5G频谱的博弈在国际上是一个看不见的战场，利益纷争不断。正因为中国采用了厘米波来建设5G这张大网，5G才得以大规模建设和商用。如果采用毫米波来做5G网络覆盖，5G网络的商用至少要到2~3年后才能实现。不过，从带宽来看，目前6GHz频段以下的最大连续可用带宽仅为100MHz左右，这意味着数据速率只能满足1Gbit/s左右的下行数据传输。毫米波频段移动应用带宽可达到400MHz，传输速率能够达到10Gbit/s甚至更多，在以快为先的5G时代，这样的带宽表现才能满足用户的期待。

5G标准为什么引入毫米波

毫米波频段没有很精确的定义，通常把波长在1~10毫米之间的电磁波称为毫米波，它对应于30~300GHz之间的无线电频谱。以FR2 n257频段为例，即28GHz的频率，它的波长为10毫米左右。

由于毫米波技术的高频特点，毫米波本身的传播距离相较于低频段更短，运营商实现大规模覆盖往往需要投入更多的成本。因此在频谱资源尚未紧张的年代里，毫米波自然不是频段的首选。这是市场与技术共同造成的结果。

从1G到2G、3G再到4G，划分的电波频率越来越高。这其实是为了满足更高传输速率的需要。根据3GPP的协议划定，5G网络未来将会主要使用两段频率——FR1频段和FR2频段。其中FR1频段的范围为450MHz~6GHz，我们通常称之为6GHz以下频段，也叫Sub-6GHz，其实这段频谱已经把2G/3G/4G在用的频谱全部囊括在内了；而另一个FR2频段对应的是24~52GHz这样的高频，在这段频谱上，电磁波的波长是毫米级别的，因此得名毫米波（严格来说大于30GHz才叫毫米波），又叫mmWave。毫米波频谱的特点是超大带宽，一段频谱动辄好几GHz的带宽，路宽了，可以修更多车道，跑更大的车，速率也可以成倍提升，5G每秒20Gbit/s峰值速率的梦想正是构筑于此。

由于3GPP决定5G NR继续使用OFDM技术，因此相比4G而言，5G并没有颠覆性的技术革新，而毫米波差不多就成了5G最大的“亮点”。而5G其它新技术的引入，比如Massive MIMO、新的numerology（子载波间隔等）、LDPC/Polar码等，都与毫米波密切相关，都是为了让OFDM技术能更好地扩展到毫米波段。为了适应毫米波的大带宽特征，5G定义了多个子载波间隔，其中较大的子载波间隔（60kHz和120kHz）就是专门为毫米波设计的，Massive MIMO技术也是为毫米波而量身定制的。

毫米波5G标准不断推进

国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）发布的《5G愿景》（ITU-R M.2083建议书）定义5G系统将满足增强的移动宽带（eMBB）、海量的机器间通信（mMTC）、超高可靠和超低时延通信（uRLLC）三大类主要应用场景。

在系统性能方面，5G系统将具备10~20Gbit/s的峰值速率，100Mbit/s~1Gbit/s的用户体验速率，相对4G系统提升3~5倍的频谱效率、百倍的能效，500km/h的移动性支持，1ms的空口时延，100万/km2的连接数密度以及10Mbit/s/m2的流量密度等关键能力指标。

基于上述愿景及关键性能指标要求，为满足5G系统不同场景下的应用需求，支持多元化的业务应用，满足差异化用户需求，5G系统的候选频段需要面向全频段布局，低频段和高频段统筹规划，以满足网络对容量、覆盖、性能等方面的要求。

6GHz以下中低频频谱可兼顾5G系统的覆盖与容量，面向eMBB、mMTC和uRLLC三大应用场景构建5G基础移动通信网络；6GHz以上高频频谱主要用于实现5G网络的容量增强，面向eMBB场景实现热点极速体验。

2016年初，3GPP与全球主要通信厂商合作，完成了几个主要毫米波通信频段的初步测量，公布了有关毫米波信道模型的技术报告TR38.900，证明了毫米波频段作为5G操作频段在户外通信的可行性，作为全球开发5G毫米波通信系统的共同依据。

3GPP NR毫米波频段的射频标准讨论和制定工作由3GPP RAN4牵头开展，3GPP定义的5G第一阶段频谱分配定义了52.6GHz以下的频谱，而100GHz以下的频谱将于2019年12月完成的第二阶段（3GPP R16）中予以分配。

国际电联（ITU）在2019年世界无线电大会研究周期内专门设立了TG 5/1工作组，负责1.13议题的研究工作，即为5G系统在毫米波频段研究确定可使用的频谱资源。2018年8月，TG 5/1工作组第六次会议在瑞士日内瓦举行，这次会议是TG 5/1工作组在WRC-19召开之前的最后一次工作组会议，会议重点讨论了全球在5G毫米波频段的最新研究进展，完成了5G系统在不同毫米波候选频段与相关无线电业务的兼容共存研究报告，起草了2019年世界无线电通信大会准备会会议文件（CPM报告）中关于1.13议题的相关内容。

2019年只是5G起始商用时间，随着2020 年之后业务量的不断提升，移动通信的频谱需求量还将继续增加。《2019年全国无线电管理工作要点》明确，将会在2019年适时发布5G系统部分毫米波频段频率使用规划，引导5G系统毫米波产业发展，这将有利于支撑2019年毫米波预商用试验及后续毫米波规模部署。

毫米波的未来

低频的频谱资源终归是有限的，毫米波应用的潜力巨大，未来运营商可以利用5G低、中、高频段三层组网，1GHz以下频段做覆盖层，Sub-6GHz做容量层，毫米波做热点覆盖的高容量层，建成一张全国性的广覆盖、大容量5G网络。毫米波相比于Sub-6GHz的时延更短，是Sub-6GHz频段的1/4。对5G时延要求更高的应用，如远程医疗手术、工业精密控制等场景，毫米波是一个更好的选项。

与较低频率相比，毫米波频谱具有许多优点，因为它不会发生阻塞，并且具有10Gbit/s甚至更高速率的数据传输能力。由于其传输距离比较短，频率复用在许多应用中是一大优势。组件尺寸较小，尤其是天线，也是一大优势。缺点是，由于较高的传播损耗，其传输距离通常小于较低频率，而且目前其成本较高。由于移动数据流量的增长和small cell回程网络的使用率上升，这一市场的增长预计未来会加速。

为了支持5G网络中的超过千兆比特的数据速率，将毫米波皮频段用于未来的接入网络是可行选择，这是因为毫米波频带具有丰富的可用频率资源。5G网络是一个复杂的网络环境，毫米波是最为闭环中处于圆心周围的最核心体验，它所呈现的是极限的速度。

欧洲、日本、韩国、澳大利亚等地都计划使用6GHz以下频段进行先期5G网络部署，中国也一样，并不像美国等地区对毫米波有那么高的需求。业内人士预计毫米波在国内的发展可能会很晚。图为日本毫米波的频谱规划情况，兼顾了运营商与垂直行业的需求。

图 日本毫米波频谱规划情况

在基站回传方面，在美国等部分国家，相比租用光纤的高成本，毫米波还是有一定优势的。在国内毫米波很难取代光纤做回传，但在国外，部分运营商可能就会选择毫米波做基站回传。美国和加拿大运营商在2018年之后对28GHz和39GHz频段进行了预商用，如图所示。

图 国外运营商对毫米波频段进行预商用

有观点认为，完美的5G需要毫米波频段在5G接入系统的普及应用，毫米波将使5G接近其最初的设想，相关技术也在不断演进之中，或许在不久的将来，毫米波将成为5G乃至6G的常用频段。

作者： 中国移动通信集团设计院有限公司

刁兆坤 刘威 范才坤 杨丽 秦文

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