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

　　“移動毫米波(Mobilizing millimeter wave)”對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正在提升移動蜂窩網(wǎng)絡的容量以滿足當前的需求，為向5G平滑演進奠定基礎(chǔ)，使用戶在從5G熱點切換到千兆LTE(千兆比特(Gigabit)LTE)時可以獲得一致的網(wǎng)絡體驗。但是，在延遲小于1毫秒的應用情況下，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，運營商主要致力于開發(fā)毫米波頻譜，為企業(yè)和多戶住宅單位(如公寓大樓)提供增強型寬帶等固定無線接入業(yè)務。這里主要的驅(qū)動因素是經(jīng)濟 - 服務提供商如何提供類似光纖的體驗，而無需鋪設光纖到戶或者為鋪設光纖到戶花費額外的時間和費用?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，支持增強型寬帶，VPN連接，4K視頻流，VoIP和DirecTV的交付等應用服務。在2017年，Verizon在11個美國市場上測試了5G固定無線接入，該公司表示，該公司包括“覆蓋數(shù)千個客戶地點的數(shù)百個基站”。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市場開始使用該技術(shù)提供三種住宅寬帶服務。在應用場景方面，Verizon特別強調(diào)了增強的寬帶，移動和物聯(lián)網(wǎng)，以及包括3D視頻和虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的應用。據(jù)運營商介紹，“初期5G寬帶接入業(yè)務的市場機會全美大約有3000萬戶用戶?！钡?，目前毫米波的注意力正在固定無線寬帶應用上，而毫米波將需要支持移動。關(guān)于容量需求和頻譜限制的動態(tài)變化使得“移動毫米波(Mobilizing millimeter wave)”勢在必行。

　　圖3、正交波束成形

　　Anokiwave的技術(shù)研究員Ian Gresham描述了這樣一個應用場景。：“毫米波頻段與LTE和6 GHz以下頻段的平臺的持續(xù)發(fā)展和并行發(fā)展，這種并行的活動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)級增長的需求，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。“

　　圖4、Anokiwave致力于開發(fā)面向5G 應用的毫米波產(chǎn)品

　　Gresham參考了下面的頻譜圖表(圖7)，他解釋說：“水平軸代表相對比例的大約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。左邊的藍線柵欄顯示了在6 GHz以下的可用頻譜。相對頻譜的可用范圍是相當容易看到的?！凹t色和綠色的塊顯示航天和國防和衛(wèi)星通信行業(yè)的頻率分配”; Gokham說，Anokiwave為A&D(航天和國防)和satcom(衛(wèi)星通信) 工作了十幾年，并且在這一領(lǐng)域進行了數(shù)百萬美元的投資，并且隨之而來降低了毫米波電子設備和部署的成本。

　　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，使得它們在應用中面臨著相同的技術(shù)問題，因此通常采用非常相似的技術(shù)解決方案來適用于這兩個顯而易見的需求。這意味著我們已經(jīng)經(jīng)歷了相同的設計和制造理念，以及我們一直在為航空航天和國防開發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)，并且可以在衛(wèi)星通信等不同的細分市場中被使用和應用，特別是現(xiàn)在的5G電信。這可以實現(xiàn)高度的重復使用，并且還可以采用平臺式的實現(xiàn)方法來加速毫米波有源天線的開發(fā)?！?/p>

　　圖6、Anokiwave芯片內(nèi)部架構(gòu)

　　Anokiwave是一家無晶圓廠半導體公司，為毫米波應用提供集成的硅芯片IC解決方案和硅芯片前端解決方案。該公司已開發(fā)出服務于包括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(航天和國防)和satcom(衛(wèi)星通信) 移動毫米波技術(shù)到移動電信帶來了空中接口物理層的有源天線硬件的無線電體系結(jié)構(gòu)的變化，Gresham說，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5G至關(guān)重要?”Gresham反問道。 “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。這意味著開發(fā)出一個非常可靠的通信鏈路似乎極具挑戰(zhàn)性。另外一個相對應的好處是毫米波的短波長，在28 GHz時約為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天線陣列在遠場產(chǎn)生極高的輻射功率。相反，在接收機處，無線電靈敏度也可以通過增加天線陣列的大小來擴張。由于有源天線的波束是活動的，您可以動態(tài)地改變波束方向以服務于多個用戶，您可以通過自適應波束形成來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和方向以適應動態(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”?！暗牵幸恍﹩栴}需要解決，Gresham說，”尤其是在滿足用戶移動性的應用問題。你如何在[用戶設備]中實現(xiàn)這個功能?”

　　圖7、高頻毫米波具有豐富的頻譜資源