毫米波無處不在，毫米波頻譜 + 毫米波終端技術(shù)

毫米波在生活中的應(yīng)用已越來越多，例如毫米波雷達(dá)技術(shù)、5G技術(shù)中均有毫米波的身影。本文中，將為大家介紹毫米波頻譜的劃分以及毫米波終端技術(shù)測試方案的分析，以幫助大家對毫米波具備進(jìn)一步認(rèn)識。

1、引言

隨著移動通信的迅猛發(fā)展，低頻段頻譜資源的開發(fā)已經(jīng)非常成熟，剩余的低頻段頻譜資源已經(jīng)不能滿足5G時代10Gbps的峰值速率需求，因此未來5G系統(tǒng)需要在毫米波頻段上尋找可用的頻譜資源。作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一的毫米波技術(shù)已成為目前標(biāo)準(zhǔn)組織及產(chǎn)業(yè)鏈各方研究和討論的重點，毫米波將會給未來5G終端的實現(xiàn)帶來諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時毫米波終端的測試方案也將不同于目前的終端。本文將對毫米波頻譜劃分近況，毫米波終端技術(shù)實現(xiàn)挑戰(zhàn)及測試方案進(jìn)行介紹及分析。

2、毫米波頻譜劃分

2015年，ITU-R WP5D發(fā)布了IMT.ABOVE 6GHz的研究報告，詳細(xì)研究了不同頻段無線電波的衰減特性。在同年的世界無線電通信大會(WRC-15)上提出了多個5G候選的毫米波頻段，最終5G毫米波頻譜的確定將在WRC-19上的完成。經(jīng)過多年的研究和討論，各國各地區(qū)對毫米波頻譜資源的劃分都有所進(jìn)展，以下將著重介紹中國、美國及歐洲在毫米波頻段劃分上的近況。

中國：2017年6月，工信部面向社會廣泛征集24.75-27.5 GHz、37-42.5 GHz或其他毫米波頻段用于5G系統(tǒng)的意見，并將毫米波頻段納入5G試驗的范圍，意在推動5G毫米波的研究及毫米波產(chǎn)品的研發(fā)試驗。

美國：早在2014年，F(xiàn)CC(美國聯(lián)邦通訊委員會)就開啟了5G毫米波頻段的分配工作，2016年7月，確定將27.5-28.35 GHz、37-38.6 GHz、38.6-40 GHz作為授權(quán)頻譜分配給5G，另外還為5G分配了64-71 GHz作為未授權(quán)頻譜。

歐洲：2016年11月，RSPG(歐盟委員會無線頻譜政策組)發(fā)布了歐盟5G頻譜戰(zhàn)略，確定將24.25-27.5 GHz作為歐洲5G 的先行頻段，31.8-33.4 GHz 、40.5-43.5 GHz作為5G潛在頻段。

3、毫米波終端技術(shù)實現(xiàn)

毫米波頻段頻率高、帶寬大等特點將對未來5G終端的實現(xiàn)帶來諸多挑戰(zhàn)，毫米波對終端的影響主要在于天線及射頻前端器件。

3.1 終端側(cè)大規(guī)模天線陣列

由于天線尺寸的限制，在低頻段大規(guī)模天線陣列只能在基站側(cè)使用。但隨著頻率的上升，在毫米波段，單個天線的尺寸可縮短至毫米級別，在終端側(cè)布置更多的天線成為可能。如下圖1所示，目前大多數(shù)LTE終端只部署了兩根天線，但未來5G毫米波終端的天線數(shù)可達(dá)到16根甚至更多，所有的天線將集成為一個毫米波天線模塊。由于毫米波的自由空間路損更大，氣衰、雨衰等特性都不如低頻段，毫米波的覆蓋將受到嚴(yán)重的影響。終端側(cè)使用大規(guī)模天線陣列可獲得更多的分集增益，提高毫米波終端的接收和發(fā)射性能，能夠在一定程度彌補(bǔ)毫米波覆蓋不足的缺點，終端側(cè)大規(guī)模天線陣列將會是毫米波得以商用的關(guān)鍵因素之一。

圖1：LTE終端與毫米波終端天線設(shè)想

終端部署更多的天線意味著終端設(shè)計難度的上升，與基站側(cè)部署大規(guī)模天線陣列不同，終端側(cè)的大規(guī)模天線陣列受終端尺寸、終端功耗的制約，其實現(xiàn)難度將大大增加，目前只能在固定終端上實現(xiàn)大規(guī)模天線陣列的布置。移動終端的大規(guī)模天線陣列設(shè)計面臨諸多挑戰(zhàn)，包括天線陣列校準(zhǔn)，天線單元間的相互耦合以及功耗控制等。

3.2 毫米波射頻前端器件

射頻前端器件包括了功率放大器、開關(guān)、濾波器、雙工器、低噪聲放大器等，其中功率放大器是最為核心的器件，其性能直接決定了終端的通信距離、信號質(zhì)量及待機(jī)時間。目前制造支持低頻段的射頻前端器件的材料多為砷化鎵、CMOS和硅鍺。但由于毫米波段與低頻段差異較大，低頻射頻前端器件的制造材料在物理特性上將很難滿足毫米波射頻前端器件的要求。

以功率放大器為例，目前主流的功率放大器制造材料為砷化鎵，但在毫米波頻段，氮化鎵及InP的制造工藝在性能指標(biāo)上均要強(qiáng)于砷化鎵。下表所示為從低頻到毫米波段主要的射頻前端器件制造工藝上的發(fā)展方向。

另外，毫米波頻段大帶寬的特點對射頻前端器件的提出了更高的要求，未來毫米波終端的射頻前端器件將可能需支持1GHz以上的連續(xù)帶寬。

雖然氮化鎵被認(rèn)為是未來毫米波終端射頻的主流制造工藝，但由于成本、產(chǎn)能等因素，基于氮化鎵工藝的高性能射頻前端器件多用于軍工和基站等特殊場景。毫米波射頻前端技術(shù)的發(fā)展將會成為毫米波終端實現(xiàn)的關(guān)鍵，預(yù)計到2020年之后，毫米波移動終端射頻器件的技術(shù)和成本才可能達(dá)到大規(guī)模商用的要求。

以上便是小編此次帶來的與“毫米波”相關(guān)的所有內(nèi)容，希望大家喜歡。