凹槽

　　美版的iphone 12比國行iphone 12多了一個凹槽，這就是毫米波5G的天線。

　　圖片來源：蘋果公司官網

　　10月下旬，蘋果公司正式發布了2020年全新的智能手機產品系列——iPhone 12系列。細心的人會留意到，只有美版的iPhone 12系列新機支持5G毫米波，而其他國家和地區的版本都不具備對毫米波的支持，而只支持Sub-6GHz頻段。

　　為什么同樣是5G手機，蘋果公司卻推出了美國“特供”呢？其實，這是由于各國選擇的5G方案不同導致的。

　　“選擇不同的5G方案，是各國分別基于各自實際的選擇。”東南大學信息學院教授、博士生導師、電磁場與微波技術工程系主任陳繼新教授表示，兩種方案各有優劣，而毫米波也是下一階段我國在通信領域的突破方向。

　　通信要求日益增高 5G頻段開始出現岔路口

　　翻開人類無線通信發展史，我們會發現通信頻率越來越高。

　　以我國為例，2G的工作頻段主要是900MHz和1.8GHz，3G和4G工作頻段主要為1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz。

　　這是因為，人們對無線通信提出的要求越來越高。過去的無線通信是語音網，現在則是數據網，頻率越高所能提供的帶寬也就越大，這就像4車道的高速公路比2車道跑的車多，而且還能保持較快的車速。

　　過去，各國對無線通信頻率的選擇相差無幾，但是當全球無線通信進入5G波段后，情況發生了變化。

　　“5G技術的發展趨勢使傳播頻率達到更高水平，而全球的5G方案大致可以分為毫米波和Sub-6GHz。”陳繼新表示。

　　毫米波是指波長在1—10mm之間的電磁波。由于波長較短，毫米波對應的頻率為30GHz—300GHz。而Sub-6GHz是指頻率低于6GHz的電磁波。

　　按照國際標準組織3GPP的標準，5G頻段分成FR1和FR2兩個范圍，其中FR1頻段的頻率范圍是450MHz—6GHz，FR2頻段的頻率范圍是24.25GHz—52.6GHz。Sub-6GHz和毫米波的頻率恰好分屬這兩個頻段范圍。

　　兩種方案各有優劣 各國部署是基于現實的選擇

　　受制于無線電波的物理特性，毫米波的短波長和窄光束特性讓信號分辨率、傳輸安全性以及傳輸速度得以增強，存儲容量也更大，更容易解決用戶上網的擁堵問題。但這種技術的覆蓋面積比較小，更適合在車站、機場、體育場館等人口密集的場景應用。Sub-6GHz雖然在傳播速度和帶寬容量上都比毫米波遜色，但其最大的特點是信號穿透力強，傳播距離與毫米波相比更遠，更容易解決大范圍區域的信號覆蓋問題。

　　此前，谷歌公司在相同范圍、相同基站數量的環境內，對毫米波和Sub-6GHz的覆蓋能力進行過一個測試。

　　其測試結果顯示，在100Mbps速率的情況下，采用毫米波方案的5G網絡可以覆蓋11.6%的人口，采用Sub-6GHz方案的則可以覆蓋57.4%的人口；在1Gbps的速率下，采用毫米波方案的5G網絡可以覆蓋3.9%的人口，采用Sub-6GHz方案的則可以覆蓋21.2%的人口。也就是說，采用Sub-6GHz方案運營的5G網絡的覆蓋率是采用毫米波方案運營5G網絡覆蓋率的5倍以上。

　　此外，短波長的特性使得毫米波的穿透力也很不理想。據以往的研究顯示，采用毫米波技術的5G手機幾乎可以被任何東西擋住信號，電話亭、玻璃、樹木和雨水等等，只要基站和手機之間有遮擋，5G網絡就可能回落到4G狀態。

　　“如果采用毫米波部署5G網絡，同等面積必須建設更多的基站來完成覆蓋，組網成本比較高。”中科智達物聯網系統有限公司董事長許欣介紹說。

　　在5G建設中，資金投入是不得不考慮的一個重要因素。

　　較之毫米波，Sub-6GHz的射頻器件可以繼續沿用4G原有的產業鏈，技術更為成熟，而Sub-6GHz頻段的基站還可以在原有4G基站的基礎上進行改造，大大節省了成本。

　　而工作于毫米波頻段的亞微米尺寸的集成電路元件，設計與生產的門檻較高，需要更高的資金投入，這在一定程度上也阻礙了毫米波方案的商用發展。

　　目前，我國主要采用了Sub-6GHz方案。韓國、日本、歐洲等國家或地區則是兩種頻段都在發展。網絡建設要看運營商和使用環境的具體需求。

　　而由于歷史原因，美國通信領域可分配的大部分頻譜被軍方占用，留下的只有高于27.5GHz的頻率，所以美國運營商的5G部署不得不從毫米波開始。

　　毫米波將釋放更大潛力 我國正積極布局該領域研發應用

　　事實上，對于5G網絡的建設來說，無論是Sub-6GHz還是毫米波，并沒有優劣之分，只是現實因素導致先后發展順序不同。據了解，當前6GHz以下的黃金通信頻段已經很難得到較寬的連續頻譜，相比之下，毫米波頻段卻仍有大量潛在的未被充分利用的頻譜資源。

　　相關專家認為，站在長遠的角度看，毫米波未來或將推動5G釋放更大潛能。

　　例如，毫米波在雷達、成像等方面有著更高的分辨率，隨著自動駕駛等技術的快速發展, 毫米波將被廣泛應用于人們日常生活的方方面面。此外，由于毫米波具有低延時的特性，在機器人遠程控制、遠程醫療等前沿技術方面，也有著廣闊的應用前景。

　　對于毫米波的建設，我國同樣沒有停下腳步。

　　今年3月，工信部發布《關于推動5G加快發展的通知》，文中提到“適時發布部分5G毫米波頻段頻率使用規劃，組織開展毫米波設備和性能測試，為5G毫米波技術商用做好準備。”包括中國電信等機構都積極參與了工信部組織的毫米波實驗。

　　針對毫米波的特性，運營商不再對其直接進行網絡信號廣域全覆蓋，而是在需要補“盲”的地區才進行部署，主要解決室內和熱點地區的容量需求問題。

　　陳繼新認為，毫米波對自然環境的傳播條件比較敏感，如何在不穩定的自然環境中利用毫米波提供穩定的通信，是各大運營商在建設基站時需要面對的挑戰。此外，毫米波業務和組網能力也需要進一步驗證。

　　據了解，目前主流的移動通信設備提供商都已經推出了支持5G毫米波的基站設備。中國聯通已經與2022年北京冬奧會達成合作，將在北京冬奧會期間進行毫米波的推廣運用。一旦使用情況良好，將極大推動毫米波技術的發展。

　　芯片方面，今年6月，南京網絡通信與安全紫金山實驗室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片，并完成了芯片封裝和測試，三星和華為已經支持毫米波工程樣機，其他芯片廠家也在陸續推出毫米波產品。

　　在相關專家看來，毫米波產業鏈成熟度將影響毫米波的部署場景和部署規模，要真正推廣毫米波的廣泛應用，關鍵技術、核心器件、芯片方面還有待于進一步完善和提高。這需要運營商與產業界聯合進行技術攻關，打造高性價比的硬件設施以及商用系統。