器件性能提高成本降低研发铺开毫米波或成5G试验下半场主角

王欣

本报记者

近日，工业和信息化部批复4.8-5.0GHz、24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段用于我国5G技术研发试验，试验地点为中国信通院MTNet试验室以及北京怀柔、顺义的5G技术试验外场。

2016年1月，工业和信息化部确定3.4-3.6GHz频段用于北京和深圳两地5G技术试验，以验证5G关键技术性能。

而此次除了增加了此前工信部为5G划分的中低频段4.8-5.0GHz，还增加了共计8.25GHz的毫米波频段。

可以预见，毫米波将很快加入5G研发试验的后半场，成为重要角色。

狼烟起：毫米波规划与国际同步

实际上，高频段的资源开发已经是全球产业界的共识。

低频频谱资源紧张一直是国际问题，相对来说毫米波资源却十分丰富，且稍加授权就可以使用。同时，由于5G应用场景丰富，而毫米波能够承载大量数据信息，非常适用于自动驾驶等速率要求较高的场景。

其实，最近关于毫米波的声音日渐加强。在日前，工业和信息化部无线电管理局局长谢远生主持召开的无线电管理局专题会上，谢远生对我国频谱发展提出了四点要求，对于毫米波，他提到要求开展国内及国际协调工作，加快推进毫米波频段5G系统频率规划。

而早在6月8日，工信部就公开征集对高频频段24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波频段5G系统频率规划的意见，并要求详细列出毫米波频段的使用现状、未来计划及关键时间点，以及该频段部署5G系统主要面临哪些技术方面的问题（包括射频器件、芯片、仪表等）。

为什么要选择24.75-27.5GHz、37-42.5GHz这8.25GHz毫米波频段？

IMT-2020（5G）推进组副主席王志勤曾在公开演讲中表示，在高频段通信方面，对于前期预商用而言，20GHz-40GHz拥有更高的优先性，同时26GHz和28GHz、38GHz和42GHz频段可采用同一组射频器件，将更有可能实现全球协调统一。

近日，加拿大创新、科学与经济发展部（ISED）准备将28GHz频段、37-40GHz频段以及64-71 GHz频段用于5G系统。无独有偶，欧盟委员会无线频谱政策组（RSPG）也认为高于24GHz的高频段具有潜在价值，因为24.25-27GHz频段有超过3GHz的大带宽，所以在5G部署早期会优先选择24.25-27.5GHz。同时韩国、美国也已经率先释放28GHz频段用于高频5G的开发，且日本也将28 GHz频段作为推出5G服务的主要备选频段。

值得一提的是，在WRC-19 1.13议题上，在总范圍24.25-86GHz里提出的11个5G候选频段中，频段相对较低、带宽大的24.25GHz-27.5GHz毫米波频段已成为国际意见比较统一的且研究最为集中的高频频段。

事实表明，我国5G毫米波频谱规划与美国、欧盟、日本、韩国基本保持一致，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz容易与国外形成规模化产业链，降低5G毫米波研发风险。

烽火浓：器件性能提高

毫米波频谱通常包括20GHz以上的高频频段，且之前毫米波主要应用在军事等领域。所以，通信业十分关心毫米波是否能真正用于5G。

近年来，关于毫米波的器件、芯片的研发也在紧锣密鼓地展开，毫米波器件逐渐向多种材料发展。据了解，传统的毫米波单片集成电路主要采用化合物半导体工艺， 如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等，其在毫米波频段具有良好的性能，是该频段的主流集成电路工艺。而近十几年来，硅基（CMOS、SiGe等）、氮化镓（GaN）工艺也取得大进展并迅速拓展至毫米波频段。

可以发现，一方面随着芯片制造技术不断提高，毫米波器件性能不断提升。另一方面毫米波自身工作波长较短，可以有效减小器件及系统的尺寸，这都使得毫米波器件成本逐渐降低。

对此，王志勤也在公开演讲中肯定了毫米波器件的发展，并表示毫米波应用在5G，不会存在业界曾担心的我国会面临美国“禁运”关键器件的问题。“随着高频器件集成度越来越高，国内厂商将无需到国外购买分离的元器件，因此‘禁运风险将越来越低。”王志勤如是说。

莫等闲：研发已开始

一方面毫米波器件的研发正如火如荼地展开，另一方面国内外运营商、通信设备商早已按捺不住毫米波技术的研发热情。

目前，国内外运营商都开始联合华为、中兴、爱立信、高通等设备商进行毫米波测试。

今年年初，美国运营商AT&T宣布已经开始在旧金山采取C-RAN架构部署小区，为了应对未来毫米波发展。

今年3月，爱立信与日本软银开始基于28GHz频段的5G测试，并与IBM联合成功推出工作在28GHz毫米波频段，用于未来5G基站的紧凑型硅基毫米波相控阵列集成电路（简称IC）。

今年7月，中国移动与罗德与施瓦茨合作完成了业界首次5G毫米波器件全面测试。据悉，此次测试5G毫米波器件正是工作于26GHz频段和39GHz频段，包括功放、低噪放、变频器等。

日前，新加坡移动运营商M1也宣布与华为合作，在E-band的73GHz频段上利用毫米波技术成功实现了35Gbps的数据传输速度。高通一直致力于毫米波的发展，并测试了毫米波自适应波束成形与波束追踪技术，同时与众多国内外运营商合作在毫米波28GHz和39GHz频段上测试其基于3GPP的统一5G新空口设计。

业内人士表示，随着毫米波芯片成本降低、毫米波研发的大幅铺开，毫米波必将为5G发展带来裨益。而目前5G采用毫米波所面临的挑战，主要在于毫米波频谱用于5G还并未经过完整研究，仍有诸多技术问题待解。