5G路上，绕不开的毫米波

　　“移动通信要发展，频谱资源需先行”，这是通信产业的共识，毕竟频谱资源之于移动通信，就像土地之于房地产。

　　而对于5G时代，除了目前中国正在部署的Sub-6GHz频段，还有一块“宝地”，能够给用户带来区别于4G的超高速低时延的体验，那就是毫米波。毫米波到底有多火，我们可以先简单梳理一下各国关于“毫米波”的最新动向：

　　去年 11 月，美国率先释放并完成了三个高频频谱的拍卖工作，并宣布集中重点发展 28GHz 毫米波。韩英德等国也相继完成了高频频段的频谱拍卖，日本也将于今年 3 月分配和美韩波段一样的高频段毫米波频谱。而中国则在去年确定了高中低频段联合组网的设计方案，并完成中频段频谱的划拨，关于毫米波优先研究的规划意见也已经启动;2019 年 2 月，工信部无线电管理局发布《2019年全国无线电管理工作要点》，其中特别提到要适时发布 5G 系统部分毫米波频段频率使用规划，引导 5G 系统毫米波产业发展......

　　不仅各国政府如此，企业也非常重视“毫米波”：芯片巨头高通不止一次对外谈到“毫米波”的重要性;华为任正非接受央视专访时也重点提到“微波”(也就是毫米波);AT&T、Verizon、Sprint、T-Mobile 等运营商也开始大力购买高频频谱。

　　5G 的建设为什么如此重视“毫米波”?一些评论者用房地产来类比，高呼“毫米波就是还未开发的 5G 黄金地段”，或“毫米波是5G的‘高速公路’”。

　　集万众宠爱于一身，毫米波究竟是何方神圣又有何厉害之处，我们不妨用一篇文章探秘。

　　遇见毫米波

　　要想搞清楚毫米波是什么之前，先要了解无线电频谱、频段、频率、频道之间的关系。

　　频谱，你可以理解为记录无线电的不同振荡幅度与不同频率而绘成的图，就像乐谱记录音乐旋律一样;频段，是指一段连续的频率范围(宽度)，由于频率一般从 0MHZ～300GHZ，因此可以被分成若干个频段，可大可小(比如 30MHZ～300MHZ 频段被称为HF频段，也就是毫米波频段);频率，就是每秒振荡的次数(这个可以从物理学角度看，反映振动现象最基本的物理量就是频率);频道，可以是两个频率组成的一条通道(就像公路上根据车宽划出的4车道、6车道一样)，每条通道是双向的，一条收信息，一条发信息，典型的频道是频率的组合利用。总而言之，频率是度量尺度，频谱是信号，频段、频道是信道媒介(相当于“路”)。

　　图：无线电的波段划分(来源/百度百科)

　　而无线通信，不管是音频、语音、视频、还是文件(统称为“信息数据”)，要想传播出去，需要把基带的数据调制到一个射频频段，才能够发射出去，这是无线通信命名的初衷。

　　因此，我们需要一个无线的频谱，来把这些数据经过调制搬到频谱上，才能够从天线发射出去，之后网络才能接收到。反之亦然，网络能发射信号，手机才能接收信号。

　　所谓毫米波(millimeter wave，简称“mmWave”)，指的是波长在 1～10 毫米之间的电磁波，刚才也提到了，通常对应于 30GHz～300GHz 之间的无线电频谱，大家可以根据上边的表格看一下，它是一种频率比较高的电波。

　　据公开资料显示，人类对毫米波技术的涉足，可以追溯到19世纪90年代，但毫米波技术在最初的约半个世纪里仅仅活跃在实验室里;直到20 世纪60年代，毫米波才在射电天文学中开始早期应用;20世纪70年代，由于毫米波集成电路和毫米波固体器件成功实现量产，毫米波通讯随之发展;20世纪90年代，互联网、无线电通信、汽车雷达等业务量的爆发，推动了毫米波民用技术应运而生。

　　毫米波的优势非常明显。相对于分米波、厘米波，毫米波的频率更高，而通常电波的频率越高，支撑的数据传输速度就更快，就如同人的语速一样，在同一时间内，语速越快，信息的传达就越多;另外，由于天线长度与波长成正比，因此毫米波更短的波长，也让天线变得更短，可以更好地应用于各种场景;

　　5G，毫米波的“新大陆”

　　尽管有这些优点，一直以来，毫米波的应用范围却主要集中在雷达、制导、遥感、辐射测量等军事领域，没有用于民用的移动通信。很长一段时期以来，毫米波频段对于电信产业而言，都是“蛮荒之地”。

　　当中有一些是产业发展问题：其一，在5G时代以前，毫米波缺乏市场需求，以前的移动应用并不需要这么大的带宽和这么高的数据速率;其二，毫米波太贵，要克服传播损耗、提高覆盖范围，需要大量的金钱投入;其三，毫米波因为频谱高、带宽大、速率高，技术相对不够成熟。

　　此外，毫米波本身也有一些天然短板：传输过程中信号损耗大，易受阻挡，覆盖距离短——这些固有弱点，让业界很多人认为，毫米波难以支持终端的移动化特性。这里要多解释一下毫米波的传播损耗和信号覆盖的问题，要把毫米波运用于 5G ，这是核心难点所在，因为频率越高，能量散发就越快，传输就越困难，信号越容易衰减。对应到移动通信来说，就是信号越差。

　　我们同样也可以举例来说明。大家都知道声波和光波，这两种波就分别属于低频率波——声波，和高频率波——光波。我们如果隔着一堵墙对另外一个人说话，频率更低的声波是可以绕过围墙让对方听到的，但是你却看不见对方这个人，因为从对方反射的光波被墙挡住了，无法传输过来。毫米波的信号衰减问题也与此类似。

　　更雪上加霜的是，毫米波内有一部分频谱，已经被诸如卫星和其他广播使用，而余下的包括 28GHz、39GHz、75GHz等在内的空闲毫米波频谱，是毫米波中的更高频段。

　　所以之前的2G时代(GSM、CDMA)，3G时代(CDMA 、WCDMA)，到4G时代(FDD-LTE、TD-LTE)，使用的频谱基本都是 6GHz 以下的——这些是当时最优的频谱：首先它们传输性能很好(过去几十年里，这些频谱都是紧着无线通信先用);其次它们对器件的要求也较低。一切都按部就班进行着。

　　但是随着网络终端的增长和网络应用的普及，低频段日趋饱和，也就是“土地”不够用了。眼看之前的频谱资源就像市中心的房子一样捉襟见肘，这时候，毫米波无疑像一块具有丰富资源的新大陆吸引着人们的目光，尽管毫米波有这样那样的问题，但其自身无法忽视的大带宽高速率的优势以及Sub-6频段资源紧缺的现状让毫米波成为了5G时代的新亮点。