而對于5G時代，除了目前中國正在部署的Sub-6GHz頻段，還有一塊“寶地”，能夠給用戶帶來區(qū)別于4G的超高速低時延的體驗，那就是毫米波。毫米波到底有多火，我們可以先簡單梳理一下各國關(guān)于“毫米波”的最新動向：

去年 11 月，美國率先釋放并完成了三個高頻頻譜的拍賣工作，并宣布集中重點發(fā)展 28GHz 毫米波。韓英德等國也相繼完成了高頻頻段的頻譜拍賣，日本也將于今年 3 月分配和美韓波段一樣的高頻段毫米波頻譜。而中國則在去年確定了高中低頻段聯(lián)合組網(wǎng)的設(shè)計方案，并完成中頻段頻譜的劃撥，關(guān)于毫米波優(yōu)先研究的規(guī)劃意見也已經(jīng)啟動；2019 年 2 月，工信部無線電管理局發(fā)布《2019年全國無線電管理工作要點》，其中特別提到要適時發(fā)布 5G 系統(tǒng)部分毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，引導(dǎo) 5G 系統(tǒng)毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展......

不僅各國政府如此，企業(yè)也非常重視“毫米波”：芯片巨頭高通不止一次對外談到“毫米波”的重要性；華為任正非接受央視專訪時也重點提到“微波”（也就是毫米波）；AT&T、Verizon、Sprint、T-Mobile 等運營商也開始大力購買高頻頻譜。

5G 的建設(shè)為什么如此重視“毫米波”？一些評論者用房地產(chǎn)來類比，高呼“毫米波就是還未開發(fā)的 5G 黃金地段”，或“毫米波是5G的‘高速公路’”。

集萬眾寵愛于一身，毫米波究竟是何方神圣又有何厲害之處，我們不妨用一篇文章探秘。

遇見毫米波

要想搞清楚毫米波是什么之前，先要了解無線電頻譜、頻段、頻率、頻道之間的關(guān)系。

頻譜，你可以理解為記錄無線電的不同振蕩幅度與不同頻率而繪成的圖，就像樂譜記錄音樂旋律一樣；頻段，是指一段連續(xù)的頻率范圍（寬度），由于頻率一般從 0MHZ～300GHZ，因此可以被分成若干個頻段，可大可?。ū热?30MHZ～300MHZ 頻段被稱為HF頻段，也就是毫米波頻段）；頻率，就是每秒振蕩的次數(shù)（這個可以從物理學(xué)角度看，反映振動現(xiàn)象最基本的物理量就是頻率）；頻道，可以是兩個頻率組成的一條通道（就像公路上根據(jù)車寬劃出的4車道、6車道一樣），每條通道是雙向的，一條收信息，一條發(fā)信息，典型的頻道是頻率的組合利用?？偠灾?，頻率是度量尺度，頻譜是信號，頻段、頻道是信道媒介（相當(dāng)于“路”）。

圖：無線電的波段劃分（來源/百度百科）

而無線通信，不管是音頻、語音、視頻、還是文件（統(tǒng)稱為“信息數(shù)據(jù)”），要想傳播出去，需要把基帶的數(shù)據(jù)調(diào)制到一個射頻頻段，才能夠發(fā)射出去，這是無線通信命名的初衷。

因此，我們需要一個無線的頻譜，來把這些數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制搬到頻譜上，才能夠從天線發(fā)射出去，之后網(wǎng)絡(luò)才能接收到。反之亦然，網(wǎng)絡(luò)能發(fā)射信號，手機(jī)才能接收信號。

所謂毫米波（millimeter wave，簡稱“mmWave”），指的是波長在 1～10 毫米之間的電磁波，剛才也提到了，通常對應(yīng)于 30GHz～300GHz 之間的無線電頻譜，大家可以根據(jù)上邊的表格看一下，它是一種頻率比較高的電波。

據(jù)公開資料顯示，人類對毫米波技術(shù)的涉足，可以追溯到19世紀(jì)90年代，但毫米波技術(shù)在最初的約半個世紀(jì)里僅僅活躍在實驗室里；直到20 世紀(jì)60年代，毫米波才在射電天文學(xué)中開始早期應(yīng)用；20世紀(jì)70年代，由于毫米波集成電路和毫米波固體器件成功實現(xiàn)量產(chǎn)，毫米波通訊隨之發(fā)展；20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)、無線電通信、汽車?yán)走_(dá)等業(yè)務(wù)量的爆發(fā)，推動了毫米波民用技術(shù)應(yīng)運而生。

毫米波的優(yōu)勢非常明顯。相對于分米波、厘米波，毫米波的頻率更高，而通常電波的頻率越高，支撐的數(shù)據(jù)傳輸速度就更快，就如同人的語速一樣，在同一時間內(nèi)，語速越快，信息的傳達(dá)就越多；另外，由于天線長度與波長成正比，因此毫米波更短的波長，也讓天線變得更短，可以更好地應(yīng)用于各種場景；

5G，毫米波的“新大陸”

盡管有這些優(yōu)點，一直以來，毫米波的應(yīng)用范圍卻主要集中在雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感、輻射測量等軍事領(lǐng)域，沒有用于民用的移動通信。很長一段時期以來，毫米波頻段對于電信產(chǎn)業(yè)而言，都是“蠻荒之地”。

當(dāng)中有一些是產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題：其一，在5G時代以前，毫米波缺乏市場需求，以前的移動應(yīng)用并不需要這么大的帶寬和這么高的數(shù)據(jù)速率；其二，毫米波太貴，要克服傳播損耗、提高覆蓋范圍，需要大量的金錢投入；其三，毫米波因為頻譜高、帶寬大、速率高，技術(shù)相對不夠成熟。

此外，毫米波本身也有一些天然短板：傳輸過程中信號損耗大，易受阻擋，覆蓋距離短——這些固有弱點，讓業(yè)界很多人認(rèn)為，毫米波難以支持終端的移動化特性。這里要多解釋一下毫米波的傳播損耗和信號覆蓋的問題，要把毫米波運用于 5G ，這是核心難點所在，因為頻率越高，能量散發(fā)就越快，傳輸就越困難，信號越容易衰減。對應(yīng)到移動通信來說，就是信號越差。

我們同樣也可以舉例來說明。大家都知道聲波和光波，這兩種波就分別屬于低頻率波——聲波，和高頻率波——光波。我們?nèi)绻糁欢聣α硗庖粋€人說話，頻率更低的聲波是可以繞過圍墻讓對方聽到的，但是你卻看不見對方這個人，因為從對方反射的光波被墻擋住了，無法傳輸過來。毫米波的信號衰減問題也與此類似。

更雪上加霜的是，毫米波內(nèi)有一部分頻譜，已經(jīng)被諸如衛(wèi)星和其他廣播使用，而余下的包括 28GHz、39GHz、75GHz等在內(nèi)的空閑毫米波頻譜，是毫米波中的更高頻段。

所以之前的2G時代（GSM、CDMA），3G時代（CDMA 、WCDMA），到4G時代（FDD-LTE、TD-LTE），使用的頻譜基本都是 6GHz 以下的——這些是當(dāng)時最優(yōu)的頻譜：首先它們傳輸性能很好（過去幾十年里，這些頻譜都是緊著無線通信先用）；其次它們對器件的要求也較低。一切都按部就班進(jìn)行著。

但是隨著網(wǎng)絡(luò)終端的增長和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，低頻段日趨飽和，也就是“土地”不夠用了。眼看之前的頻譜資源就像市中心的房子一樣捉襟見肘，這時候，毫米波無疑像一塊具有豐富資源的新大陸吸引著人們的目光，盡管毫米波有這樣那樣的問題，但其自身無法忽視的大帶寬高速率的優(yōu)勢以及Sub-6頻段資源緊缺的現(xiàn)狀讓毫米波成為了5G時代的新亮點。

圖：為了移動寬帶、低時延、超大規(guī)模組網(wǎng)三大應(yīng)用場景，5G系統(tǒng)在規(guī)劃之初就確定了“全頻段”，需要從高頻、中頻、低頻統(tǒng)籌規(guī)劃?！緛碓?研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement公開資料（2017年）】

“開辟”毫米波

為了掙脫毫米波固有的“枷鎖”，使其能夠滿足用戶對移動性和穩(wěn)定傳輸?shù)囊?，許多公司都對毫米波技術(shù)進(jìn)行了大量的研發(fā)和投入。而作為通信行業(yè)一直以來的引領(lǐng)者——美國高通公司就是其中的佼佼者。

對于不少手機(jī)發(fā)燒友來說，高通驍龍的名字肯定不陌生。這家創(chuàng)立于1985年、總部設(shè)于美國加州圣迭戈的公司是全球移動通信技術(shù)的巨頭之一，中國著名的手機(jī)公司OPPO、vivo、小米、一加等等都是高通的合作伙伴。

為了破解毫米波在傳輸和覆蓋方面的短板，實現(xiàn)其在移動終端中的應(yīng)用，高通在數(shù)年前就積極投入毫米波技術(shù)的研發(fā)，在持續(xù)不斷的努力下，推出了一套完整的解決方案。通過小基站、大規(guī)模MIMO和波束成形技術(shù)成功的掃除了實現(xiàn)毫米波移動化的障礙，接下來我們一樣一樣來談。

（1）小基站

小基站，顧名思義就是小型基站。在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，小型基站和毫米波可謂優(yōu)勢互補。一方面，毫米波的5G信號傳輸不佳，那么布置更多的小型基站，增加網(wǎng)絡(luò)密度可以有效的改善這個問題。因此，5G時代將會通過部署大量小基站的方式，以加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔，間接彌補了毫米波穿透力差、衰減大的缺陷；另一方面，小基站之所以可以小，也是毫米波的特點所致。由于毫米波的頻率很高，波長很短，因此其天線尺寸可以做得很小，這是部署小型基站的基礎(chǔ)。

當(dāng)無數(shù)個“光源”（小基站）從高空照射下來，地面自然一片光明，不難預(yù)見，未來5G網(wǎng)絡(luò)將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新趨勢，以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

（2）大規(guī)模 MIMO

小基站解決了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問題，而大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出）則解決了毫米波發(fā)射和接收的問題。我們手機(jī)的通信頻率越來越高，波長越來越短，天線也越來越短，到5G時代已經(jīng)短到不是用“根”來表述，而是密集的天線陣列。大規(guī)模MIMO就能夠支撐多根天線的發(fā)送和接收，可以將通信信號成倍的發(fā)射和接收，大幅提高了信號的傳輸速度，同時還可以增強(qiáng)信號的強(qiáng)度。

（3）波束成形

解決了網(wǎng)絡(luò)覆蓋和發(fā)射接收的問題之后，又要怎么改變毫米波難以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)默F(xiàn)狀呢？接下來就要提到，實現(xiàn)毫米波移動化的第三個關(guān)鍵技術(shù)——波束成形。目前的基站基本采用全向發(fā)射，這種模式雖然能夠保證最大的輻射范圍，但容易造成耗能大、資源浪費等問題，所以最好的解決方法就是，讓它聚焦在一個方向，把發(fā)射出去的毫米波“攏”到一起，這就是波束成形技術(shù)。這種可以實現(xiàn)空間復(fù)用的技術(shù)，好比一雙大手，將全向的信號覆蓋凝聚成一個精準(zhǔn)指向，且波束之間互不干擾，這就意味著在同一空間提供更多的通信鏈路，服務(wù)更多用戶。

當(dāng)然，只有波束成形還是不能解決毫米波難以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。如果只有一個波束，波束的方向又不變，一旦手機(jī)的位置有變動，信號就無法傳到基站。因此，波束必須要通過波束導(dǎo)向技術(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對象的方向。同時，手機(jī)持有者的位置不斷移動，基站相對于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術(shù)，時刻追蹤天線移動的位置，并讓波束做出相應(yīng)的調(diào)整，來保障信號在收到阻擋的情況下自動切換電波，來保持手機(jī)信號的連續(xù)使用。

對創(chuàng)新者來說，問題從來不是問題

早在上世紀(jì) 90 年代后期，高通已開始對毫米波、MIMO、射頻等技術(shù)進(jìn)行研究。高通公司總裁克里斯蒂安諾·阿蒙（Cristiano Amon）曾經(jīng)在第三屆驍龍技術(shù)峰會上，用了很長一段篇幅，談毫米波之重要，更重要的是，這段話體現(xiàn)了創(chuàng)新者對于問題的態(tài)度，那就是問題從來不是問題，只是創(chuàng)新路上的一個節(jié)點。

“2015年，有人說毫米波技術(shù)行不通，那時我們向大家展示了通過波束控制毫米波是可用的。接著，又有人提出來說（毫米波）雖然可用，但也只能適用于視距情況下，于是高通又通過一個大篷車向大家展示了非視距移動毫米波。到了10月份，又有人質(zhì)疑說，雖然實現(xiàn)了毫米波的移動化，但是使用環(huán)境有限，毫米波仍然無法為智能手機(jī)所用，而高通又向大家展示了智能手機(jī)參考設(shè)計，包含天線模組，能夠滿足智能手機(jī)的大小及其散熱條件；這時候，質(zhì)疑又出現(xiàn)了，說如果要做到這一點，那么手機(jī)的體積將會很大，而高通又通過移動測試平臺MTP向業(yè)界展示，毫米波手機(jī)體積也可以接近正常手機(jī)體積。”這個過程對于高通而言，都意味著機(jī)遇，高通反之也因此變得越來越強(qiáng)大。

高通不止這樣講，也在身體力行的做。跨越技術(shù)門檻只是創(chuàng)新的第一步，如果終端用不上，一切都是空談。所以高通在解決了毫米波的自有缺陷以后，又推出了整套的射頻模組，將天線、射頻前端、收發(fā)器和放大器等都整合到一個模組里面，通過提前做好這些元器件的調(diào)整工作讓它們相互協(xié)同并將尺寸壓縮來解決將毫米波運用于手機(jī)的問題。

2018年7月，高通推出了與其第一代 5G 調(diào)制解調(diào)器驍龍X50配套的毫米波天線模組QTM052；今年2月，高通又推出了與驍龍X55相配套的第二代毫米波天線模組QTM525。與 QTM052 相比，QTM525在多個方面都實現(xiàn)了提升：增加了對更多毫米波頻段的支持，尺寸更小（由此，手機(jī)廠商可以將毫米波手機(jī)的厚度做到 8 毫米以下）等等。

除了城市熱點區(qū)域覆蓋，高通也在不斷探索將5G毫米波技術(shù)應(yīng)用在更多場景當(dāng)中。在2019MWC期間，高通進(jìn)行了“企業(yè)私有網(wǎng)絡(luò)”和“高密度的場館”兩個場景的演示，以展示5G NR毫米波用于室內(nèi)覆蓋的優(yōu)勢。這一系統(tǒng)模擬，是對室內(nèi)毫米波OTA測試網(wǎng)絡(luò)的補充，可以為智能手機(jī)、筆記本電腦和其他聯(lián)網(wǎng)終端帶來高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時延的連接，展示了真切的室內(nèi)毫米波通信體驗。諸如此類測試數(shù)不勝數(shù)，不可否認(rèn)，要想 5G 實現(xiàn)“改變社會”的使命，毫米波將會是非常重要的技術(shù)。

放眼整個產(chǎn)業(yè)，毫米波已經(jīng)逐漸枝繁葉茂，甚至業(yè)界已經(jīng)在研究頻率更高的 6G 了，困難真的不能阻礙創(chuàng)新者，只會激發(fā)創(chuàng)新者的動力。