刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展，这项技术未来前景如何？

近日，据《科技日报》官方微博披露，中国工程院院士刘韵洁向业界宣布了一条好消息——南京网络通信与安全紫金山实验室研发团队已成功研制CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片，并完成了芯片封装和测试，每通道成本可由1000元降至20元；同时，其封装集成了1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。芯片与天线阵列有望2022年规模商用于5G系统。

业内专家向《中国电子报》记者表示，由于没有披露更多细节，该款芯片是如何实现成本降低90%以上的，还不太好分析。但该款芯片将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起，采用了AiP封装技术，在某种意义上有利于促进我国的5G毫米波商用进程，对国内其他5G毫米波商用技术的研发奠定了一定基础。此外，5G毫米波拥有大量潜在、未被充分利用的频谱资源，将是5G时代Sub-6GHz的良好补充，国内运营商可将5G毫米波传输技术与sub-6GHz良好结合。

开发毫米波有什么必要性？从2G到4G，移动通信的频段基本在2.7GHz以下，但当低频段的频谱资源被耗尽时，就只能在高频段获取频谱资源。美国选择毫米波主要也是因为其在低频段的资源十分紧张，只能在高频段中“做文章”。

5G频段目前分为两部分，一个是sub-6GHz，另一个就是毫米波。不同于早已被业界熟知的Sub-6GHz频段，位于高频段的毫米波拥有大量未被充分利用的频谱资源，研发毫米波器件成为未来推动5G发展的方向之一。

毫米波有哪些优势？一是毫米波的频谱丰富，可以搭载的宽带频段范围较广，而且它的传输速率快，最低传输速率可达到10Gbps；二是毫米波的波束较窄，在空间中辨别方向能力强，传输方向性好；三是由于光束窄，基于毫米波制作出来芯片更易做到小型化；;四是毫米波的载波间隔较大，单SLOT周期是低频Sub-6GHz的1/4，空口时延较低，在一些对时延要求较高的场景大有可为。

毫米波的优点是不少，但国内目前主要以Sub-6GHz频段扩展5G网络。那么，毫米波自身存在哪些缺陷制约了它的应用？

尽管毫米波信息传输速度更快，但它有着非常大的缺陷——受制于无线电波的物理特性，毫米波的短波长和窄光束特性让信号分辨率、传输安全性以及传输速度得以增强，但传输距离大大缩减，且信号穿透能力较差、造价昂贵、功耗也很高。

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谷歌公司对相同范围内、相同基站数量的5G覆盖测试显示，采用毫米波部署的5G网络，100Mbps速率的可以覆盖11.6%的人口，在1Gbps的速率下可以覆盖3.9%的人口；而采用Sub-6GHz频段的5G网络，100Mbps速率的网络可以覆盖57.4%的人口，在1Gbps的速率下可以覆盖21.2%的人口。可以看到，在Sub-6GHz下运营的5G网络覆盖率是毫米波5倍以上，这也让毫米波难以在短时间商用化。

那么，这个令人“喜忧参半”的技术为何被行业寄予厚望？因为ITU IMT-2020规范要求5G速度达到20Gbit/s，单靠Sub-6GHz是搞不定的，需要用上毫米波。

一位通信行业专家曾向记者比喻，Sub-6GHz频段仿佛是拥挤的地铁，Wi-Fi、蓝牙、卫星广播等都“挤”在一起，难免会“打架”。而毫米波频段就像是无人区飞驰的敞篷跑车，时延低，容量高，可以同时有更多设备连接。

大唐移动5G专家段滔认为，运营商利用毫米波系统的大规模阵列天线技术，通过波束赋形，一部分波束可用于网络回传，一部分波束可用于容量覆盖，从而可以替代传统的光纤网络，节省网络部署成本。

Sub-6GHz频段覆盖广，信号强且稳定;而毫米波速度快，时延低，能实现点对点超高速传播，两者各有优势，都是“真•5G”，只不过是看哪个更适合运营商建设和使用场地的实际需要。未来毫米波系统可以用于室内场馆及办公区覆盖，也可应用于室外热点覆盖、无线宽带接入等，与Sub-6G协同组成双连接异构网络，实现大容量和广覆盖的有机结合，未来市场空间可观。

图片来源：LuxCarta