毫米波（mmWave）：频段之战.doc

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1、毫米波（mmWave）：频段之战　　无线设备和其处理的数据量每年都呈指数递增(53%复合年增长率[1])。随着这些设备产生并处理的数据量越来越多，连接这些设备的无线通信基础设施也必须持续发展才能满足需求。如图1所示，4G网络频谱效率的提高已经不足以提供3GPP[2]定义的三大高级5G用例所需数据速率的阶梯函数了，这些用例旨在提供无处不在的即时移动宽带数据。认识到这一点后，研究人员开始寻找更高的频率作为可能的解决方案。早期信道声探工作带来的积极成果使全球无线标准化组织把重点转移到下一代5G无线系统该怎样整合，以及如何从新的频率和更广的带宽中受益。1.定义5G的关键绩

2、效指标　　所有用例的设计都旨在使未来的无线标准能够处理现有无线标准不足以应对的新应用，每一个都需要一整套全新的关键绩效（KPI）。IMT2020用例定义的增强移动宽带（eMBB）预计最大数据速率可达10Gb/s，是4G的100倍[3]。根据香农定理总结的信道容量与带宽（频谱）和信道噪声的关系[4]，数据速率与可用频谱息息相关。鉴于小于6Ghz的频谱已经全部分配，所以超过6Ghz的频谱，特别是在毫米波范围中的频谱就成为应对eMBB用例的绝佳选择。　　　　Figure1:Threehighlevel5Gusecasesasdefinedby3GPPandIMT2020

3、2.毫米波：三个频率的故事　　为服务客户，全球的服务运营商在频谱上花费了几十亿美元。频谱高昂的拍卖价格也突显了其市场价值以及这种珍贵资源的稀缺性。开发新的频谱能够让服务运营商容纳更多用户，并提供更高性能的移动宽带数据体验。与小于6Ghz的频谱相比，毫米波更加丰富，需要的许可也更少，也就是说全球的服务运营商都能用上。先进的硅制造工艺大幅降低了毫米波设备的价格，完全可用于消费电子产品。目前影响毫米波应用的主要问题在于这个频谱的很多方面都没经过研究，需要解答技术问题。　　服务运营商已经开始研究毫米波技术，以评估适用于移动应用的最佳候选频率。国际电信联盟（ITU）和3GP

4、P就5G标准研究的2个阶段规划达成了共识。第一个阶段研究40GHz以下的频率，以满足较为紧急的商业需求，将于2018年9月完成。第二个阶段计划从2018年开始，到2019年9月完成，以解决IMT2020概述的KPPI，该阶段专注于最高100Ghz的频率。　　为使毫米波频率实现全球统一标准化，在最近的世界无线电通信大会(WRC)[5]结束后，ITU发布了从24Ghz到86Ghz的全球可用频率建议列表：　　在ITU发布建议后不久，美国联邦通信委员会（FCC）于2015年10月21日发布了规则制定建议通知（NPRM），建议采用28GHz、37GHz、39Ghz和64-7

5、1Ghz频段[6]灵活的新服务规则。　　　　图2：适合移动应用的FCC建议频段[6]　　虽然ITU、3GPP和其他标准机构决定将2020年作为规定5G标准的最后时限，但手机供应商正努力加快提供5G服务的步伐。美国的Verizon和AT&T计划在2017年就推出5G的早期版本。韩国计划在2018年奥运会推出5G试用，而日本希望在2020年的东京奥运会上展示5G技术。通过各群体在各种因素推动下的不断努力，一些频率已经开始成为5G的候选项：28GHz、39Ghz和72GHz。　　这3个频段脱颖而出是有原因的。首先，与60Ghz会因氧吸收[7]产生约20dB/km损耗不同

6、，如下图所示，这些频段的氧吸收率要低得多，更适用于长距离通信。这些频率在多通道环境中也表现良好，可用于非视距通信。毫米波将高度定向天线与波束成形和波束追踪相结合，可提供极为安全可靠的链路。纽约大学理工学院的TedRappaport博士和他的学生已经开始研究28GHz、38GHz和73Ghz的通道特性与潜在效能。他们发表了数篇论文，探讨这些频率的传播测量以及潜在服务中断研究。通过这些频率的现有数据和研究加上全球可用频谱，就能从这3种频率开始制作毫米波的原型。　　　　图3：毫米波频率的大气吸收率（dB/km）[7]