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刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展,这项技术未来前景如何?

近日,据《科技日报》官方微博披露,中国工程院院士刘韵洁向业界宣布了一条好消息——南京网络通信与安全紫金山实验室研发团队已成功研制CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,并完成了芯片封装和测试,每通道成本可由1000元降至20元;同时,其封装集成了1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。芯片与天线阵列有望2022年规模商用于5G系统。

业内专家向《中国电子报》记者表示,由于没有披露更多细节,该款芯片是如何实现成本降低90%以上的,还不太好分析。但该款芯片将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起,采用了AiP封装技术,在某种意义上有利于促进我国的5G毫米波商用进程,对国内其他5G毫米波商用技术的研发奠定了一定基础。此外,5G毫米波拥有大量潜在、未被充分利用的频谱资源,将是5G时代Sub-6GHz的良好补充,国内运营商可将5G毫米波传输技术与sub-6GHz良好结合。

开发毫米波有什么必要性?从2G到4G,移动通信的频段基本在2.7GHz以下,但当低频段的频谱资源被耗尽时,就只能在高频段获取频谱资源。美国选择毫米波主要也是因为其在低频段的资源十分紧张,只能在高频段中“做文章”。

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5G频段目前分为两部分,一个是sub-6GHz,另一个就是毫米波。不同于早已被业界熟知的Sub-6GHz频段,位于高频段的毫米波拥有大量未被充分利用的频谱资源,研发毫米波器件成为未来推动5G发展的方向之一。

毫米波有哪些优势?一是毫米波的频谱丰富,可以搭载的宽带频段范围较广,而且它的传输速率快,最低传输速率可达到10Gbps;二是毫米波的波束较窄,在空间中辨别方向能力强,传输方向性好;三是由于光束窄,基于毫米波制作出来芯片更易做到小型化;;四是毫米波的载波间隔较大,单SLOT周期是低频Sub-6GHz的1/4,空口时延较低,在一些对时延要求较高的场景大有可为。

毫米波的优点是不少,但国内目前主要以Sub-6GHz频段扩展5G网络。那么,毫米波自身存在哪些缺陷制约了它的应用?

尽管毫米波信息传输速度更快,但它有着非常大的缺陷——受制于无线电波的物理特性,毫米波的短波长和窄光束特性让信号分辨率、传输安全性以及传输速度得以增强,但传输距离大大缩减,且信号穿透能力较差、造价昂贵、功耗也很高。

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谷歌公司对相同范围内、相同基站数量的5G覆盖测试显示,采用毫米波部署的5G网络,100Mbps速率的可以覆盖11.6%的人口,在1Gbps的速率下可以覆盖3.9%的人口;而采用Sub-6GHz频段的5G网络,100Mbps速率的网络可以覆盖57.4%的人口,在1Gbps的速率下可以覆盖21.2%的人口。可以看到,在Sub-6GHz下运营的5G网络覆盖率是毫米波5倍以上,这也让毫米波难以在短时间商用化。

那么,这个令人“喜忧参半”的技术为何被行业寄予厚望?因为ITU IMT-2020规范要求5G速度达到20Gbit/s,单靠Sub-6GHz是搞不定的,需要用上毫米波。

一位通信行业专家曾向记者比喻,Sub-6GHz频段仿佛是拥挤的地铁,Wi-Fi、蓝牙、卫星广播等都“挤”在一起,难免会“打架”。而毫米波频段就像是无人区飞驰的敞篷跑车,时延低,容量高,可以同时有更多设备连接。

大唐移动5G专家段滔认为,运营商利用毫米波系统的大规模阵列天线技术,通过波束赋形,一部分波束可用于网络回传,一部分波束可用于容量覆盖,从而可以替代传统的光纤网络,节省网络部署成本。

Sub-6GHz频段覆盖广,信号强且稳定;而毫米波速度快,时延低,能实现点对点超高速传播,两者各有优势,都是“真•5G”,只不过是看哪个更适合运营商建设和使用场地的实际需要。未来毫米波系统可以用于室内场馆及办公区覆盖,也可应用于室外热点覆盖、无线宽带接入等,与Sub-6G协同组成双连接异构网络,实现大容量和广覆盖的有机结合,未来市场空间可观。


图片来源:LuxCarta

责任编辑:赵强


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