2021年,，全球5G網(wǎng)絡建設(shè)和發(fā)展取得了不俗的成績,。

　　根據(jù)GSA于8月發(fā)布的數(shù)據(jù),，已有70多個國家及地區(qū)的超過175家運營商，推出了5G商用服務,。還有285家運營商,，正在投資部署5G。

　　中國的5G建設(shè)步伐,，更是走在了世界的前列,。國內(nèi)5G基站數(shù)已經(jīng)突破百萬，達到驚人的115.9萬個,，占比全球70%以上,。也就是說，全球每3個5G基站,，就有2個位于中國,。

　　5G基站

　　5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，加速了5G在消費互聯(lián)網(wǎng)及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的落地,。尤其是垂直行業(yè)方面,，目前國內(nèi)已經(jīng)擁有超過1萬個5G應用案例，覆蓋了工業(yè)制造,、能源電力,、港口礦山、物流運輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域,。

　　毫無疑問,，5G已經(jīng)成為國內(nèi)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的利器，也是整個社會數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的引擎,。

　　然而,，就在5G應用加速落地的同時，我們會發(fā)現(xiàn),，現(xiàn)有的5G技術(shù),，在一些特殊的行業(yè)應用場景中，已經(jīng)開始表現(xiàn)出“力不從心”的狀態(tài),。速率,、容量、時延以及可靠性方面,，并不能100%滿足場景的需求,。

　　這是為什么呢,？難道被人們寄予厚望的5G，還是難當大任,？

　　當然不是,。之所以會出現(xiàn)5G“力不從心”的情況，主要原因在于——我們現(xiàn)在只用了“半個5G”,。

　　相信很多人都知道,，5G雖然標準是唯一的，但頻段卻有兩種,。一種叫Sub-6 GHz頻段,，頻率范圍是6GHz以下（準確來說，是7.125GHz以下）,。另一種叫毫米波頻段,，頻率范圍是24GHz以上。

　　2個頻段的范圍對比

　　我們國內(nèi)目前只商用了Sub-6 GHz頻段的5G,，沒有商用毫米波頻段的5G,。所以，5G的全部能量,，并沒有得到徹底釋放,。

　　█ 毫米波的技術(shù)優(yōu)勢

　　Sub-6 GHz頻段的5G,，和毫米波頻段的5G,，雖然都是5G，但性能特點差異巨大,。

　　根據(jù)中學物理課本上的知識,，無線電磁波，頻率越高,，波長越短,，繞射能力越差。而且,，頻率越高,，穿透損耗越大。所以,，毫米波頻段的5G,，覆蓋能力明顯弱于前者。這是國內(nèi)沒有第一時間商用毫米波的主要原因,，也是人們質(zhì)疑毫米波的理由,。

　　其實，這個問題的深層次邏輯和事實真相,，和大家的想象并不太一樣,?；蛘哒f，我們對毫米波,，其實存在一些錯誤的偏見,。

　　首先，從技術(shù)的角度來說,，我們必須擁有一個共識,，那就是——在現(xiàn)有通信基礎(chǔ)理論沒有革命性變化的前提下，想要進一步顯著提升網(wǎng)絡的速率帶寬,，只能在頻譜上做文章,。

　　向更高的頻段尋求更豐富的頻譜資源，是移動通信技術(shù)發(fā)展的必然選擇?，F(xiàn)在的毫米波是如此,，將來6G可能采用的太赫茲，也是如此,。

　　目前,，Sub-6 GHz頻段最大100MHz的頻寬（國外有的地方甚至只有10MHz或20MHz），想要實現(xiàn)5Gbps乃至10Gbps的速率,，難度實在太大,。

　　而5G毫米波，頻帶達到200MHz-800MHz,，實現(xiàn)上述目標就變得容易很多,。

　　不久前，2021年8月,，高通攜手中興通訊,，實現(xiàn)國內(nèi)首次采用5G SA雙連接（NR-DC），基于26GHz毫米波頻段的200MHz載波信道以及3.5GHz頻段的100MHz帶寬,，合力實現(xiàn)超過2.43Gbps的單用戶下行峰值速率,。

　　兩家公司還基于26GHz毫米波頻段的四個200MHz載波信道，利用載波聚合技術(shù),，實現(xiàn)了超過5Gbps的單用戶下行峰值速率,。

　　今年6月，在MWC巴塞羅那展上,，高通利用驍龍X65,，基于n261毫米波頻段的8路聚合（單載波帶寬為100MHz）以及n77頻段的100MHz帶寬，實現(xiàn)了高達10.5Gbps的峰值速率,。這是目前業(yè)界最快的蜂窩通信速率,。

　　單載波帶寬100MHz和200MHz就能達到這樣的效果，未來基于單載波400MHz,、800MHz,，無疑能夠?qū)崿F(xiàn)遠超10Gbps的速率,！

　　除了速率的顯著提升之外，毫米波的另外一個優(yōu)勢,，就是更低的時延,。

　　因為子載波間隔方面的原因，5G毫米波的時延可以做到Sub-6GHz的四分之一,。根據(jù)測試驗證,，5G毫米波的空口時延可以做到1ms，往返時延可以做到4ms,，表現(xiàn)極為出色,。

　　毫米波的第三個優(yōu)勢，就是體積小巧,。

　　毫米波的波長很短,，所以，它的天線非常短,。這樣一來,，毫米波設(shè)備的體積就可以進一步縮小，擁有更高的集成度,。廠商設(shè)計產(chǎn)品的難度有所降低,，有利于促進基站和終端的更加小型化。

　　更加密集的大規(guī)模天線陣列,，更多的天線振子,，對波束賦形的運用也極為有利。毫米波天線的波束可以打得更遠,，抗干擾能力更強,，有利于彌補覆蓋劣勢。

　　振子越多,，波束越窄，距離越長

　　毫米波的第四個優(yōu)勢,，就是高精度的定位能力,。

　　無線系統(tǒng)的定位能力，和它的波長有密切的關(guān)系,。波長越短,，定位精度越高。

　　毫米波的定位,，可以精確到厘米級甚至更低,。這也是為什么現(xiàn)在很多汽車都在采用毫米波雷達的原因。

　　說完了毫米波的優(yōu)點,，我們再回過頭來,，說說毫米波的缺點,。

　　任何（通信）技術(shù)都有自己的優(yōu)點和缺點。毫米波的缺點,，大家應該都很清楚,，就是穿透能力弱，覆蓋距離短,。

　　前文中,，我們提到，毫米波可以通過波束賦形增強的方式,，增強覆蓋距離,。也就是說，將大量天線的能量都集中到某個方向,，從而使信號向特定的方向增強,。

　　現(xiàn)在的毫米波，都采用了高增益定向陣列天線,，通過多波束技術(shù),，應對移動性挑戰(zhàn)。根據(jù)實踐結(jié)果,，支持窄波束的模擬波束賦形,，可以有效克服24GHz以上頻段的顯著路徑損耗。

　　高增益定向天線陣列

　　除了波束賦形之外,，毫米波的多波束,，還可以更好地實現(xiàn)波束切換、波束導向和波束追蹤,。

　　波束切換,，是指終端在持續(xù)變化的環(huán)境中,，可以選擇更適合的候選波束，進行合理切換，達到更好的信號效果,。

　　波束導向，則是指終端可以改變上行波束方向,，以匹配來自gNodeB的入射波束方向,。

　　而波束追蹤，是指終端可以區(qū)分來自gNodeB的不同波束,。波束可以隨著終端的移動而移動,，從而實現(xiàn)很強的天線增益。

　　毫米波增強的波束管理能力,，可以有效改善信號的可靠性,，實現(xiàn)更強的信號增益。

　　毫米波還可以采用路徑分集的方式，通過垂直分集和水平分集,，應對阻擋問題,。

　　路徑分集的仿真效果演示

　　在終端側(cè)，通過終端天線分集,，也可以提升信號的可靠性,，緩解手部阻擋問題，并降低用戶隨機方位造成的影響,。

　　終端分集的仿真效果演示

　　綜上所述,，隨著毫米波反射技術(shù)和路徑分集的深入研究，通過更先進的多波束技術(shù),，已經(jīng)極大地改善了毫米波的覆蓋問題,，實現(xiàn)了非視距（NLOS）傳輸。毫米波在技術(shù)方面,，已經(jīng)解決了此前的瓶頸,，變得越來越成熟，完全可以滿足商用需求,。

　　在產(chǎn)業(yè)鏈方面,，5G毫米波也遠比大家想象中更成熟。

　　上個月,，中國聯(lián)通研究院無線技術(shù)研究中心總監(jiān)李福昌就明確表示：“目前,，毫米波產(chǎn)業(yè)鏈能力已趨于成熟?！?/p>

　　在年初的MWC上海展上,，國內(nèi)運營商也表示：“在頻譜、標準和產(chǎn)業(yè)的支持下,，毫米波已經(jīng)取得積極的商業(yè)化進展,，到2022年，5G毫米波將具備規(guī)?；纳逃媚芰?。”

　　█ 毫米波的應用場景

　　說完了毫米波的技術(shù)優(yōu)勢,，我們再來看看它的具體應用場景,。

　　眾所周知，對技術(shù)進行運用,，最重要的就是“揚長避短”。也就是說,，一個技術(shù),，要用在最能發(fā)揮它優(yōu)勢的場景下。

　　5G毫米波的優(yōu)勢是速率,、容量,、時延,。所以，它最適合的地方,，就是機場,、車站、劇院,、體育館等人員密集場所,，以及工業(yè)制造、遠程控制,、車聯(lián)網(wǎng)等對時延非常敏感的垂直行業(yè)場景,。

　　從具體的應用領(lǐng)域來說，虛擬現(xiàn)實,、高速接入,、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康,、智能交通等,，都是5G毫米波的用武之地。

　　我們先來看看消費互聯(lián)網(wǎng)場景,。

　　對于普通個人用戶來說,，最大的帶寬需求來自視頻，最大的時延需求來自于游戲,。對帶寬和時延有雙重需求的,，就是VR/AR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實）。

　　VR/AR技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展迅速,，包括最近非?；鸬脑钪妫埠退鼈冇兄懿豢煞值年P(guān)系,。

　　想要獲得完美的沉浸式體驗,，徹底消除眩暈感，VR的視頻分辨率必須在8K以上（甚至16K,、32K）,，時延必須在7ms以內(nèi)。毫無疑問,，5G毫米波是最適合的無線傳輸技術(shù),。

　　高通和愛立信基于5G毫米波，進行了XR測試,，為每位用戶帶來了每秒90幀,、2K×2K分辨率的XR體驗，并實現(xiàn)低于20ms的時延，下行鏈路平均吞吐量超過50Mbps,。

　　測試結(jié)果表明,，僅部署1個系統(tǒng)帶寬為100MHz的gNodeB，就可以同時支持6個XR用戶的5G接入,。在未來5G特性的支持下,，更有望支持超過12位用戶同時接入。

　　XR測試

　　5G毫米波面向C端消費者用戶的另一個重要應用場景,，就是大型體育賽事的直播,。

　　2021年2月，美國橄欖球賽季總決賽“超級碗”在雷蒙德·詹姆斯體育場舉辦,。

　　美國知名運營商Verizon在高通的助力下,，利用5G毫米波技術(shù)，把該體育場打造成了世界上網(wǎng)速最快的體育場,。

　　比賽期間,，5G毫米波網(wǎng)絡承載了超過4.5TB的總流量，部分場景下峰值速率高達3Gbps,，約為4G LTE的20倍,。

　　上行速度方面，這屆超級碗是全球首個使用5G毫米波上行鏈路傳輸?shù)闹匾愂?。毫米波的幀結(jié)構(gòu)靈活,，可以調(diào)整上下行幀配比，實現(xiàn)更高的上行帶寬,。

　　根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù),，即便是高峰時刻，5G毫米波都比4G LTE快50%以上,。借助強大的上行能力,，球迷可以上傳照片和視頻，分享比賽精彩瞬間,。

　　Verizon還打造了一款應用,，支持球迷同時觀看7路串流高清賽事直播，7個攝像頭從不同角度呈現(xiàn)比賽,。

　　2022年,，第24屆冬奧會將在北京開幕。屆時,，現(xiàn)場既會有觀眾手機帶來的接入和流量需求,，也會有媒體轉(zhuǎn)播帶來的回傳數(shù)據(jù)需求。尤其是多路4K高清視頻信號,，全景攝像機視頻信號（用于VR觀賽）,，對移動通信網(wǎng)絡的上行帶寬提出了嚴峻的挑戰(zhàn),。

　　針對這些挑戰(zhàn),，中國聯(lián)通就打算使用5G毫米波技術(shù),，進行積極應對。

　　今年5月,，中興,、中國聯(lián)通和高通做過測試，采用5G毫米波+大上行幀結(jié)構(gòu),，可以將實時采集的8K視頻內(nèi)容實現(xiàn)穩(wěn)定的回傳,，并最終在接收端成功接收進行回放。

　　再來看看垂直行業(yè)應用場景,。

　　5G毫米波在toB方面,，應用前景更為廣闊，可以說是如魚得水,。

　　首先,，前面說的VR/AR，其實也是可以用于toB行業(yè)的,。

　　例如,，工程師可以通過AR，對異地的設(shè)備進行遠程巡檢,，對異地工程師進行遠程指導,，還可以對異地貨物進行遠程驗收。在疫情期間,，這些應用可以幫助企業(yè)解決實際問題,，大幅削減成本。

　　再看看視頻回傳應用?，F(xiàn)在很多工廠生產(chǎn)線都安裝了大量的攝像頭,，包括一些用于質(zhì)檢的高清攝像頭。這些攝像頭通過拍攝大量的高清產(chǎn)品圖片,，進行缺陷分析,。

　　例如，中國商飛公司就通過這種方式,，對產(chǎn)品焊點以及噴涂表面進行金屬裂縫分析,。照片拍攝之后，需要上傳到云端或MEC邊緣計算平臺,，需要700-800Mbps的上行速度,。采用5G毫米波大上行幀結(jié)構(gòu)，可以輕松應對,。

　　還有一個和5G毫米波技術(shù)關(guān)系密切的場景,，那就是AGV無人車,。

　　5G毫米波支持AGV運行

　　AGV其實就是一個小型化的無人駕駛場景。AGV的定位導航,、調(diào)度避障,，對網(wǎng)絡時延和可靠性要求很高，對精確定位能力的要求也很高,。大量AGV的實時地圖更新,，也對網(wǎng)絡的帶寬提出了要求。

　　采用5G毫米波,，能夠充分滿足AGV應用場景的上述要求,。

　　2020年1月，愛立信和奧迪在瑞典基斯塔的工廠實驗室,，成功地測試了基于5G毫米波的5G uRLLC功能和實際工業(yè)自動化應用,。

　　其中，他們共同構(gòu)建了一個機器人單元,，采用5G毫米波進行連接,。

　　如上圖所示，機器人手臂在制造方向盤的時候,，激光幕可以保護著機器人單元的開口側(cè),。如果工廠工人伸手進來，基于5G uRLLC的高可靠性,，機器人將立即停止工作,，避免工人受到傷害。

　　這種保證可靠性的即時響應,，在傳統(tǒng)Wi-Fi或4G中是不可能實現(xiàn)的,。

　　以上所舉的例子，只是5G毫米波的部分應用場景,。除了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域之外,，像智慧醫(yī)療里的遠程手術(shù)，車聯(lián)網(wǎng)里的無人駕駛,，都是5G毫米波的強項,。

　　作為一個擁有高速率、大容量,、低時延,、高可靠性、高定位精度等諸多優(yōu)點的先進技術(shù),，5G毫米波已經(jīng)得到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注,。

　　█ 結(jié)語

　　21世紀，是屬于數(shù)據(jù)的世紀,。

　　數(shù)據(jù)中所蘊含的巨大商業(yè)價值,，已經(jīng)被世人所認可,。如今，幾乎所有的產(chǎn)業(yè),，都在尋找自身與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,，參與數(shù)據(jù)價值的挖掘。

　　以5G為代表的連接技術(shù),，以及以云計算,、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的計算技術(shù),，都是挖掘數(shù)據(jù)價值不可或缺的重要工具。

　　充分運用5G,，尤其是毫米波頻段的5G,，無異于掌握了一把數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“金鑰匙”，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)力的革新飛躍,，也能夠在未來的激烈競爭中立于不敗之地,。

　　總而言之，5G毫米波的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)全面走向成熟,。隨著5G行業(yè)應用逐漸走入深水區(qū),，我們應該加緊推動5G毫米波的國內(nèi)商用落地，實現(xiàn)Sub-6與毫米波的協(xié)同發(fā)展,。

　　唯有如此,，我們才能真正釋放5G全部的潛能，為整個社會注入5G之心,！