器件性能提高成本降低研發(fā)鋪開毫米波或成5G試驗(yàn)下半場(chǎng)主角

王欣

本報(bào)記者

近日，工業(yè)和信息化部批復(fù)4.8-5.0GHz、24.75-27.5GHz和37-42.5GHz頻段用于我國5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為中國信通院MTNet試驗(yàn)室以及北京懷柔、順義的5G技術(shù)試驗(yàn)外場(chǎng)。

2016年1月，工業(yè)和信息化部確定3.4-3.6GHz頻段用于北京和深圳兩地5G技術(shù)試驗(yàn)，以驗(yàn)證5G關(guān)鍵技術(shù)性能。

而此次除了增加了此前工信部為5G劃分的中低頻段4.8-5.0GHz，還增加了共計(jì)8.25GHz的毫米波頻段。

可以預(yù)見，毫米波將很快加入5G研發(fā)試驗(yàn)的后半場(chǎng)，成為重要角色。

狼煙起：毫米波規(guī)劃與國際同步

實(shí)際上，高頻段的資源開發(fā)已經(jīng)是全球產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。

低頻頻譜資源緊張一直是國際問題，相對(duì)來說毫米波資源卻十分豐富，且稍加授權(quán)就可以使用。同時(shí)，由于5G應(yīng)用場(chǎng)景豐富，而毫米波能夠承載大量數(shù)據(jù)信息，非常適用于自動(dòng)駕駛等速率要求較高的場(chǎng)景。

其實(shí)，最近關(guān)于毫米波的聲音日漸加強(qiáng)。在日前，工業(yè)和信息化部無線電管理局局長(zhǎng)謝遠(yuǎn)生主持召開的無線電管理局專題會(huì)上，謝遠(yuǎn)生對(duì)我國頻譜發(fā)展提出了四點(diǎn)要求，對(duì)于毫米波，他提到要求開展國內(nèi)及國際協(xié)調(diào)工作，加快推進(jìn)毫米波頻段5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃。

而早在6月8日，工信部就公開征集對(duì)高頻頻段24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波頻段5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見，并要求詳細(xì)列出毫米波頻段的使用現(xiàn)狀、未來計(jì)劃及關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，以及該頻段部署5G系統(tǒng)主要面臨哪些技術(shù)方面的問題（包括射頻器件、芯片、儀表等）。

為什么要選擇24.75-27.5GHz、37-42.5GHz這8.25GHz毫米波頻段？

IMT-2020（5G）推進(jìn)組副主席王志勤曾在公開演講中表示，在高頻段通信方面，對(duì)于前期預(yù)商用而言，20GHz-40GHz擁有更高的優(yōu)先性，同時(shí)26GHz和28GHz、38GHz和42GHz頻段可采用同一組射頻器件，將更有可能實(shí)現(xiàn)全球協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

近日，加拿大創(chuàng)新、科學(xué)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展部（ISED）準(zhǔn)備將28GHz頻段、37-40GHz頻段以及64-71 GHz頻段用于5G系統(tǒng)。無獨(dú)有偶，歐盟委員會(huì)無線頻譜政策組（RSPG）也認(rèn)為高于24GHz的高頻段具有潛在價(jià)值，因?yàn)?4.25-27GHz頻段有超過3GHz的大帶寬，所以在5G部署早期會(huì)優(yōu)先選擇24.25-27.5GHz。同時(shí)韓國、美國也已經(jīng)率先釋放28GHz頻段用于高頻5G的開發(fā)，且日本也將28 GHz頻段作為推出5G服務(wù)的主要備選頻段。

值得一提的是，在WRC-19 1.13議題上，在總范圍24.25-86GHz里提出的11個(gè)5G候選頻段中，頻段相對(duì)較低、帶寬大的24.25GHz-27.5GHz毫米波頻段已成為國際意見比較統(tǒng)一的且研究最為集中的高頻頻段。

事實(shí)表明，我國5G毫米波頻譜規(guī)劃與美國、歐盟、日本、韓國基本保持一致，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz容易與國外形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)鏈，降低5G毫米波研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

烽火濃：器件性能提高

毫米波頻譜通常包括20GHz以上的高頻頻段，且之前毫米波主要應(yīng)用在軍事等領(lǐng)域。所以，通信業(yè)十分關(guān)心毫米波是否能真正用于5G。

近年來，關(guān)于毫米波的器件、芯片的研發(fā)也在緊鑼密鼓地展開，毫米波器件逐漸向多種材料發(fā)展。據(jù)了解，傳統(tǒng)的毫米波單片集成電路主要采用化合物半導(dǎo)體工藝， 如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等，其在毫米波頻段具有良好的性能，是該頻段的主流集成電路工藝。而近十幾年來，硅基（CMOS、SiGe等）、氮化鎵（GaN）工藝也取得大進(jìn)展并迅速拓展至毫米波頻段。

可以發(fā)現(xiàn)，一方面隨著芯片制造技術(shù)不斷提高，毫米波器件性能不斷提升。另一方面毫米波自身工作波長(zhǎng)較短，可以有效減小器件及系統(tǒng)的尺寸，這都使得毫米波器件成本逐漸降低。

對(duì)此，王志勤也在公開演講中肯定了毫米波器件的發(fā)展，并表示毫米波應(yīng)用在5G，不會(huì)存在業(yè)界曾擔(dān)心的我國會(huì)面臨美國“禁運(yùn)”關(guān)鍵器件的問題。“隨著高頻器件集成度越來越高，國內(nèi)廠商將無需到國外購買分離的元器件，因此‘禁運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)將越來越低。”王志勤如是說。

莫等閑：研發(fā)已開始

一方面毫米波器件的研發(fā)正如火如荼地展開，另一方面國內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商、通信設(shè)備商早已按捺不住毫米波技術(shù)的研發(fā)熱情。

目前，國內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商都開始聯(lián)合華為、中興、愛立信、高通等設(shè)備商進(jìn)行毫米波測(cè)試。

今年年初，美國運(yùn)營(yíng)商AT&T宣布已經(jīng)開始在舊金山采取C-RAN架構(gòu)部署小區(qū)，為了應(yīng)對(duì)未來毫米波發(fā)展。

今年3月，愛立信與日本軟銀開始基于28GHz頻段的5G測(cè)試，并與IBM聯(lián)合成功推出工作在28GHz毫米波頻段，用于未來5G基站的緊湊型硅基毫米波相控陣列集成電路（簡(jiǎn)稱IC）。

今年7月，中國移動(dòng)與羅德與施瓦茨合作完成了業(yè)界首次5G毫米波器件全面測(cè)試。據(jù)悉，此次測(cè)試5G毫米波器件正是工作于26GHz頻段和39GHz頻段，包括功放、低噪放、變頻器等。

日前，新加坡移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商M1也宣布與華為合作，在E-band的73GHz頻段上利用毫米波技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了35Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。高通一直致力于毫米波的發(fā)展，并測(cè)試了毫米波自適應(yīng)波束成形與波束追蹤技術(shù)，同時(shí)與眾多國內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商合作在毫米波28GHz和39GHz頻段上測(cè)試其基于3GPP的統(tǒng)一5G新空口設(shè)計(jì)。

業(yè)內(nèi)人士表示，隨著毫米波芯片成本降低、毫米波研發(fā)的大幅鋪開，毫米波必將為5G發(fā)展帶來裨益。而目前5G采用毫米波所面臨的挑戰(zhàn)，主要在于毫米波頻譜用于5G還并未經(jīng)過完整研究，仍有諸多技術(shù)問題待解。