5G路上，绕不开的毫米波

　　“开辟”毫米波

　　为了挣脱毫米波固有的“枷锁”，使其能够满足用户对移动性和稳定传输的要求，许多公司都对毫米波技术进行了大量的研发和投入。而作为通信行业一直以来的引领者——美国高通公司就是其中的佼佼者。

　　对于不少手机发烧友来说，高通骁龙的名字肯定不陌生。这家创立于1985年、总部设于美国加州圣迭戈的公司是全球移动通信技术的巨头之一，中国著名的手机公司OPPO、vivo、小米、一加等等都是高通的合作伙伴。

　　为了破解毫米波在传输和覆盖方面的短板，实现其在移动终端中的应用，高通在数年前就积极投入毫米波技术的研发，在持续不断的努力下，推出了一套完整的解决方案。通过小基站、大规模MIMO和波束成形技术成功的扫除了实现毫米波移动化的障碍，接下来我们一样一样来谈。

　　(1)小基站

　　小基站，顾名思义就是小型基站。在5G网络建设方面，小型基站和毫米波可谓优势互补。一方面，毫米波的5G信号传输不佳，那么布置更多的小型基站，增加网络密度可以有效的改善这个问题。因此，5G时代将会通过部署大量小基站的方式，以加强传统的蜂窝塔，间接弥补了毫米波穿透力差、衰减大的缺陷;另一方面，小基站之所以可以小，也是毫米波的特点所致。由于毫米波的频率很高，波长很短，因此其天线尺寸可以做得很小，这是部署小型基站的基础。

　　当无数个“光源”(小基站)从高空照射下来，地面自然一片光明，不难预见，未来5G网络将不再依赖大型基站的布建架构，大量的小型基站将成为新趋势，以覆盖大基站无法触及的末梢通信。

　　(2)大规模 MIMO

　　小基站解决了网络覆盖的问题，而大规模MIMO(多输入多输出)则解决了毫米波发射和接收的问题。我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也越来越短，到5G时代已经短到不是用“根”来表述，而是密集的天线阵列。大规模MIMO就能够支撑多根天线的发送和接收，可以将通信信号成倍的发射和接收，大幅提高了信号的传输速度，同时还可以增强信号的强度。

　　(3)波束成形

　　解决了网络覆盖和发射接收的问题之后，又要怎么改变毫米波难以远距离传输的现状呢?接下来就要提到，实现毫米波移动化的第三个关键技术——波束成形。目前的基站基本采用全向发射，这种模式虽然能够保证最大的辐射范围，但容易造成耗能大、资源浪费等问题，所以最好的解决方法就是，让它聚焦在一个方向，把发射出去的毫米波“拢”到一起，这就是波束成形技术。这种可以实现空间复用的技术，好比一双大手，将全向的信号覆盖凝聚成一个精准指向，且波束之间互不干扰，这就意味着在同一空间提供更多的通信链路，服务更多用户。

　　当然，只有波束成形还是不能解决毫米波难以远距离传输的问题。如果只有一个波束，波束的方向又不变，一旦手机的位置有变动，信号就无法传到基站。因此，波束必须要通过波束导向技术不断调整，指向传输对象的方向。同时，手机持有者的位置不断移动，基站相对于人的位置也在变，这就需要波束追踪技术，时刻追踪天线移动的位置，并让波束做出相应的调整，来保障信号在收到阻挡的情况下自动切换电波，来保持手机信号的连续使用。

　　对创新者来说，问题从来不是问题

　　早在上世纪 90 年代后期，高通已开始对毫米波、MIMO、射频等技术进行研究。高通公司总裁克里斯蒂安诺·阿蒙(Cristiano Amon)曾经在第三届骁龙技术峰会上，用了很长一段篇幅，谈毫米波之重要，更重要的是，这段话体现了创新者对于问题的态度，那就是问题从来不是问题，只是创新路上的一个节点。

　　“2015年，有人说毫米波技术行不通，那时我们向大家展示了通过波束控制毫米波是可用的。接着，又有人提出来说(毫米波)虽然可用，但也只能适用于视距情况下，于是高通又通过一个大篷车向大家展示了非视距移动毫米波。到了10月份，又有人质疑说，虽然实现了毫米波的移动化，但是使用环境有限，毫米波仍然无法为智能手机所用，而高通又向大家展示了智能手机参考设计，包含天线模组，能够满足智能手机的大小及其散热条件;这时候，质疑又出现了，说如果要做到这一点，那么手机的体积将会很大，而高通又通过移动测试平台MTP向业界展示，毫米波手机体积也可以接近正常手机体积。”这个过程对于高通而言，都意味着机遇，高通反之也因此变得越来越强大。

　　高通不止这样讲，也在身体力行的做。跨越技术门槛只是创新的第一步，如果终端用不上，一切都是空谈。所以高通在解决了毫米波的自有缺陷以后，又推出了整套的射频模组，将天线、射频前端、收发器和放大器等都整合到一个模组里面，通过提前做好这些元器件的调整工作让它们相互协同并将尺寸压缩来解决将毫米波运用于手机的问题。

　　2018年7月，高通推出了与其第一代 5G 调制解调器骁龙X50配套的毫米波天线模组QTM052;今年2月，高通又推出了与骁龙X55相配套的第二代毫米波天线模组QTM525。与 QTM052 相比，QTM525在多个方面都实现了提升：增加了对更多毫米波频段的支持，尺寸更小(由此，手机厂商可以将毫米波手机的厚度做到 8 毫米以下)等等。

　　除了城市热点区域覆盖，高通也在不断探索将5G毫米波技术应用在更多场景当中。在2019MWC期间，高通进行了“企业私有网络”和“高密度的场馆”两个场景的演示，以展示5G NR毫米波用于室内覆盖的优势。这一系统模拟，是对室内毫米波OTA测试网络的补充，可以为智能手机、笔记本电脑和其他联网终端带来高容量、数千兆比特传输速率和低时延的连接，展示了真切的室内毫米波通信体验。诸如此类测试数不胜数，不可否认，要想 5G 实现“改变社会”的使命，毫米波将会是非常重要的技术。

　　放眼整个产业，毫米波已经逐渐枝繁叶茂，甚至业界已经在研究频率更高的 6G 了，困难真的不能阻碍创新者，只会激发创新者的动力。