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世界級重大技術突破,我國5G優勢有望延續5-10年

覽潮網1月23日訊 (記者 唐剛)人類有一個夢想:建立覆蓋全球每個角落的寬帶通信網絡,實現“上天下海進沙漠”都沒有信號盲點。

但基站千千萬,卻總有覆蓋不到的地方。要達成目標,就必須推動寬帶衛星通信和5G毫米波通信這兩件“工具”商用落地。

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現在,我國不但首顆寬帶通信衛星上了天,毫米波通信也取得突破性進展。

19日,網絡通信與安全紫金山實驗室宣布:我國自主可控、成本超低的毫米波相控陣芯片問世,它速度快、覆蓋廣,一腳踢開毫米波通信技術商用的“絆腳石”。

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中國工程院院士、紫金山實驗室主任劉韻潔評價,本次技術的突破,可為我們國家5G的優勢,延續5-10年打下重要基礎! 

重大喜訊:毫米波相控陣芯片問世

好消息一件接著一件。

5G時代,寬帶衛星通信技術能將信號覆蓋到世界各個角落,美國太空探索技術公司(埃隆·馬斯克的SpaceX)計劃在5年內發射4.2萬顆衛星,在太空中編織星鏈。在這方面,我國也不甘落后。

2020年1月16日11時2分,中國在酒泉衛星發射中心用快舟一號甲運載火箭,成功將中國首顆通信能力達10Gbps(10吉比特每秒)的低軌寬帶通信衛星——銀河航天首發星發射升空。衛星順利進入預定軌道,任務獲得圓滿成功。

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接下來就是5G毫米波通信了。毫米波通信頻譜資源豐富,5G時代選擇使用毫米波頻段,速度就好比單車道升級為十車道。

1月19日,南京舉行了大規模毫米波相控陣系列成果發布會暨相控陣芯片與系統聯合實驗室成立儀式,會上網絡通信與安全紫金山實驗室宣布重大成果:完全自主可控,且成本超低的毫米波相控陣芯片問世。

過去一段時間,寬帶衛星通信和5G毫米波通信的關鍵核心器件“毫米波相控陣芯片”成本高昂,如256通道的典型相控陣天線,售價高達上百萬元,嚴重影響了這一技術的商用推廣。

前兩天,偽自主的“木蘭”讓不少人像是呑下了一只蒼蠅。

現在我國科技界真正的自主來了!

基于多個項目所形成的技術積累,東南大學教授尤肖虎、紫金山實驗室、東南大學教授趙滌燹領導的課題組聯合天銳星通科技有限公司,對超低成本CMOS工藝毫米波芯片、大規模天線陣設計進行了深入探索;深南電路股份有限公司同步解決了大規模天線陣電路板制造及集成工藝等關鍵技術。他們首次較為徹底地疏通了阻礙CMOS毫米波通信芯片走向大規模推廣應用的所有核心環節。

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趙滌燹表示:“利用硅工藝,同樣的大規模相控陣天線產品,我們把成本降低到了可商用的水平,實現了中國在該項技術上的突破!”

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未來,乘客在飛機上打視頻電話、上網看電影……不再是遙不可及的夢想。

“紫金山實驗室重點培育和開發的毫米波通信核心芯片和大規模天線陣列技術正式發布,這是國際前沿核心技術的一次重要突破。”中國工程院院士、紫金山實驗室主任劉韻潔說,“這項技術的突破,為我國5G優勢再延續5-10年打下重要基礎。”

5G毫米波通信是什么?

毫米波是什么?翻開我們的高中物理課本就知道,毫米波其實就是一種高頻電磁波,它是波長1-10毫米的電磁波,通常來說就是頻率在30GHz-300GHz之間的電磁波。

近日,東南大學教授洪偉在研討會上發表以《5G毫米波及其演進》為主題的演講,他表示,第五代移動通信(5G)分為低頻段(Sub-6GHz FR1:450MHz-6GHz)和高頻段(毫米波FR2:24.25-52.6GHz)。

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根據3GPP的協議劃定,5G網絡未來將會主要使用兩段頻率——FR1頻段和FR2頻段。

其中FR1頻段的范圍為450MHz-6GHz,我們通常將它稱之為6GHz以下頻段;而另一個FR2頻段則集中于24.25GHz至52.6GHz,外界普遍以“毫米波”來稱呼它。 

2019年11月28消息,5G的毫米波頻譜之爭終于暫告一段落。國際電信聯盟(ITU)最終為5G毫米波頻段“擴容”,具體包括24.25-27.5GHz、37-43.5GHz、45.5-47GHz、47.2-48.2GHz 和66-71GHz。

目前,6 GHz以下的黃金通信頻段已經很難得到較寬的連續頻譜,嚴重制約了通信產業的發展。相比之下,毫米波頻段卻仍有大量潛在的未被充分利用的頻譜資源。因此,毫米波成為第5代移動通信的研究熱點。

根據通訊方面的原理,通訊信號頻率與其最大帶寬是呈正比的,其大概是頻率的5%,以28GHz毫米波為例,其理論最大帶寬就有1.4GHz,比起目前4G LTE所使用的800Mhz-2600MHz信號100Mhz左右的帶寬相比,先天性就有著十倍以上的帶寬差距。

毫米波具有更短的工作波長,可以有效減小器件及系統的尺寸;毫米波又具備豐富的頻譜資源,可以勝任未來超高速通信的需求。

此外,由于波長短,毫米波用在雷達、成像等方面有著更高的分辨率。隨著第5G、自動駕駛、安檢等民用技術的快速發展,毫米波將被廣泛應用于人們日常生活的方方面面。

洪偉教授指出,1G-5G僅覆蓋地球表面的約20%,基本上是一個沿地球陸地表面的2D網。而6G是對地球表面及近空間全覆蓋的3D網,將是人類信息通信的革命。毫米波將是星間鏈路、用戶鏈路、饋電鏈路的首選寬帶傳輸技術,SpaceX和StarLink主要采用了Ka和O波段??梢钥隙?,毫米波技術將是6G網絡最重要的支持技術之一。

5G毫米波預計2022年左右商用

洪偉教授表示,5G低頻段標準(R15/R16)已頒布,并且我國低頻段5G在2019年已開始商用,具體劃分為中國移動:2515-2675MHz和4.8-4.9GHz,中國電信:3.4-3.5GHz,中國聯通:3.5-3.6GHz,中國廣電:700MHz。

目前美國的商用5G毫米波技術以FWA為主。國內5G毫米波頻譜還沒有正式發布,但已批準24.75-27.5GHz和37-42.5GHz作為實驗頻段?;诖笠幠IMO的5G毫米波技術已趨于成熟,關鍵技術驗證已基本完成,預計在2022年左右開始商用。

中國信通院技術與標準研究所副總工程師徐菲去年11月也曾透露,我國毫米波測試進展比預期的計劃大大提前。截至10月底,華為、中興、諾基亞貝爾三家系統廠家全部完成了今年預計的測試工作,完成了毫米波關鍵技術測試。中國移動已完成5G毫米波關鍵技術驗證,計劃在2022年實現5G毫米波商用部署。

工信部在2019年2月19日公布的《2019年全國無線電管理工作要點》明確指出:“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。”

到了去年6月,工信部又印發的《工業互聯網專項工作組2019年工作計劃》提出,進一步加快5G工業互聯網頻率使用規劃研究,提出5G系統部分毫米波頻段頻率使用規劃,研究制定工業互聯網頻率使用指導意見。

“如果要完全釋放5G所有潛力,中長期來看,毫米波對中國5G的發展是很重要的。”GSMA大中華區公共政策總經理關舟表示,“WRC-19大會之后,ITU最終為5G毫米波頻段落錘,工信部會很快開啟毫米波在國內的規劃。”

“從2020年到2034年,在15年的時間里,對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。”GSMA首席監管官JohnGiusti在為2019年世界無線電通信大會(WRC-19)撰文時,描繪了5G毫米波業務發展廣闊的前景。

5G毫米波或不再為高通稅發愁

在移動通信發展的30年間,毫米波一直都是一片未經開墾的蠻荒之地,雖然諸如高通、愛立信在內的通信巨頭的實驗室都對它持續地投入研究,但毫米波卻沒真正走入我們的生活,而這也是市場與技術共同造成的結果。

首先,過去人類對于移動通信的帶寬要求并不高,在光纖傳輸都只有512K甚至更低的年代里,毫米波技術所提供的高帶寬基本用不上,因為6GHz以下的窄帶寬已經足夠滿足需求。

同時,由于毫米波技術的高頻特點,毫米波本身的傳播距離相較于低頻段更短,運營商需要實現大規模覆蓋往往需要投入更多的成本。因此在頻譜資源尚未緊張的年代里,毫米波自然不是可茲利用的首選。

毫米波面臨的主要挑戰是傳播距離太短,而且信號容易被阻擋:只要將手放在智能手機上的天線上,信號就會被屏蔽。

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谷歌測試結果對比,左為毫米波覆蓋,右為Sub-6覆蓋

對于毫米波應用,現在的通訊行業已經有了成熟的解決方案。那就是將毫米波信號集中在一起,形成一道高能量的波束,再運用波束追蹤技術直接進行定向傳輸。這種傳輸方式的能量集中,具有較好的抗干擾性,完美地彌補了毫米波先天性的不足之處,使其能夠支持商用環境。

同時,在手機終端上,毫米波使用也有了完備的解決方案。以高通的方案為代表,其打造的新一代毫米波天線模組QTM525,集成了毫米波傳輸中的天線、信號收發、放大等一系列功能,將這些功能集合在了一個十分“袖珍”的模組之中。手機終端只要運用該模組,就能夠直接解決毫米波通訊的問題。

不過,使用高通毫米波芯片,高通稅恐怕又會所有下游產業難以承受之重。自主可控是我國發展5G乃至6G的必走之路。

紫金山實驗室重點培育和開發的毫米波通信核心芯片和大規模天線陣列技術正式發布,在世界上首次較為徹底地解決了阻礙CMOS毫米波通信芯片走向大規模推廣應用的所有核心環節,從芯片、模塊到天線陣面全面實現自主可控技術水平處于國際領先!

可喜可賀。

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