在ITU划分毫米波频段后,各国纷纷开始加速毫米波产品和设备研发进程。随着全球5G网络部署向纵深挺进,5G毫米波的商业部署也在全球各地逐渐展开。美国的几大主流通信运营商包括AT&T、T-Mobile和Verizon都已经提供了5G毫米波的商用服务,而包括日本NTT docomo、韩国KT在内的多个运营商也已经开始了5G毫米波系统商业部署并取得积极进展。GSA表示,截至2020年6月,仅在24.25~29.5GHz频谱范围内,全球已有42个国家/地区的127个运营商以试验、许可证、部署或运营网络的形式进行了5G投资。

中国毫米波进展也在加速。2019年以来,中国IMT-2020(5G)推进组统筹规划,分3个阶段推进5G毫米波的试验工作:2019年重点验证5G毫米波关键技术和系统特性;2020年重点验证5G毫米波基站和终端的功能、性能和互操作,2020—2021年开展典型场景应用验证。

设备厂商5G毫米波测试如火如荼

毫米波的网络建设目前已经在全球如火如荼地开展,设备厂商已经推出了多样化的设备且进行了多方面的试验,推动毫米波设备不断走向成熟。

华为毫米波进展迅速。2017年11月,华为与日本NTT docomo联合展示了日本首个5G毫米波CPE真实业务,使得全息视频通话业务成功运行在包含5G毫米波CPE的端到端5G网络上;2019年5月,在IMT-2020(5G)推进组组织的中国5G增强技术研发试验中,华为使用Mate 20X 5G版手机,率先打通全球首个5G SA网络下的VoNR通话,包括语音和视频,其中采用华为5G多模终端芯片巴龙5000在毫米波频段下支持6.5Gbit/s的峰值下载速率,5G NR+LTE双连接工作模式下最快可支持到7.5Gbit/s;截至2019年10月,华为完成了5G毫米波关键技术测试的功能、射频和外场性能,华为海思芯片进行了5G毫米波关键技术的室内功能测试。

为了应对毫米波的挑战,中兴通讯从2014年便开始进行毫米波研究,积极开展5G毫米波的研发、功能测试、外场试验,为毫米波规模商用做好准备。首先,中兴通讯提出了混合赋型和阵列化高EIRP(基站辐射功率)设计思路,利用更经济的工艺实现毫米波高EIRP。其次,中兴通讯设计了智能波束方案和场景化的波束配置方案,让毫米波的波束更灵活,解决覆盖空洞的问题。最后,中兴通讯设计了毫米波组网方案,可借助低频和LTE网络实现毫米波覆盖。

例如,中兴通讯毫米波方案在尼西亚进行的测试显示,单用户峰值下行速率达到了5Gbit/s;中兴通讯在日本进行了5个站的SA测试,在汽车高速移动下,4K视频下载播放流畅;中兴通讯在上海进行了大量多场景覆盖和业务测试,测试显示,采用中兴通讯的系统在室外、室外信号覆盖室内都实现良好的覆盖。在2019年7月IMT-2020(5G)推进组组织的中国5G增强技术研发试验毫米波频段的测试中,中兴通讯完成了26GHz频段5G基站射频OTA测试。2019年10月,中兴通讯与高通公司成功实现了基于智能手机的5G毫米波互操作性测试。

爱立信毫米波产品已经经过3代迭代,面向应用场景作了大量的优化调整,从第一代面向FWA应用,后续面向移动终端应用,并小型化优化,更易于街道站部署。基带集成优化大幅减轻回传难度。低功率、小型化、易部署是毫米波在5G时代就用的关键优化方向。

爱立信协同运营商在全球积极开展推进毫米波的应用,截至2020年中,已经完成超过20个商用网或试点的建设。在我国,爱立信利用商用设备+商用终端(智能手机,CPE)的端到端测试,达成了业界非常高的速率水平(下行8CC实现4Gbit/s以上,上行2CC实现220Mbit/s),覆盖水平(CPE超过2.3km)。

诺基亚贝尔也在毫米波领域做了很多努力。2020年8月31日,在IMT-2020(5G)推进组所组织的中国5G增强技术研发试验毫米波测试中,诺基亚贝尔在怀柔IMT-2020 5G试验外场中首家成功展示毫米波4Gbit/s峰值性能,获得在场试验组专家和运营商代表的一致认可。

终端产业水平有待提升

在设备测试一路高歌猛进的同时,终端产业也在不断探索。据了解,毫米波终端设计较复杂。毫米波产业主要受限于以下几个方面:基带处理的要求更高,计算量要求更大,对回传要求也更高,天线物理尺寸小,设计要求集成度很高,通常以IC芯片的方式实现,产品设计难度大、成本更高、设计周期更长。从终端角度看,目前对毫米波的支持比例较低,芯片丰富度不足,仅一部分旗舰机支持,根据GSA最新的统计,仅30%左右支持毫米波。

在5G之前,蜂窝移动通信终端设备从未工作于如此高的频段,终端和元器件产业链缺乏对毫米波产品的开发测试经验,毫米波芯片和元器件的成本、体积、功耗等指标都还远不如中低频段的对应产品。

高通公司推出了骁龙X50、X55等芯片,以及第三代面向移动化需求的QTM535毫米波天线模组,在非常紧凑的尺寸中集成了天线、射频前端、收发器。一部手机可以采用多个毫米波模组,不仅满足智能手机紧凑纤薄的设计需求,同时满足功耗需求并提供最大化的性能。根据Strategy Analytics近日发布的研究报告,截至今年7月,全球市场上已经正式出货的185个型号的5G智能手机中,只有23款支持毫米波频段,且均使用高通公司的基带芯片和射频组件。高通是目前唯一能够提供商用毫米波芯片组和射频子系统的芯片厂商。虽然明年华为、三星和联发科可能都会推出毫米波芯片组和射频子系统,但5G毫米波的终端芯片生态发展仍落后于中低频段产品。

国产模组也正在紧锣密鼓的开展研发。据了解,毫米波终端工作在24GHz以上的高频,对射频器件的高频性能、终端毫米波传输线传导能力及接头、毫米波天线及模具设计都有很高的技术要求,行业门槛高于Sub-6GHz。其中,移远的毫米波终端测试暗室、仪器等实验测试条件齐备,当前移远的毫米波RM510Q-GL模组已经完成了美国Verizon的SFN认证测试,支持客户设备基于移远这款毫米波模组在VZW商用网络中测试验证。同时,移远已经支持多个客户在海外不同运营商的毫米波实验网中完成测试。移远的mmWave模组最大可以支持DL 7.5Gbit/s/UL 2.9Gbit/s的速率,目前模组最多可以支持8x8 64毫米波阵列天线。

总而言之,毫米波在技术方案、电性能指标、产品成熟度、成本等方面有待逐步优化。在芯片方面,5G毫米波国产芯片的量产能力有待验证,目前主要集中于高校及研究所开发,亟待推动国内产业链成熟。此外,毫米波功放等器件效率低,导致整机功耗高,不利于规模商用。无论网络还是终端,芯片化之后均需要产业上量来降低成本。总体上需要产业链尽快形成对明确应用场景的共识,充分利用现有的产业成果,并推进产品规格的归一化定义,并对终端的支持及早提出要求。