10月下旬，苹果公司正式发布了2020年全新的智能手机产品系列——iphone 12系列。细心的人会留意到，只有美版的iphone 12系列新机支持5g毫米波，而其他国家和地区的版本都不具备对毫米波的支持，而只支持sub-6ghz频段。

为什么同样是5g手机，苹果公司却推出了美国“特供”呢？其实，这是由于各国选择的5g方案不同导致的。

“选择不同的5g方案，是各国分别基于各自实际的选择。”东南大学信息学院教授、博士生导师、电磁场与微波技术工程系主任陈继新教授表示，两种方案各有优劣，而毫米波也是下一阶段我国在通信领域的突破方向。

通信要求日益增高 5g频段开始出现岔路口

翻开人类无线通信发展史，我们会发现通信频率越来越高。

以我国为例，2g的工作频段主要是900mhz和1.8ghz，3g和4g工作频段主要为1.9ghz、2.1ghz和2.6ghz。

这是因为，人们对无线通信提出的要求越来越高。过去的无线通信是语音网，现在则是数据网，频率越高所能提供的带宽也就越大，这就像4车道的高速公路比2车道跑的车多，而且还能保持较快的车速。

过去，各国对无线通信频率的选择相差无几，但是当全球无线通信进入5g波段后，情况发生了变化。

“5g技术的发展趋势使传播频率达到更高水平，而全球的5g方案大致可以分为毫米波和sub-6ghz。”陈继新表示。

毫米波是指波长在1—10mm之间的电磁波。由于波长较短，毫米波对应的频率为30ghz—300ghz。而sub-6ghz是指频率低于6ghz的电磁波。

按照国际标准组织3gpp的标准，5g频段分成fr1和fr2两个范围，其中fr1频段的频率范围是450mhz—6ghz，fr2频段的频率范围是24.25ghz—52.6ghz。sub-6ghz和毫米波的频率恰好分属这两个频段范围。

两种方案各有优劣 各国部署是基于现实的选择

受制于无线电波的物理特性，毫米波的短波长和窄光束特性让信号分辨率、传输安全性以及传输速度得以增强，存储容量也更大，更容易解决用户上网的拥堵问题。但这种技术的覆盖面积比较小，更适合在车站、机场、体育场馆等人口密集的场景应用。sub-6ghz虽然在传播速度和带宽容量上都比毫米波逊色，但其最大的特点是信号穿透力强，传播距离与毫米波相比更远，更容易解决大范围区域的信号覆盖问题。

此前，谷歌公司在相同范围、相同基站数量的环境内，对毫米波和sub-6ghz的覆盖能力进行过一个测试。

其测试结果显示，在100mbps速率的情况下，采用毫米波方案的5g网络可以覆盖11.6%的人口，采用sub-6ghz方案的则可以覆盖57.4%的人口；在1gbps的速率下，采用毫米波方案的5g网络可以覆盖3.9%的人口，采用sub-6ghz方案的则可以覆盖21.2%的人口。也就是说，采用sub-6ghz方案运营的5g网络的覆盖率是采用毫米波方案运营5g网络覆盖率的5倍以上。

此外，短波长的特性使得毫米波的穿透力也很不理想。据以往的研究显示，采用毫米波技术的5g手机几乎可以被任何东西挡住信号，电话亭、玻璃、树木和雨水等等，只要基站和手机之间有遮挡，5g网络就可能回落到4g状态。

“如果采用毫米波部署5g网络，同等面积必须建设更多的基站来完成覆盖，组网成本比较高。”中科智达物联网系统有限公司董事长许欣介绍说。

在5g建设中，资金投入是不得不考虑的一个重要因素。

较之毫米波，sub-6ghz的射频器件可以继续沿用4g原有的产业链，技术更为成熟，而sub-6ghz频段的基站还可以在原有4g基站的基础上进行改造，大大节省了成本。

而工作于毫米波频段的亚微米尺寸的集成电路元件，设计与生产的门槛较高，需要更高的资金投入，这在一定程度上也阻碍了毫米波方案的商用发展。

目前，我国主要采用了sub-6ghz方案。韩国、日本、欧洲等国家或地区则是两种频段都在发展。网络建设要看运营商和使用环境的具体需求。

而由于历史原因，美国通信领域可分配的大部分频谱被军方占用，留下的只有高于27.5ghz的频率，所以美国运营商的5g部署不得不从毫米波开始。

毫米波将释放更大潜力 我国正积极布局该领域研发应用

事实上，对于5g网络的建设来说，无论是sub-6ghz还是毫米波，并没有优劣之分，只是现实因素导致先后发展顺序不同。据了解，当前6ghz以下的黄金通信频段已经很难得到较宽的连续频谱，相比之下，毫米波频段却仍有大量潜在的未被充分利用的频谱资源。

相关专家认为，站在长远的角度看，毫米波未来或将推动5g释放更大潜能。

例如，毫米波在雷达、成像等方面有着更高的分辨率，随着自动驾驶等技术的快速发展, 毫米波将被广泛应用于人们日常生活的方方面面。此外，由于毫米波具有低延时的特性，在机器人远程控制、远程医疗等前沿技术方面，也有着广阔的应用前景。

对于毫米波的建设，我国同样没有停下脚步。

今年3月，工信部发布《关于推动5g加快发展的通知》，文中提到“适时发布部分5g毫米波频段频率使用规划，组织开展毫米波设备和性能测试，为5g毫米波技术商用做好准备。”包括中国电信等机构都积极参与了工信部组织的毫米波实验。

针对毫米波的特性，运营商不再对其直接进行网络信号广域全覆盖，而是在需要补“盲”的地区才进行部署，主要解决室内和热点地区的容量需求问题。

陈继新认为，毫米波对自然环境的传播条件比较敏感，如何在不稳定的自然环境中利用毫米波提供稳定的通信，是各大运营商在建设基站时需要面对的挑战。此外，毫米波业务和组网能力也需要进一步验证。

据了解，目前主流的移动通信设备提供商都已经推出了支持5g毫米波的基站设备。中国联通已经与2022年北京冬奥会达成合作，将在北京冬奥会期间进行毫米波的推广运用。一旦使用情况良好，将极大推动毫米波技术的发展。

芯片方面，今年6月，南京网络通信与安全紫金山实验室已研制出cmos毫米波全集成4通道相控阵芯片，并完成了芯片封装和测试，三星和华为已经支持毫米波工程样机，其他芯片厂家也在陆续推出毫米波产品。

在相关专家看来，毫米波产业链成熟度将影响毫米波的部署场景和部署规模，要真正推广毫米波的广泛应用，关键技术、核心器件、芯片方面还有待于进一步完善和提高。这需要运营商与产业界联合进行技术攻关，打造高性价比的硬件设施以及商用系统。

栏目主编：张武

本文作者：科技日报

文字编辑：杨蓉

题图来源：图虫创意

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