作者，中国移动李琳，咪咕灯塔项目组

前文介绍了毫米波的概念及关键技术，本篇在标准化、应用情况、产业链现状以及未来前景等方面继续讨论5G毫米波的最新进展。实际上先吃螃蟹的人在两年前已经尝到了5G毫米波的味道，越来越多国家开始投入。

1、标准化进展

5G毫米波的标准已经日趋成熟。在3GPP 5G标准制定之初，5G毫米波就是重要组成部分之一，其标准化工作与中低频是同步展开的，目前3GPP已经完成了Rel-15、Rel-16两个版本的5G标准。下图是3GPP标准时间表。

图1 3GPP标准时间表

Rel-15是第一版5G标准，重点满足增强移动宽带（eMBB）和部分低时延高可靠（URLLC）应用需求，已于2019年冻结。
Rel-16是第二版5G标准，全面满足eMBB、URLLC、大连接低功耗场景mMTC等各种场景的需求，重点增强垂直行业应用及提升整体系统性能。很多特性对毫米波场景做了优化，如波束管理功能的优化、增加集成接入与回传（IAB）功能、节电特性、双链接优化、增加定位功能（室内3米、室外10米）。规范已于2020年7月冻结。

Rel-17是第三版5G标准，将进一步增强5G毫米波功能。IAB的增强，引入全双工和移动中继，提升容量和服务质量；提供更简洁的波束管理机制，减少系统开销提高网络覆盖质量；拓展频谱，支持52.6-71GHz及免许可频道；增加直连通信、URLLC和工业物联网用例（例如NR-Light，简化的5G NR技术）；增强定位技术，实现厘米级精度等，相应规范计划于2022年6月冻结。

随着规范的完善技术也会更成熟，可以加速推进5G毫米波更广泛的应用。

2、毫米波的应用
SUB-6G频段比较拥挤，除了中国外很少有国家能为运营商分配100M以上的连续频谱，毫米波频段虽然覆盖能力相对弱，中频资源相对紧张的美国从2019年4月开始逐步商用毫米波网络，到现在已经半年多，积累了一定的经验。下面将从部署情况、应用场景、以及国内进展等方面加以说明。

2.1 部署情况

毫米波频段虽然覆盖能力相对弱，但凭借丰富的频谱资源和容量优势最开始在美国应用，当前已经有越来越多的国家开始部署。GSA在2020年10月发布数据称，目前全球有130家运营商正在投资24250 MHz-29500 MHz频段的5G网络，已有20多家运营商部署了毫米波5G系统，部署情况见下图。

图2 GSA 2020年10月发布的5G毫米波部署情况

其中日本每个运营商可获得400M频谱，韩国的运营商可以得到800M频谱，欧盟德国、英国、意大利也在积极推进，意大利有5家运营商各自分配到200M频谱。具体频段选择情况见下图。除了普遍看好的28GHz频段外，美国还在积极推进24GHz/37GHz/39GHz/47GHz的商业网络部署，分布在纽约、洛杉矶、芝加哥等多个城市，美三大移动通信运营商都已经提供了毫米波5G商用服务。

图3 部分国家毫米波频段选择

2.2 应用场景

综合 5G 毫米波的优势和不足，当前其应用场景主要可以分为热点区域的扩容场景、行业低时延高可靠应用场景和解决美国“最后一公里”问题的固定无线接入场景三类。

热点区域场景：可以作为容量补充，在人员密集高或者流动性大的区域做扩容。典型区域有广场、体育场馆、音乐厅、剧场、地铁、商业中心等。这些区域会有大量人群聚集活动，存在大量通信行为并发操作，需要网络有较大上行、下行带宽和连接接入能力。

图4 热点区域场景示意图

行业应用场景：在工业互联网场景5G毫米波是不可或缺的。首先，超大带宽可以满足大量数据（如产线视频监控）传输的需要；其次，极低空口时延，满足工业级应用（如机械臂控制）的极低延迟要求；第三，波束高度定向的特点适合提供高密集部署，提升频谱空间复用率，满足工业互联网要求的高连接密度；第四，能够满足对部署环境的严格限制，并提高通信过程的安全性、减小监听可能，强化数据安全；第五，超高时间分辨率和空间分辨率能够实现高精度（有望达到厘米级）实时定位，从而适应工业互联网多样化的需求。

图5 5G毫米波在工业互联网中的应用

如上图所示是爱立信与奥迪合作的应用场景，通过毫米波的低时延可靠性充分保障了生产效率的提升，保护了协同工作的工人的安全。

**家庭和写字楼的固定无线接入：可以应用于固定无线接入（fixed wireless access，FWA）场景。**5G毫米波可以作为无线回传链路，解决一些场景无法布放光纤或布放光纤代价过高的问题，作为最后一公里常规接入手段的补充。5G毫米波可作为LTE\5G中低频基站的回传，或者通过5G毫米波CPE为家庭或企业提供宽带服务，提供家庭和写字楼的无线宽带接入，在美国乡村和企业都有应用。

图6 某企业应用案例

2.3 国内进展

当前国内尚无5G毫米波商用网络，IMT-2020正积极组织测试验证，2022年北京冬奥会场馆也将部署毫米波环境。

IMT-2020测试：IMT-2020成立高频讨论组，2019年11月完成毫米波一阶段测试，2020年7月开始组织运营商、设备商、终端厂商等在怀柔开展毫米波设备和组网测试，为5G毫米波技术商用做好准备，后续会发布部分5G 毫米波频段频率使用规划。当前毫米波设备和组网测试也已经接近尾声，按计划在2021年将开始典型场景验证测试，工作计划见下图。

图7 IMT2020测试计划

当前已完成关键技术测试，毫米波设备和组网测试也已经接近尾声，按计划在2021年将开始典型场景验证测试。

截止2020年10月，华为、中兴、诺基亚、爱立信等都完成了基站功能测试，测试情况如下图。持最大带宽800MHz的测试场景，从测试结果看，单载波可达200M，基站通道规格可以支持4T4R。

终端测试情况见下图，多家芯片、终端厂商可以提供支持毫米波的芯片及样机，其中国内厂商表现也很优秀。

图8 终端测试情况

冬奥会场馆：2022年北京冬奥会中国联通将运用5G毫米波打造超大带宽的智慧无线场馆，属于热点区域应用类型。以下为联通规划的冬奥会毫米波具体应用场景，提出了观众观赛体验提升、赛场馆的智慧化运营、合作伙伴的服务与保障3大智慧场景、服务观众、参赛者、组织者、工作人员、媒体、合作伙伴6类人群的智慧冬奥方案。

观赛体验提升场景见下图，包括沉浸式观赛、VR体验看台等。

图9 观众观赛体验提升场景

智慧化运营和管理的内容包括道路监控、车牌识别、电子围栏、人脸识别等，详见下图。

图 10 智慧监控管理

合作伙伴的服务与保障具体服务场景有多机位多视角打造全景体验、运动员便携摄像机画面实时回传等，详情如下图。

图11 新型信息服务

服务场景多，面向的人群面面俱到，期待有不俗的表现。

3、产业链情况

5G毫米波涉及的产业链主要包括芯片/模组厂商、设备厂商、终端厂商、测试仪表厂商、运营商。整体看，国外的产业链已经初步形成，国内当前刚起步，但是潜力很大，发展迅速。

3.1 芯片厂商
分别就基站芯片和手机芯片两方面介绍。

基站芯片

2020年1月中国紫金山实验室宣称成功研制出了自主可控、成本超低的毫米波相控阵芯片，但是商用量产芯片主要还是以美国厂商为主。国内企业MISIC（南京无线谷）也已经有毫米波产品，和东南大学毫米波实验室有较多合作。

图12 MISIC芯片制作的DEMO样例

终端芯片

芯片设计厂商现在最主流是高通、联发科、华为（三星主要自用）。2016高通率先发布了全球第一款5G基带芯片X50，当前芯片已经到第三代，目前商用量产芯片只有高通支持毫米波（三星支持但主要是自用，华为第一代支持后来版本不支持，联发科声称不早于2021量产）。高通目前在毫米波段暂时处于垄断地位，苹果在2020年12月投入巨资开始做射频相关的芯片以解决信号问题，说明当前芯片仍有不足，未来可能情况可能会发生变化。

图13 高通三代5G芯片

3.2 设备供应商

支持毫米波基站的设备主流供应商有爱立信、诺基亚、三星、华为、中兴等，当前国内厂商方案能力和经验储备相对不足，如支持的站点类型国内厂商主要支持宏站，而毫米波更重要的是可以密集部署的微小站。爱立信、诺基亚在5G毫米波领域相对更成熟，经验更多。

爱立信：根据其在曝光的信息看综合实力最强，支持高、中、低全频段，在芯片性能、降低能耗、智能连接、波束管理等多方面都有优秀的表现，微小街站轻便易用。

爱立信一直致力于毫米波的应用及扩展，证明毫米波远距离传输的商用可行性。2020年9月在美国成功实现商用网络超过5千米的数据呼叫；2020年12月又将距离突破到6.5千米，且速率高达1 Gbps（下行）和700 Mbps（上行）。对于拓宽5G应用边界起到了积极作用。

图14 爱立信和合作伙伴携手刷新毫米波传输新纪录

诺基亚：诺基亚2018年在韩国冬奥会完成5G毫米波演示，2019和美国三大运营商合作部署商用站点，已经两年迭代期，当前已经是第四代产品，可以支持多种功率组合多种覆盖场景，宏站、街道站、微站，在北美、日本、韩国有数万个站在现网运营，积累了较丰富的经验，包括覆盖规划、功率的规划、天线挂高、反射波的利用等。

3.3 终端厂商

2018年8月，联想旗下的摩托罗拉发布全球首款支持毫米波段（28GHz）的手机。根据GSA的最新报告（2021-1）越来越多的在售设备支持5G频谱，其中有79.5％支持6GHz以下的频段，19.3％ 支持毫米波频谱，14.8％两个频谱都支持。

图15 已发布设备频谱支持情况

当前国内还没有在售商用手机支持毫米波，OPPO旗下的“一加”海外版有支持毫米波的机型，Vivo和联通、中兴合作在5G产业大会做过毫米波手机的演示，部分厂商积极参加了IMT2020的测试。终端准备已经日趋成熟，部分细节待优化，如功耗问题、集成问题、信号问题等。

3.4 测试厂商

已有场景的测试方案已经日趋成熟，当前的头部测试厂商有是德科技，罗德与施瓦茨科技。是德科技已经有相应成熟的测试方案和测试经验，产业合作情况遍布全球，和高通等多家企业有深入合作。各个场景和环节都有测试解决方案，和产业链各个环节、各个层次有较深的合作，如从研发阶段就开始深入合作。罗德与施瓦茨科技声称5G产业链各个环节都有打包好的测试解决方案，对波束赋形及移动性管理等有详至的测试方案，如下图。

图16 罗德与施瓦茨科技测试场景

4、未来前景
整体看当前的5G建设，当前毫米波“不是非它不可，但是可以锦上添花”。

国内小规模部署应用是十分必要的，随着产业的发展，如果通信技术没有颠覆性的变革，从历程和趋势看毫米波乃至太赫兹的应用是必然的。因此通过小范围应用来催熟相关产业链、增强对外交流做技术和经验的储备非常重要。

GSMA预估的5G毫米波的未来前景非常可观，在报告中预测5G毫米波产业全世界毫米波产业规模及结构如下图，总产值预计2034年可达565 billion美元。

图20 预测世界毫米波产业规模及结构

从应用场景看，小范围扩容和垂直行业的应用场景价值较大。因为中国SUB6G频段不像其他国家那么稀缺，目前看大范围连续覆盖的应用场景意愿不足，而5G低频段SUB-1G（700M）应用价值可能更高。

根据历史经验，路修的再宽将来还是会堵车，随着社会对网络带宽需求的提升和“杀手级”应用场景的发掘，可能在不久的将来毫米波乃至太赫兹会成为“刚需”，困难和阻力自然迎刃而解。但是当前重点还是需要把已经部署的SUB-6G提供的网络能力进一步消化后才能看清未来。

当前毫米波在移动通信之外也有应用场景，如作为激光雷达，在军事上的反隐形效果好，还可以实现更精准的定位，精准姿势识别等功能，可以应用于工业、医疗、自动驾驶、家庭、娱乐等各种场景。

随着5G的普及，后续6G的开始研发，当前重点攻克的就是更高效的高频材料的发掘以及空天地一体化通信网的构建。当前在卫星通信使用的频段就已经和5G毫米波的频段有冲突，随着卫星通信的进一步发展，毫米波频段的应用会越来越拥挤。

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