圖1、技術(shù)發(fā)展觀點(diǎn)：千兆比特(Gigabit)LTE及以后--移動(dòng)毫米波及其挑戰(zhàn)

　　“移動(dòng)毫米波(Mobilizing millimeter wave)”對(duì)于滿足頻譜緊縮和數(shù)據(jù)需求至關(guān)重要

　　千兆比特(Gigabit)LTE正在提升移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量以滿足當(dāng)前的需求，為向5G平滑演進(jìn)奠定基礎(chǔ)，使用戶在從5G熱點(diǎn)切換到千兆LTE(千兆比特(Gigabit)LTE)時(shí)可以獲得一致的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。但是，在延遲小于1毫秒的應(yīng)用情況下，500 Mbps或1 Gbps與10 Gbps之間存在很大差異;這也是引入毫米波頻譜的一個(gè)重要原因，因此毫米波頻譜是5G的重要組成部分。

　　圖2、波束成形(Beamforming)使輻射能量更集中

　　目前，運(yùn)營(yíng)商主要致力于開(kāi)發(fā)毫米波頻譜，為企業(yè)和多戶住宅單位(如公寓大樓)提供增強(qiáng)型寬帶等固定無(wú)線接入業(yè)務(wù)。這里主要的驅(qū)動(dòng)因素是經(jīng)濟(jì) - 服務(wù)提供商如何提供類似光纖的體驗(yàn)，而無(wú)需鋪設(shè)光纖到戶或者為鋪設(shè)光纖到戶花費(fèi)額外的時(shí)間和費(fèi)用?例如，在得克薩斯州的奧斯汀和韋科，AT&T正在使用28 GHz頻段，為中小型企業(yè)以及住宅用戶試用5G支持的Wi-Fi，支持增強(qiáng)型寬帶，VPN連接，4K視頻流，VoIP和DirecTV的交付等應(yīng)用服務(wù)。在2017年，Verizon在11個(gè)美國(guó)市場(chǎng)上測(cè)試了5G固定無(wú)線接入，該公司表示，該公司包括“覆蓋數(shù)千個(gè)客戶地點(diǎn)的數(shù)百個(gè)基站”。去年11月，Verizon宣布到今年下半年將在加利福尼亞州薩克拉門托的五個(gè)市場(chǎng)開(kāi)始使用該技術(shù)提供三種住宅寬帶服務(wù)。在應(yīng)用場(chǎng)景方面，Verizon特別強(qiáng)調(diào)了增強(qiáng)的寬帶，移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)，以及包括3D視頻和虛擬現(xiàn)實(shí)在內(nèi)的應(yīng)用。據(jù)運(yùn)營(yíng)商介紹，“初期5G寬帶接入業(yè)務(wù)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)全美大約有3000萬(wàn)戶用戶?！钡牵壳昂撩撞ǖ淖⒁饬φ诠潭o(wú)線寬帶應(yīng)用上，而毫米波將需要支持移動(dòng)。關(guān)于容量需求和頻譜限制的動(dòng)態(tài)變化使得“移動(dòng)毫米波(Mobilizing millimeter wave)”勢(shì)在必行。

　　圖3、正交波束成形

　　Anokiwave的技術(shù)研究員Ian Gresham描述了這樣一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。：“毫米波頻段與LTE和6 GHz以下頻段的平臺(tái)的持續(xù)發(fā)展和并行發(fā)展，這種并行的活動(dòng)可以在更高的頻率上利用更寬的信道帶寬。這是由于我們看到數(shù)據(jù)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的需求，顯然現(xiàn)有頻段的頻譜利用率日益飽和，盡管我們已經(jīng)看到了許多令人印象深刻改善頻譜效率的成果?！?/p>

　　圖4、Anokiwave致力于開(kāi)發(fā)面向5G 應(yīng)用的毫米波產(chǎn)品

　　Gresham參考了下面的頻譜圖表(圖7)，他解釋說(shuō)：“水平軸代表相對(duì)比例的大約1-90GHz的頻譜。頂部數(shù)字中間和右邊的橙色條顯示了由FCC發(fā)布的約有11千兆赫(即11GHz)的位于毫米波頻段的新頻譜，用于許可和非許可使用。盡管全球頻率的確切分配方式各不相同，但在歐洲和亞洲也有類似的舉措。左邊的藍(lán)線柵欄顯示了在6 GHz以下的可用頻譜。相對(duì)頻譜的可用范圍是相當(dāng)容易看到的。“紅色和綠色的塊顯示航天和國(guó)防和衛(wèi)星通信行業(yè)的頻率分配”; Gokham說(shuō)，Anokiwave為A&D(航天和國(guó)防)和satcom(衛(wèi)星通信) 工作了十幾年，并且在這一領(lǐng)域進(jìn)行了數(shù)百萬(wàn)美元的投資，并且隨之而來(lái)降低了毫米波電子設(shè)備和部署的成本。

　　圖5、Anokiwave的毫米波波束成形芯片

　　Gresham繼續(xù)說(shuō)道：“這些頻譜區(qū)域的接近度，以及在許多情況下重疊的情況，使得它們?cè)趹?yīng)用中面臨著相同的技術(shù)問(wèn)題，因此通常采用非常相似的技術(shù)解決方案來(lái)適用于這兩個(gè)顯而易見(jiàn)的需求。這意味著我們已經(jīng)經(jīng)歷了相同的設(shè)計(jì)和制造理念，以及我們一直在為航空航天和國(guó)防開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)，并且可以在衛(wèi)星通信等不同的細(xì)分市場(chǎng)中被使用和應(yīng)用，特別是現(xiàn)在的5G電信。這可以實(shí)現(xiàn)高度的重復(fù)使用，并且還可以采用平臺(tái)式的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)加速毫米波有源天線的開(kāi)發(fā)?！?/p>

　　圖6、Anokiwave芯片內(nèi)部架構(gòu)

　　Anokiwave是一家無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司，為毫米波應(yīng)用提供集成的硅芯片IC解決方案和硅芯片前端解決方案。該公司已開(kāi)發(fā)出服務(wù)于包括26 GHz，28 GHz和39 GHz頻段在內(nèi)的關(guān)鍵毫米波頻率的產(chǎn)品。從A&D(航天和國(guó)防)和satcom(衛(wèi)星通信) 移動(dòng)毫米波技術(shù)到移動(dòng)電信帶來(lái)了空中接口物理層的有源天線硬件的無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)的變化，Gresham說(shuō)，這是在電信中使用毫米波的“主要挑戰(zhàn)”。 “為什么毫米波有源天線對(duì)5G至關(guān)重要?”Gresham反問(wèn)道。 “最重要的考慮因素是毫米波具有較高的傳播路徑損耗，在視距傳播的情況下，在28 GHz頻段在有些地方每米大約損耗62 dB。這意味著開(kāi)發(fā)出一個(gè)非常可靠的通信鏈路似乎極具挑戰(zhàn)性。另外一個(gè)相對(duì)應(yīng)的好處是毫米波的短波長(zhǎng)，在28 GHz時(shí)約為5.6毫米，這意味著您可以在非常小的尺寸內(nèi)形成大的有效天線輻射孔徑。這意味著您可以通過(guò)天線陣列在遠(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生極高的輻射功率。相反，在接收機(jī)處，無(wú)線電靈敏度也可以通過(guò)增加天線陣列的大小來(lái)擴(kuò)張。由于有源天線的波束是活動(dòng)的，您可以動(dòng)態(tài)地改變波束方向以服務(wù)于多個(gè)用戶，您可以通過(guò)自適應(yīng)波束形成來(lái)提供傳輸波束的空間正交性，并且可以快速改變波束的覆蓋點(diǎn)和方向以適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境中傳播信道的變化。您還可以形成可用于提供MIMO功能的輻射元件的子陣列......這也適用于提高數(shù)據(jù)吞吐量和提供一定的鏈路穩(wěn)健性”。“但是，有一些問(wèn)題需要解決，Gresham說(shuō)，”尤其是在滿足用戶移動(dòng)性的應(yīng)用問(wèn)題。你如何在[用戶設(shè)備]中實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能?”

　　圖7、高頻毫米波具有豐富的頻譜資源