5G路上，繞不開(kāi)的毫米波

　　“開(kāi)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(duì)移動(dòng)性和穩(wěn)定傳輸?shù)囊?，許多公司都對(duì)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(lái)的引領(lǐng)者——美國(guó)高通公司就是其中的佼佼者。

　　對(duì)于不少手機(jī)發(fā)燒友來(lái)說(shuō)，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(guó)加州圣迭戈的公司是全球移動(dòng)通信技術(shù)的巨頭之一，中國(guó)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(shí)現(xiàn)其在移動(dòng)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(guò)小基站、大規(guī)模MIMO和波束成形技術(shù)成功的掃除了實(shí)現(xiàn)毫米波移動(dòng)化的障礙，接下來(lái)我們一樣一樣來(lái)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(shì)互補(bǔ)。一方面，毫米波的5G信號(hào)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(gè)問(wèn)題。因此，5G時(shí)代將會(huì)通過(guò)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(bǔ)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(diǎn)所致。由于毫米波的頻率很高，波長(zhǎng)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(wú)數(shù)個(gè)“光源”(小基站)從高空照射下來(lái)，地面自然一片光明，不難預(yù)見(jiàn)，未來(lái)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(shì)，以覆蓋大基站無(wú)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(wèn)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(wèn)題。我們手機(jī)的通信頻率越來(lái)越高，波長(zhǎng)越來(lái)越短，天線也越來(lái)越短，到5G時(shí)代已經(jīng)短到不是用“根”來(lái)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(hào)成倍的發(fā)射和接收，大幅提高了信號(hào)的傳輸速度，同時(shí)還可以增強(qiáng)信號(hào)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(wèn)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(lái)就要提到，實(shí)現(xiàn)毫米波移動(dòng)化的第三個(gè)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(fèi)等問(wèn)題，所以最好的解決方法就是，讓它聚焦在一個(gè)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(shí)現(xiàn)空間復(fù)用的技術(shù)，好比一雙大手，將全向的信號(hào)覆蓋凝聚成一個(gè)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?wèn)題。如果只有一個(gè)波束，波束的方向又不變，一旦手機(jī)的位置有變動(dòng)，信號(hào)就無(wú)法傳到基站。因此，波束必須要通過(guò)波束導(dǎo)向技術(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對(duì)象的方向。同時(shí)，手機(jī)持有者的位置不斷移動(dòng)，基站相對(duì)于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術(shù)，時(shí)刻追蹤天線移動(dòng)的位置，并讓波束做出相應(yīng)的調(diào)整，來(lái)保障信號(hào)在收到阻擋的情況下自動(dòng)切換電波，來(lái)保持手機(jī)信號(hào)的連續(xù)使用。

　　對(duì)創(chuàng)新者來(lái)說(shuō)，問(wèn)題從來(lái)不是問(wèn)題

　　早在上世紀(jì) 90 年代后期，高通已開(kāi)始對(duì)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(huì)上，用了很長(zhǎng)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(duì)于問(wèn)題的態(tài)度，那就是問(wèn)題從來(lái)不是問(wèn)題，只是創(chuàng)新路上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　“2015年，有人說(shuō)毫米波技術(shù)行不通，那時(shí)我們向大家展示了通過(guò)波束控制毫米波是可用的。接著，又有人提出來(lái)說(shuō)(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(guò)一個(gè)大篷車向大家展示了非視距移動(dòng)毫米波。到了10月份，又有人質(zhì)疑說(shuō)，雖然實(shí)現(xiàn)了毫米波的移動(dòng)化，但是使用環(huán)境有限，毫米波仍然無(wú)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(jì)，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(shí)候，質(zhì)疑又出現(xiàn)了，說(shuō)如果要做到這一點(diǎn)，那么手機(jī)的體積將會(huì)很大，而高通又通過(guò)移動(dòng)測(cè)試平臺(tái)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?！边@個(gè)過(guò)程對(duì)于高通而言，都意味著機(jī)遇，高通反之也因此變得越來(lái)越強(qiáng)大。

　　高通不止這樣講，也在身體力行的做?？缭郊夹g(shù)門(mén)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(gè)模組里面，通過(guò)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(lái)解決將毫米波運(yùn)用于手機(jī)的問(wèn)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(gè)方面都實(shí)現(xiàn)了提升：增加了對(duì)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(diǎn)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(chǎng)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(chǎng)館”兩個(gè)場(chǎng)景的演示，以展示5G NR毫米波用于室內(nèi)覆蓋的優(yōu)勢(shì)。這一系統(tǒng)模擬，是對(duì)室內(nèi)毫米波OTA測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)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(lái)高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時(shí)延的連接，展示了真切的室內(nèi)毫米波通信體驗(yàn)。諸如此類測(cè)試數(shù)不勝數(shù)，不可否認(rèn)，要想 5G 實(shí)現(xiàn)“改變社會(huì)”的使命，毫米波將會(huì)是非常重要的技術(shù)。

　　放眼整個(gè)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(huì)激發(fā)創(chuàng)新者的動(dòng)力。