移动通信发展的30年间，毫米波是一块未开垦的蛮地，高速公路、爱立信、中兴等通信巨头的实验室不断对其进行研究，目前毫米波雷达技术、5G技术等在生活中的应用越来越多。
本文介绍毫米波谱的划分和毫米波终端技术测试方案的分析，帮助对毫米波有进一步的认识。
一、毫米波背景
在频谱资源日益匮乏的情况下，开发利用用于卫星和雷达军用系统的毫米波频谱资源已成为第五代移动通信技术的重点，而毫米波段具有巨大的频谱资源开发空间，因此成为了Massive MIMO通信系统的首选毫米波的波长短，在Massive MIMO系统中，可以在系统基站侧实现大规模的天线阵列的设计，通过将毫米波APP应用并入波束形成技术，可以有效地提高天线增益，但是毫米波的波长可以被放大
2、毫米波概要
毫米波(millimeter wave )波长1~10的电磁波称为毫米波，对应频率为30~300GHz，处于微波和远红外线波重叠的波长范围，因此兼具了两个光谱的特征。
毫米波优势：
1 )非常宽的带宽。 一般认为毫米波的频率范围为26.5~300GHz，带宽高达273.5GHz。 超过从直流到微波的全部带宽的10倍。 即使考虑到大气吸收，在大气中传播时也只能使用4个主要窗户，但这4个窗户的总带宽将达到135GHz，是微波以下各带宽之和的5倍。 随着各种多址复用技术的使用，信道容量大幅提高，适合高速多媒体传输服务，在频率资源紧张的今天无疑很有吸引力。
2 )光束狭窄。 在相同天线尺寸下，毫米波波束比微波波束窄得多。 例如，对于12厘米的天线，波束宽度为9.4GHz，波束宽度为18度，而对于94GHz，波束宽度只有1.8度。 因此，可以辨别更近的小目标，也可以更清晰地观察目标的细节。
3 )可靠性高，在高频下较少受到干扰，能很好地抵抗雨水天气的影响，提供稳定的传输线路； 与激光相比，毫米波的传播远远受气候的影响，被认为具有全天候的特性。
4 )方向性好，毫米波对空气中各种悬浮颗粒物的吸收大，传输波束窄，窃听难度增大，适用于短距离点对点通信；
5 )波长极短，所需的天线尺寸小，容易在小空间内集成大规模阵列。 与微波相比，毫米波部件的尺寸小很多。 因此，毫米波系统容易小型化。
毫米波缺点：
除了优点之外，毫米波还有难以通过建筑物和障碍物，被叶子和雨水吸收的主要缺点。 所以5G网络采用小基站方式加强传统蜂窝塔。 在毫米波通信系统中，信号的空间选择性和分散性受毫米波的高自由空间损耗和弱反射能力限制，而且由于大规模阵列配置，难以确保各天线之间的独立性，因此在毫米波系统中，天线的数量远远大于传播路径的数量。
同时，从技术来看，毫米波曾经的技术“缺陷”现在也将占上风。
要知道，频带越高，对接收天线尺寸的要求越低。 这意味着，在能够应对毫米波的终端中，可以使主体内部的接收天线比以往小，即使是没有尺寸限制的终端，在现有技术中也可以收容更多的宽带天线，得到更好的接收效果。
更重要的是，由于毫米波本身比传播距离小于等于6GHz的频率短，因此整个传播路径的方向性变强，毫米波信号之间的干扰的可能性变低，并且传播精度提高。 另外，由于窄波束本身传播距离短，被远程拦截的可能性变低，在通信安全方面也有无与伦比的优点。
当然，严格来说，毫米波(mmWave )更准确地说是指EHF波段。 这是一种频率范围从30GHz到300GHz的电磁波。 从波长来定义，30GHz的电磁波波长为10毫米，而300GHz的电磁波波长只有1毫米。 但是，从FR2波段的再现来计算，24.25GHz的波长已经超过10毫米，这被称为毫米波，但是很多人认为应该纳入厘米波的范畴。
但是，由于世界上没有明确定义毫米波的组织，因此从广义同意的限度来看，FR2频带作为毫米波来计算也是无害的。
3、毫米波频谱划分
2015年，ITU-R WP5D发表了IMT.ABOVE 6GHz的研究报告，详细研究了有无不同的频带
线电波的衰减特性。在同年的世界无线电通信大会(WRC-15)上提出了多个5G候选的毫米波频段，最终5G毫米波频谱的确定将在WRC-19上的完成。在全球范围内，5G部署的频段有且只有两种，一种是sub-6GHz，指的是6GHz以下的频段，一种是毫米波。
经过多年的研究和讨论，各国各地区对毫米波频谱资源的划分都有所进展，以下将着重介绍中国、美国及欧洲在毫米波频段划分上的近况。
中国：2017年6月，工信部面向社会广泛征集24.75-27.5 GHz、37-42.5 GHz或其他毫米波频段用于5G系统的意见，并将毫米波频段纳入5G试验的范围，意在推动5G毫米波的研究及毫米波产品的研发试验。
美国：早在2014年，FCC(美国联邦通讯委员会)就开启了5G毫米波频段的分配工作，2016年7月，确定将27.5-28.35 GHz、37-38.6 GHz、38.6-40 GHz作为授权频谱分配给5G，另外还为5G分配了64-71 GHz作为未授权频谱。
欧洲：2016年11月，RSPG(欧盟委员会无线频谱政策组)发布了欧盟5G频谱战略，确定将24.25-27.5 GHz作为欧洲5G 的先行频段，31.8-33.4 GHz 、40.5-43.5 GHz作为5G潜在频段。
▍4、毫米波终端技术实现
毫米波频段频率高、带宽大等特点将对未来5G终端的实现带来诸多挑战，毫米波对终端的影响主要在于天线及射频前端器件。
4.1 终端侧大规模天线阵列
由于天线尺寸的限制，在低频段大规模天线阵列只能在基站侧使用。但随着频率的上升，在毫米波段，单个天线的尺寸可缩短至毫米级别，在终端侧布置更多的天线成为可能。如下图1所示，目前大多数LTE终端只部署了两根天线，但未来5G毫米波终端的天线数可达到16根甚至更多，所有的天线将集成为一个毫米波天线模块。由于毫米波的自由空间路损更大，气衰、雨衰等特性都不如低频段，毫米波的覆盖将受到严重的影响。终端侧使用大规模天线阵列可获得更多的分集增益，提高毫米波终端的接收和发射性能，能够在一定程度弥补毫米波覆盖不足的缺点，终端侧大规模天线阵列将会是毫米波得以商用的关键因素之一。
图1：LTE终端（左）与毫米波终端（右）天线设想
终端部署更多的天线意味着终端设计难度的上升，与基站侧部署大规模天线阵列不同，终端侧的大规模天线阵列受终端尺寸、终端功耗的制约，其实现难度将大大增加，目前只能在固定终端上实现大规模天线阵列的布置。移动终端的大规模天线阵列设计面临诸多挑战，包括天线阵列校准，天线单元间的相互耦合以及功耗控制等。
4.2 毫米波射频前端器件射频前端器件
包括了功率放大器、开关、滤波器、双工器、低噪声放大器等，其中功率放大器是最为核心的器件，其性能直接决定了终端的通信距离、信号质量及待机时间。目前制造支持低频段的射频前端器件的材料多为砷化镓、CMOS和硅锗。但由于毫米波段与低频段差异较大，低频射频前端器件的制造材料在物理特性上将很难满足毫米波射频前端器件的要求。
以功率放大器为例，目前主流的功率放大器制造材料为砷化镓，但在毫米波频段，氮化镓及InP的制造工艺在性能指标上均要强于砷化镓。下表所示为从低频到毫米波段主要的射频前端器件制造工艺上的发展方向。
另外，毫米波频段大带宽的特点对射频前端器件的提出了更高的要求，未来毫米波终端的射频前端器件将可能需支持1GHz以上的连续带宽。
虽然氮化镓被认为是未来毫米波终端射频的主流制造工艺，但由于成本、产能等因素，基于氮化镓工艺的高性能射频前端器件多用于军工和基站等特殊场景。毫米波射频前端技术的发展将会成为毫米波终端实现的关键，预计到2020年之后，毫米波移动终端射频器件的技术和成本才可能达到大规模商用的要求。
▍5、面向5G的毫米波网络构架
建成5G后，5G网络强大的数据传输能力，极强的稳定性以及大范围的覆盖率给大数据时代带来了很多的好处，在部分建设好的地区可以时用户体验到10M/S 及以上的传输速率，通过网络给社会发展与人们提供保障。有关事实表明，对于LTE 覆盖范围不大的这一个问题，通过5G 可以进行大范围覆盖，处理该问题。可是因为5G 建设初步阶段需挑选合适的地址，建设对应的基础设施，同时在后期保养成本高，因而，在当前还在进行理论试验，没有真正投入使用。因此，5G 英超向着小型与集成化的趋势发展。基于此，可将基础机构建设为美观的形式，给没有环境提供助力。按照建设的实际情况进行设计，进行科学部署，这样就可以节省经济。
在通信层面，数据与信令能够起到不一样的作用。数据经过专门通道由一个终端传输到另外的一个终端。lmdmj在网络中经过各种传输，同时在传输时可能需要通过处理才可起到最大作用。在通讯系统里面，信令与数据具备各自不一样的传输渠道，建成系统后，LTE可以运输不一样的信令。在5G 系统内的设计将数据与信令分离的传输形式，可以处理好在LTE 内信令占据过多资源的情况，进而提升传输的效率。
▍6、总结
在现代化社会中，经济的持续发展带动了5G 技术的持续发展，毫米波技术在未来发展过程中也一定会变成主要的工具。可是，现如今，因为毫米波传播的范畴有限，无法进行远距离的传输，伴随科学技术的进步，该问题也可以有效解决，进而给5G 的到来奠定基础。毫米波具备一定的稳定性，能够给5G 技术研究提供参照，整体而言，要使5G技术更加成熟，就需要通过毫米波技术，与创新科学技术，研制出新型的技术在5G 中使用，或许在不久的将来，毫米波将成为5G乃至6G的常用频段。
我们相信，5G技术正像这个时代的蒸汽机，它将再一次推动全人类全产业的进步，无论是工业领域还是普通人的生活，都将因此而改变。在频谱资源进一步被压榨的当下，毫米波技术最终也将登上历史舞台，承担起提供更优质网络的重任。
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