FuTURE论坛2020_5G毫米波技术白皮书_125页_4mb

5G毫米波技术白皮书总结

核心内容

本白皮书由未来移动通信论坛（FUTURE MOBILE COMMUNICATION FORUM）5G微波毫米波特别工作组发布，旨在全面分析5G毫米波技术的应用场景、频谱规划、专用芯片、天线设计以及测试原理与方法。白皮书共分为五部分，内容涵盖从技术需求到产业发展的全链条分析。

主要观点

1. 毫米波应用场景

• 室外覆盖：毫米波在室外覆盖场景中面临传播损耗大、NLOS（非视距）信号衰减等问题，但其在广场、体育馆等较开阔区域有较大应用前景。推荐采用高低频混合组网，结合Sub-6GHz和毫米波频段，实现精准覆盖。
• 室内覆盖：室内场景更适合毫米波部署，因为其通信距离短，信号传播损耗相对较低。室内覆盖主要应用于办公室、会议室、商场、火车站、机场等场景，满足高密度、高速率的业务需求。
• 大型场馆：在大型场馆中，毫米波可用于超大带宽无线网络，满足AR/VR、AI视频监控、直播、全景摄像头等业务对高带宽和低时延的需求。
• 固定无线宽带接入（FWA）：毫米波可用于替代光纤，特别是在光纤难以布放或成本过高的地区，实现家庭和企业宽带接入。FWA组网方式成熟，实现难度低，适合推广。

2. 毫米波频谱规划

• 国际进展：全球多个国家/地区已开始规划和拍卖毫米波频段用于5G部署，如美国的24.25-27.5GHz、37-43.5GHz和66-71GHz，加拿大的37.6-40GHz，日本的28GHz，韩国的26.5-28.9GHz等。
• 国内情况：中国主要关注26GHz和40GHz频段，工信部已发布频谱规划意见，包括24.75-27.5GHz和37-42.5GHz等，用于5G技术试验和商用部署。
• 规划建议：建议采用TDD双工方式对24.75-27.5GHz和40.5-43.5GHz频段进行规划，同时建议制定合理的射频指标保护原有业务，并考虑扩展43.5GHz以上频段以满足热点需求。

3. 5G毫米波专用芯片、器件与工艺

• 硅基芯片：硅基（如CMOS、SiGe、SOI）芯片具有高集成度、低成本、低功耗等优势，适合毫米波多通道SOC芯片，是实现大规模阵列集成的基础。
• 化合物半导体芯片：GaAs、GaN、InP等化合物半导体在高频、高功率方面表现更优，尤其适合毫米波功率放大器、低噪声放大器等器件。
• AiP与三维集成：AiP（封装集成天线）和三维异构集成技术能够有效提升毫米波天线与芯片的集成度，降低体积和成本，适合未来太赫兹通信趋势。

4. 5G毫米波天线设计

• 手机天线：需设计高集成度的天线，未来可能采用片上天线（AoC）技术，以适应太赫兹通信。
• 基站天线：主要采用模拟或混合波束赋形技术，实现高增益和定向传输。未来可能采用多波束和相控阵技术，提高覆盖效率。

5. 5G毫米波测试原理与方法

• 测试现状：3GPP R16已补充了毫米波基站和终端的测试方法与指标，但部分测试方法仍处于研究阶段，尚未形成统一标准。
• 测试方法：包括远场、紧缩场、近场方向图校准与测量，以及端到端测试等，以评估毫米波设备的射频性能和系统性能。
• 卫星通信测试：需特别关注方向图校准和测量，确保卫星与地面毫米波设备之间的通信质量。

关键信息

• 毫米波优势：大带宽、高速率，适合高密度、高吞吐量的场景。
• 挑战：传播损耗大、NLOS信号衰减、雨衰影响、设备成本高。
• 应用案例：冬奥会作为毫米波技术应用的典型场景，展示了其在智慧观赛、场馆监控、直播等领域的潜力。
• 技术现状：硅基芯片已进入应用阶段，化合物半导体芯片在功率和效率方面表现更优，但国内仍需加强研发和产业化能力。
• 测试与标准：3GPP R16推动了毫米波测试方法和指标的标准化，但部分测试方法仍在研究中。

结论

5G毫米波技术是未来移动通信的重要组成部分，其在高带宽、高速率方面具有显著优势。然而，由于传播损耗大、设备成本高等因素，其部署仍面临挑战。随着国际频谱规划和标准制定的推进，以及国内芯片、天线等关键技术的发展，毫米波有望在未来5G网络中发挥更大作用。