通信世界網消息（CWW）5G定義了eMBB、uRLLC和mMTC三大場景，對容量，時延，可靠性和連接數均提出了更高要求，到目前為止，中國移動已經部署50萬以上的5G中頻段基站，到年底前預計還會新增20萬低頻段的共建共享基站，當前5G網絡為2C用戶帶來了較好的網絡體驗。毫米波相比中低頻可提供更大帶寬、更高速率、更低時延，有望更好支撐2C、2H、2B、2N等用戶的多樣化業務需求，但同時也面臨眾多挑戰，需要產業加強對毫米波技術和應用的研究和探索。
5G毫米波的特點和優勢
5G毫米波支持400MHz的小區帶寬，800MHz的載波聚合，因此具有單用戶高速率優勢，根據目前實測數據，在考慮載波聚合的情況下，毫米波上下行單用戶峰值速率可達1Gbps和3.7Gbps以上，相比中頻段分別提高了2倍和20%，后續通過算法優化和256QAM高階調制的標準化完成，單用戶速率有待進一步提升。毫米波的子載波間隔為120KHz，即slot時長為0.125ms，是中頻段NR的1/4，故具有更低的時延性能。根據實測數據，毫米波的RTT環回時延低于4ms，是2.6GHz NR和FDD系統的一半。由此可見，作為5G的重要組成部分，毫米波將能夠進一步釋放5G的潛力。
但毫米波易受遮擋、穿透特性差的頻率特性，導致覆蓋性能相比中低頻有較大差距。根據我們的外場測試，在室外場景中， EIRP為48dBm情況下 LOS覆蓋距離為400~500米，NLOS場景則受限于遮擋程度。室內場景中，以LOS覆蓋為主，可覆蓋60米左右。在室外覆蓋室內場景中，覆蓋范圍存在較大挑戰，主要受限于墻體遮擋?？傮w而言，毫米波穿墻損耗較高，不適合用于室外覆蓋室內場景。純室外覆蓋場景下，在茂密植被、建筑樓宇遮擋損耗高的場景時，容易掉話，連續組網成本高，毫米波更適合部署于LOS或具備良好反射路徑的區域性覆蓋場景。
毫米波商用及產業進展
目前世界主要經濟體已經完成或者正在進行5G毫米波的頻譜規劃。國際上對毫米波的頻譜規劃大部分集中在24.25~43.5GHz之間，我國已規劃確定的試驗頻譜為24.75~27.5G。其中美國、日韓等地的毫米波的應用節奏較快，已經進行了部分地區的商用部署，中國也在2017年開始了毫米波技術試驗。根據GSA最新的數據，目前全球已有28家運營商在毫米波頻段進行了商用部署。
具體到毫米波端到端設備，在基站設備領域，主流設備廠商已經陸續推出毫米波商用基站產品，目前普遍支持滿足密集城區覆蓋需求、EIRP大于65dBm的室外覆蓋產品，部分廠商還發布了滿足高穹頂室內場館覆蓋及街道覆蓋的桿微站產品，該產品的EIRP規格一般在40或50dBm左右。但分布式的皮站目前尚未有產品推出，一些毫米波室內場景目前主要借助桿微站解決。在終端及芯片領域，主要的芯片解決方案廠商：高通、海思、三星、MTK等也都推出了其毫米波芯片方案，目前全球商用的毫米波終端已有約70款，主要還是以手機和CPE為主，數字通道數為2T2R。
中國移動始終致力于新技術的研究，早在2017年便成立了毫米波項目組，在總體規劃、技術標準、產品方案、關鍵器件、測試驗證等幾個領域開展毫米波相關的工作?？傮w規劃包括毫米波頻譜策略、應用場景、系統設計等研究工作。其他的研究點包括多天線、系統參數、組網等技術標準，毫米波基站架構、波束賦形、覆蓋增強等產品實現方案。此外中國移動對毫米波關鍵器件的性能、產業情況等也非常關注，一直致力于上游產業鏈的推進工作。毫米波與中低頻的測試方案有很大不同，為此中國移動研究院也與信通院等產業界同仁一起開展了毫米波測試環境和方法的研究。
毫米波應用場景及系統參數探索
毫米波作為sub-6G的補充和增強，需要我們先探索清楚毫米波可能的適用場景。毫米波具有大容量、低時延的優勢外，還具有更高距離分辨率、更強定位精度等優勢，可探索2C、2B和通感一體等場景的應用。2C場景下，體育場館、機場等特殊大容量場景，在高清、超高清視頻等高速率業務逐漸普及后，可能存在容量需求無法滿足的問題，毫米波可用于這些熱點的容量補充。通感一體化場景下，可探索在自動駕駛、無人機等應用中，提供更高的距離分辨率、角度精度和定位精度以滿足行業需求。
毫米波的這些特性還將助力工業智能化革命，在2B場景中發光發熱。例如，在高鐵車地通信場景中，列車進站后，運行過程中產生的視頻監控、機器運行狀態、傳感器等數據需要與車站同步，傳統方式為視頻卡拷貝，效率和實時性很低。該場景的傳輸特點為信息傳輸距離短，多為LOS環境，傳輸時間短、數據量相對較大。使用毫米波則能夠提供強大的優勢，50秒內傳輸50GB的數據，最大上行傳輸速率超過1.5Gbps，無需人工干預。在密集部署的工業相機、智慧工廠等2B應用場景下，無論是1.17Gbps的上行速率要求，還是低于5ms的時延剛需，亦或者5個9的可靠性需求，毫米波都可更好的保障2B行業的應用。
3GPP定義毫米波可支持50MHz/100MHz/200MHz/400MHz不同的載波帶寬。綜合考慮端到端的性能，第一：小區帶寬越大，公共開銷越小，鄰區關系越簡單，切換次數越少，更易達到負載均衡； 第二：由于毫米波流數及調制方式低于中低頻段，小區帶寬支持400MHz方能體現毫米波優勢，是技術演進的必然趨勢； 第三：基站支持小區帶寬400MHz相對200MHz無成本、技術復雜度提升，終端側支持400MHz*1及200MHz*2無本質差別。因此我們建議基站和終端支持的載波帶寬一致，優選400MHz，同時考慮到未來分配的頻譜可能不是400MHz的整數倍，也同步建議支持200MHz。目前產業大多數都支持單載波100MHz，少數基站和終端已經支持單載波200MHz帶寬，但400MHz小區帶寬目前產業還無規劃。建議產業伙伴們聯合推動支持400MHz小區帶寬。
5G毫米波幀結構定義非常靈活，考慮目前的產業、性能和需求分析，建議網絡和終端支持3D1U(即DDDSU)、2D2U(即DDSUU)和1D3U(即DSUUU)等多種幀結構。3D1U適用于補熱補容場景業務，比如交通樞紐；1D3U適合僅上行有大流量需求，下行無速率要求的場景，比如工業視覺； 2D2U適用于上下行吞吐量均有較高需求的場景，比如園區辦公；同時考慮毫米波覆蓋范圍小，易衰落，交叉時隙干擾相對較小，可考慮根據垂直行業不同業務需求，配置不同的幀結構，實現靈活的幀結構配置或調整。目前產業主要聚焦在3D1U和1D3U兩種幀結構上，建議產業也考慮靈活幀結構的配置或調整方式。
目前比較成熟的毫米波架構主要還是數?；旌系牟ㄊx形架構，在這種架構下，毫米波基站的EIRP由單通道的輸出功率以及通道的規模共同決定，而單通道的功率又決定了器件的工藝選擇。不同形態規格的基站產品，需要結合使用需求，進行細致的指標分析，制定合適的基站產品參數。目前毫米波基站產品其射頻前端大多采用了硅基工藝，但在砷化鎵等化合物材料和工藝上建議產業界繼續深入探索。
毫米波的應用挑戰及目標建議
雖然毫米波在全球已經有部分商用，但我們也發現相較于于中低頻，毫米波的產業成熟度還較低，與商用的目標還有一定的差距。典型的問題包括：1、基站設備的成本高和性能不足：基站設備目前主要以桿微站為主，站型較單調，EIRP較低，覆蓋能力不足，缺乏真正滿足廣覆蓋需求的宏站站型；由于全球產業規模小，覆蓋效能低，因此基站設備成本還比較高，大概為同部署場景的sub-6G站型的2倍；基站功率效率低、功耗大，并且尚無法完全支持網絡所需功能。2、終端的能力仍有待加強，目前的商用終端主要以支持28G頻段為主，對我國的26G頻段支持力度較弱，同時單載波帶寬較窄，產品形態少，我們認為未來毫米波的應用應該涉及到多種多樣的需求，諸如娛樂、工業等領域，因此終端可能還會出現頭盔、機械臂等各種形態的產品。另外，支持毫米波的終端型號較少，增加毫米波頻段后成本比純sub-6G終端高約10%以上。手持終端上行發射能力不足，需要持續優化。3、基站關鍵器件性能較弱，例如發射功率、噪聲系數、效率、集成度等仍有提升空間。4、毫米波測試技術不成熟，毫米波依賴OTA測試技術，但現在毫米波的測試模型不完備，尚無成熟端到端測試系統。測試效率低、成本高。
對于以上挑戰，我們提出幾點近中期毫米波應用的目標和建議：對于毫米波基站，應進一步豐富站型規格；在高低頻協同組網上，我們的目標是既可以與sub6G協同組網也可以面向局部區域進行毫米波的獨立組網，目前的功能實現上還有待成熟；在幀結構上我們希望面向不同的場景可以支持靈活的幀結構，目前產業還主要支持以下行為主的幀結構。此外，諸如IBW帶寬、多用戶MIMO、MCS等級、功率效率等仍有一定的上升空間。對于毫米波終端，我們建議具備更多的形態，支持國內規劃的n258全頻段，單載波支持400MHz帶寬。對于毫米波器件，持續提升性能和集成度。在測試方面，盡快支持高效、完備的測試方案。
最后面向毫米波中遠期發展，技術創新大有可為，例如面向架構演進的全數字波束賦形架構及透鏡天線架構，提升覆蓋的智能超表面賦形技術及超表面覆蓋增強技術、與感知結合的毫米波通感一體化技術、優化天線設計的稀疏陣方案等，希望業界專家學者們共同研究和探索，碰撞出更多創新思維的火花。
結束語
5G技術的高質量發展離不開高、中、低頻段的協同發展。其中，高頻段是保證網絡高速率和大容量的關鍵頻段。在5G未來發展中，毫米波技術將發揮重要的補充作用。希望產業伙伴共同探索5G毫米波的適用場景、高性價比的端到端實現方案，打造健壯、完善的產業鏈，充分挖掘毫米波的技術和商業潛力，共同為毫米波產業的發展添磚加瓦。
