶寬的智慧無線場館，屬于熱點區域應用類型。以下為聯通規劃的冬奧會毫米波具體應用場景，提出了觀眾觀賽體驗提升、賽場館的智慧化運營、合作伙伴的服務與保障3大智慧場景、服務觀眾、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。

觀賽體驗提升場景見下圖，包括沉浸式觀賽、VR體驗看臺等。

圖9 觀眾觀賽體驗提升場景

智慧化運營和管理的內容包括道路監控、車牌識別、電子圍欄、人臉識別等，詳見下圖。

圖 10 智慧監控管理

合作伙伴的服務與保障具體服務場景有多機位多視角打造全景體驗、運動員便攜攝像機畫面實時回傳等，詳情如下圖。

圖11 新型信息服務

服務場景多，面向的人群面面俱到，期待有不俗的表現。

3、產業鏈情況

5G毫米波涉及的產業鏈主要包括芯片/模組廠商、設備廠商、終端廠商、測試儀表廠商、運營商。整體看，國外的產業鏈已經初步形成，國內當前剛起步，但是潛力很大，發展迅速。

3.1 芯片廠商
分別就基站芯片和手機芯片兩方面介紹。

基站芯片

2020年1月中國紫金山實驗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，但是商用量產芯片主要還是以美國廠商為主。國內企業MISIC（南京無線谷）也已經有毫米波產品，和東南大學毫米波實驗室有較多合作。

圖12 MISIC芯片制作的DEMO樣例

終端芯片

芯片設計廠商現在最主流是高通、聯發科、華為（三星主要自用）。2016高通率先發布了全球第一款5G基帶芯片X50，當前芯片已經到第三代，目前商用量產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版本不支持，聯發科聲稱不早于2021量產）。高通目前在毫米波段暫時處于壟斷地位，蘋果在2020年12月投入巨資開始做射頻相關的芯片以解決信號問題，說明當前芯片仍有不足，未來可能情況可能會發生變化。

圖13 高通三代5G芯片

3.2 設備供應商

支持毫米波基站的設備主流供應商有愛立信、諾基亞、三星、華為、中興等，當前國內廠商方案能力和經驗儲備相對不足，如支持的站點類型國內廠商主要支持宏站，而毫米波更重要的是可以密集部署的微小站。愛立信、諾基亞在5G毫米波領域相對更成熟，經驗更多。

愛立信：根據其在曝光的信息看綜合實力最強，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秀的表現，微小街站輕便易用。

愛立信一直致力于毫米波的應用及擴展，證明毫米波遠距離傳輸的商用可行性。2020年9月在美國成功實現商用網絡超過5千米的數據呼叫；2020年12月又將距離突破到6.5千米，且速率高達1 Gbps（下行）和700 Mbps（上行）。對于拓寬5G應用邊界起到了積極作用。

圖14 愛立信和合作伙伴攜手刷新毫米波傳輸新紀錄

諾基亞：諾基亞2018年在韓國冬奧會完成5G毫米波演示，2019和美國三大運營商合作部署商用站點，已經兩年迭代期，當前已經是第四代產品，可以支持多種功率組合多種覆蓋場景，宏站、街道站、微站，在北美、日本、韓國有數萬個站在現網運營，積累了較豐富的經驗，包括覆蓋規劃、功率的規劃、天線掛高、反射波的利用等。

3.3 終端廠商

2018年8月，聯想旗下的摩托羅拉發布全球首款支持毫米波段（28GHz）的手機。根據GSA的最新報告（2021-1）越來越多的在售設備支持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％兩個頻譜都支持。

圖15 已發布設備頻譜支持情況

當前國內還沒有在售商用手機支持毫米波，OPPO旗下的“一加”海外版有支持毫米波的機型，Vivo和聯通、中興合作在5G產業大會做過毫米波手機的演示，部分廠商積極參加了IMT2020的測試。終端準備已經日趨成熟，部分細節待優化，如功耗問題、集成問題、信號問題等。

3.4 測試廠商

已有場景的測試方案已經日趨成熟，當前的頭部測試廠商有是德科技，羅德與施瓦茨科技。是德科技已經有相應成熟的測試方案和測試經驗，產業合作情況遍布全球，和高通等多家企業有深入合作。各個場景和環節都有測試解決方案，和產業鏈各個環節、各個層次有較深的合作，如從研發階段就開始深入合作。羅德與施瓦茨科技聲稱5G產業鏈各個環節都有打包好的測試解決方案，對波束賦形及移動性管理等有詳至的測試方案，如下圖。

圖16 羅德與施瓦茨科技測試場景

4、未來前景
整體看當前的5G建設，當前毫米波“不是非它不可，但是可以錦上添花”。

國內小規模部署應用是十分必要的，隨著產業的發展，如果通信技術沒有顛覆性的變革，從歷程和趨勢看毫米波乃至太赫茲的應用是必然的。因此通過小范圍應用來催熟相關產業鏈、增強對外交流做技術和經驗的儲備非常重要。

GSMA預估的5G毫米波的未來前景非常可觀，在報告中預測5G毫米波產業全世界毫米波產業規模及結構如下圖，總產值預計2034年可達565 billion美元。

圖20 預測世界毫米波產業規模及結構

從應用場景看，小范圍擴容和垂直行業的應用場景價值較大。因為中國SUB6G頻段不像其他國家那么稀缺，目前看大范圍連續覆蓋的應用場景意愿不足，而5G低頻段SUB-1G（700M）應用價值可能更高。

根據歷史經驗，路修的再寬將來還是會堵車，隨著社會對網絡帶寬需求的提升和“殺手級”應用場景的發掘，可能在不久的將來毫米波乃至太赫茲會成為“剛需”，困難和阻力自然迎刃而解。但是當前重點還是需要把已經部署的SUB-6G提供的網絡能力進一步消化后才能看清未來。

當前毫米波在移動通信之外也有應用場景，如作為激光雷達，在軍事上的反隱形效果好，還可以實現更精準的定位，精準姿勢識別等功能，可以應用于工業、醫療、自動駕駛、家庭、娛樂等各種場景。

隨著5G的普及，后續6G的開始研發，當前重點攻克的就是更高效的高頻材料的發掘以及空天地一體化通信網的構建。當前在衛星通信使用的頻段就已經和5G毫米波的頻段有沖突，隨著衛星通信的進一步發展，毫米波頻段的應用會越來越擁擠。

總結

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，应用篇的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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