毫米波是指波長(zhǎng)為毫米級(jí)的電磁波，通常所處頻段為30 - 300 GHz，往往也包含24 GHz 以上頻段。5G網(wǎng)絡(luò)需要毫米波來(lái)支持更高的速率和更低的時(shí)延，為各種新型應(yīng)用提供通信基礎(chǔ)設(shè)施。相比于4G ，5G一個(gè)關(guān)鍵的提升就是能夠利用更多的頻譜資源來(lái)滿(mǎn)足不同種類(lèi)的業(yè)務(wù)需求，其中就包括使用毫米波的頻段資源來(lái)實(shí)現(xiàn)極高帶寬和極低時(shí)延。

隨著業(yè)務(wù)對(duì)帶寬需求的不斷增加，通信頻譜不斷向更高頻譜延伸，5G毫米波具有豐富的頻率資源，是移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)的必然方向。2020 年，5G已經(jīng)開(kāi)始規(guī)模商用，整個(gè)產(chǎn)業(yè)界的目光都開(kāi)始投向5G下一階段部署的關(guān)鍵技術(shù)，其中5G毫米波倍受業(yè)界關(guān)注和重視。5G毫米波具有高帶寬、低時(shí)延等突出優(yōu)勢(shì)，能夠充分釋放5G的全部潛能，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的提升和千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，真正實(shí)現(xiàn)“4G改變生活、5G改變社會(huì)”的愿景。毫米波和中低頻段的Sub-6GHz都有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，5G毫米波和Sub-6GHz互相配合和補(bǔ)充才能夠充分釋放5G的全部潛能，為變革用戶(hù)體驗(yàn)和推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵賦能。

據(jù)GSMA及相關(guān)市調(diào)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，5G毫米波作為高速接入、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的核心使能技術(shù)，預(yù)計(jì)將在2035 年之前對(duì)全球GDP做出5650 億美元的貢獻(xiàn)，占5G 總貢獻(xiàn)的25%;在2034年之前，預(yù)計(jì)在中國(guó)使用5G毫米波頻段所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)受益將達(dá)到約1040億美元，其中垂直行業(yè)領(lǐng)域中的制造業(yè)和水電等公用事業(yè)占貢獻(xiàn)總數(shù)的62%，專(zhuān)業(yè)服務(wù)和金融服務(wù)占12%，信息通信和貿(mào)易占10%。

5G毫米波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

GSMA在其《5G毫米波技術(shù)白皮書(shū)》中對(duì)這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)做了很好的總結(jié)，其最重要的優(yōu)勢(shì)在于頻率資源豐富、帶寬極大。5G毫米波比5G Sub-6 GHz 頻段(FR1)具有更豐富的頻譜資源(如圖3 所示)，是5G網(wǎng)絡(luò)提供千兆連接能力的主要方式。要達(dá)到5G最高速率要求，就必須使用5G毫米波。

圖1：5G毫米波頻段頻率資源豐富且?guī)挻蟆?

5G毫米波網(wǎng)絡(luò)可輕易實(shí)現(xiàn)Gbps級(jí)別的峰值吞吐率。比如在26 GHz頻段內(nèi)分配連續(xù)800MHz頻譜，可以采用四個(gè)單載波200MHz(4*200MHz)或者八個(gè)單載波100MHz(8*100MHz)實(shí)現(xiàn)載波聚合傳輸?；?GPP標(biāo)準(zhǔn)可用的信道寬度和調(diào)制方式，結(jié)合先進(jìn)的天線設(shè)計(jì)和射頻處理技術(shù)，5G毫米波系統(tǒng)可以輕松獲得數(shù) Gbps 以上的峰值數(shù)據(jù)吞吐率。目前5G毫米波已經(jīng)在部分國(guó)家和地區(qū)商用，基于Ookla SPEEDTEST最新實(shí)測(cè)結(jié)果，5G Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率比4G LTE快5倍，而5G毫米波網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率與5G Sub-6 GHz 相比又快了4倍，平均速率高達(dá)900Mbps，峰值速率超過(guò)2Gbps。這一結(jié)果是在400MHz 帶寬實(shí)現(xiàn)的，未來(lái)使用800MHz 帶寬將有望得到更好的結(jié)果。因此，與5G sub-6 GHz相比，5G毫米波技術(shù)對(duì)于用戶(hù)峰值速率仍有很大提升空間。

圖2：Ookla SPEEDTEST實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。(來(lái)源：高通)

5G毫米波的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是易與波束賦形技術(shù)結(jié)合。5G毫米波的頻段高、波長(zhǎng)短，使得其在設(shè)計(jì)和部署上有空間優(yōu)勢(shì)，非常適合與波束賦形技術(shù)相結(jié)合，增強(qiáng)性能并降低干擾。在典型天線陣列配置下，假設(shè)基站有256個(gè)天線陣子，5G毫米波能夠獲得的理論波束賦形增益可達(dá)24dB;若終端有8根天線，增益可達(dá)9dB。例如，在進(jìn)行室外覆蓋時(shí)，如果5G毫米波基站和4G LTE 基站完全共站部署，數(shù)量相等的話(huà)，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)下行覆蓋率可以達(dá)到77%。如果稍微增加5G毫米波基站數(shù)量，下行覆蓋率可以達(dá)到95%。

5G毫米波的第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)極低時(shí)延。5G毫米波系統(tǒng)空口時(shí)隙長(zhǎng)度是目前主流5G中低頻系統(tǒng)的1/4，空口時(shí)延顯著降低，是滿(mǎn)足5G 空口時(shí)延小于1ms 的有力保證，可實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、云游戲、實(shí)時(shí)云計(jì)算等URLLC(高可靠低時(shí)延)業(yè)務(wù)的質(zhì)量承諾。例如，AR/VR業(yè)務(wù)為保證多感官協(xié)調(diào)體驗(yàn)和交互能力，需要毫秒級(jí)的時(shí)延;典型的工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)對(duì)于時(shí)延的要求也要達(dá)到毫秒級(jí);產(chǎn)品線上的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制也需要毫秒級(jí)的時(shí)延保證;而工業(yè)視覺(jué)等引入人工智能所需的大規(guī)模計(jì)算往往需要在一定距離外進(jìn)行，對(duì)空口時(shí)延有亞毫秒級(jí)別的嚴(yán)格要求。

5G毫米波的第四個(gè)優(yōu)勢(shì)是可支持密集小區(qū)部署。5G毫米波系統(tǒng)可利用波束定向的特點(diǎn)將信號(hào)能量聚焦在特定方向來(lái)減小對(duì)其它非目標(biāo)對(duì)象的干擾，保證鄰近鏈路或者鄰近小區(qū)通信質(zhì)量，很適合在大型場(chǎng)所如會(huì)議室、音樂(lè)會(huì)、體育館、地鐵站等人口密集區(qū)域進(jìn)行部署。

5G毫米波的第五個(gè)優(yōu)勢(shì)是可進(jìn)行高精度定位。5G毫米波波束窄、方向性好，有極高的空間分辨力;同時(shí)由于信號(hào)傳輸周期小、時(shí)間精度高，5G毫米波有望實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位。即使和全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)相比也有精度和速度上的優(yōu)勢(shì)，尤其在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)較弱的室內(nèi)環(huán)境，5G毫米波的定位能力將發(fā)揮更為重要的作用。