而對于5G時代，除了目前中國正在部署的Sub-6GHz頻段，還有一塊“寶地”，能夠給用戶帶來區別于4G的超高速低時延的體驗，那就是毫米波。毫米波到底有多火，我們可以先簡單梳理一下各國關于“毫米波”的最新動向：

去年 11 月，美國率先釋放并完成了三個高頻頻譜的拍賣工作，并宣布集中重點發展 28GHz 毫米波。韓英德等國也相繼完成了高頻頻段的頻譜拍賣，日本也將于今年 3 月分配和美韓波段一樣的高頻段毫米波頻譜。而中國則在去年確定了高中低頻段聯合組網的設計方案，并完成中頻段頻譜的劃撥，關于毫米波優先研究的規劃意見也已經啟動；2019 年 2 月，工信部無線電管理局發布《2019年全國無線電管理工作要點》，其中特別提到要適時發布 5G 系統部分毫米波頻段頻率使用規劃，引導 5G 系統毫米波產業發展......

不僅各國政府如此，企業也非常重視“毫米波”：芯片巨頭高通不止一次對外談到“毫米波”的重要性；華為任正非接受央視專訪時也重點提到“微波”（也就是毫米波）；AT&T、Verizon、Sprint、T-Mobile 等運營商也開始大力購買高頻頻譜。

5G 的建設為什么如此重視“毫米波”？一些評論者用房地產來類比，高呼“毫米波就是還未開發的 5G 黃金地段”，或“毫米波是5G的‘高速公路’”。

集萬眾寵愛于一身，毫米波究竟是何方神圣又有何厲害之處，我們不妨用一篇文章探秘。

遇見毫米波

要想搞清楚毫米波是什么之前，先要了解無線電頻譜、頻段、頻率、頻道之間的關系。

頻譜，你可以理解為記錄無線電的不同振蕩幅度與不同頻率而繪成的圖，就像樂譜記錄音樂旋律一樣；頻段，是指一段連續的頻率范圍（寬度），由于頻率一般從 0MHZ～300GHZ，因此可以被分成若干個頻段，可大可小（比如 30MHZ～300MHZ 頻段被稱為HF頻段，也就是毫米波頻段）；頻率，就是每秒振蕩的次數（這個可以從物理學角度看，反映振動現象最基本的物理量就是頻率）；頻道，可以是兩個頻率組成的一條通道（就像公路上根據車寬劃出的4車道、6車道一樣），每條通道是雙向的，一條收信息，一條發信息，典型的頻道是頻率的組合利用。總而言之，頻率是度量尺度，頻譜是信號，頻段、頻道是信道媒介（相當于“路”）。

圖：無線電的波段劃分（來源/百度百科）

而無線通信，不管是音頻、語音、視頻、還是文件（統稱為“信息數據”），要想傳播出去，需要把基帶的數據調制到一個射頻頻段，才能夠發射出去，這是無線通信命名的初衷。

因此，我們需要一個無線的頻譜，來把這些數據經過調制搬到頻譜上，才能夠從天線發射出去，之后網絡才能接收到。反之亦然，網絡能發射信號，手機才能接收信號。

所謂毫米波（millimeter wave，簡稱“mmWave”），指的是波長在 1～10 毫米之間的電磁波，剛才也提到了，通常對應于 30GHz～300GHz 之間的無線電頻譜，大家可以根據上邊的表格看一下，它是一種頻率比較高的電波。

據公開資料顯示，人類對毫米波技術的涉足，可以追溯到19世紀90年代，但毫米波技術在最初的約半個世紀里僅僅活躍在實驗室里；直到20 世紀60年代，毫米波才在射電天文學中開始早期應用；20世紀70年代，由于毫米波集成電路和毫米波固體器件成功實現量產，毫米波通訊隨之發展；20世紀90年代，互聯網、無線電通信、汽車雷達等業務量的爆發，推動了毫米波民用技術應運而生。

毫米波的優勢非常明顯。相對于分米波、厘米波，毫米波的頻率更高，而通常電波的頻率越高，支撐的數據傳輸速度就更快，就如同人的語速一樣，在同一時間內，語速越快，信息的傳達就越多；另外，由于天線長度與波長成正比，因此毫米波更短的波長，也讓天線變得更短，可以更好地應用于各種場景；

5G，毫米波的“新大陸”

盡管有這些優點，一直以來，毫米波的應用范圍卻主要集中在雷達、制導、遙感、輻射測量等軍事領域，沒有用于民用的移動通信。很長一段時期以來，毫米波頻段對于電信產業而言，都是“蠻荒之地”。

當中有一些是產業發展問題：其一，在5G時代以前，毫米波缺乏市場需求，以前的移動應用并不需要這么大的帶寬和這么高的數據速率；其二，毫米波太貴，要克服傳播損耗、提高覆蓋范圍，需要大量的金錢投入；其三，毫米波因為頻譜高、帶寬大、速率高，技術相對不夠成熟。

此外，毫米波本身也有一些天然短板：傳輸過程中信號損耗大，易受阻擋，覆蓋距離短——這些固有弱點，讓業界很多人認為，毫米波難以支持終端的移動化特性。這里要多解釋一下毫米波的傳播損耗和信號覆蓋的問題，要把毫米波運用于 5G ，這是核心難點所在，因為頻率越高，能量散發就越快，傳輸就越困難，信號越容易衰減。對應到移動通信來說，就是信號越差。

我們同樣也可以舉例來說明。大家都知道聲波和光波，這兩種波就分別屬于低頻率波——聲波，和高頻率波——光波。我們如果隔著一堵墻對另外一個人說話，頻率更低的聲波是可以繞過圍墻讓對方聽到的，但是你卻看不見對方這個人，因為從對方反射的光波被墻擋住了，無法傳輸過來。毫米波的信號衰減問題也與此類似。

更雪上加霜的是，毫米波內有一部分頻譜，已經被諸如衛星和其他廣播使用，而余下的包括 28GHz、39GHz、75GHz等在內的空閑毫米波頻譜，是毫米波中的更高頻段。

所以之前的2G時代（GSM、CDMA），3G時代（CDMA 、WCDMA），到4G時代（FDD-LTE、TD-LTE），使用的頻譜基本都是 6GHz 以下的——這些是當時最優的頻譜：首先它們傳輸性能很好（過去幾十年里，這些頻譜都是緊著無線通信先用）；其次它們對器件的要求也較低。一切都按部就班進行著。

但是隨著網絡終端的增長和網絡應用的普及，低頻段日趨飽和，也就是“土地”不夠用了。眼看之前的頻譜資源就像市中心的房子一樣捉襟見肘，這時候，毫米波無疑像一塊具有豐富資源的新大陸吸引著人們的目光，盡管毫米波有這樣那樣的問題，但其自身無法忽視的大帶寬高速率的優勢以及Sub-6頻段資源緊缺的現狀讓毫米波成為了5G時代的新亮點。

圖：為了移動寬帶、低時延、超大規模組網三大應用場景，5G系統在規劃之初就確定了“全頻段”，需要從高頻、中頻、低頻統籌規劃。【來源/研究機構Yole Developpement公開資料（2017年）】

“開辟”毫米波

為了掙脫毫米波固有的“枷鎖”，使其能夠滿足用戶對移動性和穩定傳輸的要求，許多公司都對毫米波技術進行了大量的研發和投入。而作為通信行業一直以來的引領者——美國高通公司就是其中的佼佼者。

對于不少手機發燒友來說，高通驍龍的名字肯定不陌生。這家創立于1985年、總部設于美國加州圣迭戈的公司是全球移動通信技術的巨頭之一，中國著名的手機公司OPPO、vivo、小米、一加等等都是高通的合作伙伴。

為了破解毫米波在傳輸和覆蓋方面的短板，實現其在移動終端中的應用，高通在數年前就積極投入毫米波技術的研發，在持續不斷的努力下，推出了一套完整的解決方案。通過小基站、大規模MIMO和波束成形技術成功的掃除了實現毫米波移動化的障礙，接下來我們一樣一樣來談。

（1）小基站

小基站，顧名思義就是小型基站。在5G網絡建設方面，小型基站和毫米波可謂優勢互補。一方面，毫米波的5G信號傳輸不佳，那么布置更多的小型基站，增加網絡密度可以有效的改善這個問題。因此，5G時代將會通過部署大量小基站的方式，以加強傳統的蜂窩塔，間接彌補了毫米波穿透力差、衰減大的缺陷；另一方面，小基站之所以可以小，也是毫米波的特點所致。由于毫米波的頻率很高，波長很短，因此其天線尺寸可以做得很小，這是部署小型基站的基礎。

當無數個“光源”（小基站）從高空照射下來，地面自然一片光明，不難預見，未來5G網絡將不再依賴大型基站的布建架構，大量的小型基站將成為新趨勢，以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

（2）大規模 MIMO

小基站解決了網絡覆蓋的問題，而大規模MIMO（多輸入多輸出）則解決了毫米波發射和接收的問題。我們手機的通信頻率越來越高，波長越來越短，天線也越來越短，到5G時代已經短到不是用“根”來表述，而是密集的天線陣列。大規模MIMO就能夠支撐多根天線的發送和接收，可以將通信信號成倍的發射和接收，大幅提高了信號的傳輸速度，同時還可以增強信號的強度。

（3）波束成形

解決了網絡覆蓋和發射接收的問題之后，又要怎么改變毫米波難以遠距離傳輸的現狀呢？接下來就要提到，實現毫米波移動化的第三個關鍵技術——波束成形。目前的基站基本采用全向發射，這種模式雖然能夠保證最大的輻射范圍，但容易造成耗能大、資源浪費等問題，所以最好的解決方法就是，讓它聚焦在一個方向，把發射出去的毫米波“攏”到一起，這就是波束成形技術。這種可以實現空間復用的技術，好比一雙大手，將全向的信號覆蓋凝聚成一個精準指向，且波束之間互不干擾，這就意味著在同一空間提供更多的通信鏈路，服務更多用戶。

當然，只有波束成形還是不能解決毫米波難以遠距離傳輸的問題。如果只有一個波束，波束的方向又不變，一旦手機的位置有變動，信號就無法傳到基站。因此，波束必須要通過波束導向技術不斷調整，指向傳輸對象的方向。同時，手機持有者的位置不斷移動，基站相對于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術，時刻追蹤天線移動的位置，并讓波束做出相應的調整，來保障信號在收到阻擋的情況下自動切換電波，來保持手機信號的連續使用。

對創新者來說，問題從來不是問題

早在上世紀 90 年代后期，高通已開始對毫米波、MIMO、射頻等技術進行研究。高通公司總裁克里斯蒂安諾·阿蒙（Cristiano Amon）曾經在第三屆驍龍技術峰會上，用了很長一段篇幅，談毫米波之重要，更重要的是，這段話體現了創新者對于問題的態度，那就是問題從來不是問題，只是創新路上的一個節點。

“2015年，有人說毫米波技術行不通，那時我們向大家展示了通過波束控制毫米波是可用的。接著，又有人提出來說（毫米波）雖然可用，但也只能適用于視距情況下，于是高通又通過一個大篷車向大家展示了非視距移動毫米波。到了10月份，又有人質疑說，雖然實現了毫米波的移動化，但是使用環境有限，毫米波仍然無法為智能手機所用，而高通又向大家展示了智能手機參考設計，包含天線模組，能夠滿足智能手機的大小及其散熱條件；這時候，質疑又出現了，說如果要做到這一點，那么手機的體積將會很大，而高通又通過移動測試平臺MTP向業界展示，毫米波手機體積也可以接近正常手機體積。”這個過程對于高通而言，都意味著機遇，高通反之也因此變得越來越強大。

高通不止這樣講，也在身體力行的做。跨越技術門檻只是創新的第一步，如果終端用不上，一切都是空談。所以高通在解決了毫米波的自有缺陷以后，又推出了整套的射頻模組，將天線、射頻前端、收發器和放大器等都整合到一個模組里面，通過提前做好這些元器件的調整工作讓它們相互協同并將尺寸壓縮來解決將毫米波運用于手機的問題。

2018年7月，高通推出了與其第一代 5G 調制解調器驍龍X50配套的毫米波天線模組QTM052；今年2月，高通又推出了與驍龍X55相配套的第二代毫米波天線模組QTM525。與 QTM052 相比，QTM525在多個方面都實現了提升：增加了對更多毫米波頻段的支持，尺寸更小（由此，手機廠商可以將毫米波手機的厚度做到 8 毫米以下）等等。

除了城市熱點區域覆蓋，高通也在不斷探索將5G毫米波技術應用在更多場景當中。在2019MWC期間，高通進行了“企業私有網絡”和“高密度的場館”兩個場景的演示，以展示5G NR毫米波用于室內覆蓋的優勢。這一系統模擬，是對室內毫米波OTA測試網絡的補充，可以為智能手機、筆記本電腦和其他聯網終端帶來高容量、數千兆比特傳輸速率和低時延的連接，展示了真切的室內毫米波通信體驗。諸如此類測試數不勝數，不可否認，要想 5G 實現“改變社會”的使命，毫米波將會是非常重要的技術。

放眼整個產業，毫米波已經逐漸枝繁葉茂，甚至業界已經在研究頻率更高的 6G 了，困難真的不能阻礙創新者，只會激發創新者的動力。