毫米波是指波長為毫米級的電磁波，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)需要毫米波來支持更高的速率和更低的時延，為各種新型應(yīng)用提供通信基礎(chǔ)設(shè)施。相比于4G ，5G一個關(guān)鍵的提升就是能夠利用更多的頻譜資源來滿足不同種類的業(yè)務(wù)需求，其中就包括使用毫米波的頻段資源來實現(xiàn)極高帶寬和極低時延。

隨著業(yè)務(wù)對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，是移動通信技術(shù)演進(jìn)的必然方向。2020 年，5G已經(jīng)開始規(guī)模商用，整個產(chǎn)業(yè)界的目光都開始投向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、低時延等突出優(yōu)勢，能夠充分釋放5G的全部潛能，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗的提升和千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，真正實現(xiàn)“4G改變生活、5G改變社會”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，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，為變革用戶體驗和推動行業(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，5G毫米波作為高速接入、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實等方面的核心使能技術(shù)，預(yù)計將在2035 年之前對全球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)計在中國使用5G毫米波頻段所帶來的經(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

GSMA在其《5G毫米波技術(shù)白皮書》中對這一技術(shù)的優(yōu)勢做了很好的總結(jié)，其最重要的優(yōu)勢在于頻率資源豐富、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)可輕易實現(xiàn)Gbps級別的峰值吞吐率。比如在26 GHz頻段內(nèi)分配連續(xù)800MHz頻譜，可以采用四個單載波200MHz(4*200MHz)或者八個單載波100MHz(8*100MHz)實現(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)在部分國家和地區(qū)商用，基于Ookla SPEEDTEST最新實測結(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2Gbps。這一結(jié)果是在400MHz 帶寬實現(xiàn)的，未來使用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)對于用戶峰值速率仍有很大提升空間。

圖2：Ookla SPEEDTEST實測數(shù)據(jù)。(來源：高通)

5G毫米波的第二個優(yōu)勢是易與波束賦形技術(shù)結(jié)合。5G毫米波的頻段高、波長短，使得其在設(shè)計和部署上有空間優(yōu)勢，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，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，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毫米波的第三個優(yōu)勢是可實現(xiàn)極低時延。5G毫米波系統(tǒng)空口時隙長度是目前主流5G中低頻系統(tǒng)的1/4，空口時延顯著降低，是滿足5G 空口時延小于1ms 的有力保證，可實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、云游戲、實時云計算等URLLC(高可靠低時延)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)體驗和交互能力，需要毫秒級的時延;典型的工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)對于時延的要求也要達(dá)到毫秒級;產(chǎn)品線上的遠(yuǎn)程實時控制也需要毫秒級的時延保證;而工業(yè)視覺等引入人工智能所需的大規(guī)模計算往往需要在一定距離外進(jìn)行，對空口時延有亞毫秒級別的嚴(yán)格要求。

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

5G毫米波的第五個優(yōu)勢是可進(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;同時由于信號傳輸周期小、時間精度高，5G毫米波有望實現(xiàn)厘米級的定位。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，尤其在衛(wèi)星導(dǎo)航信號較弱的室內(nèi)環(huán)境，5G毫米波的定位能力將發(fā)揮更為重要的作用。