毫米波在5G中的应用

毫米波（millimeter wave ）通常是指波长为1～10毫米（频率30～300GHz）的电磁波。在某些情况下也将20GHz以上的频率包括在毫米波内。频率为300~3000GHz范围的电磁波称为亚毫米波（λ=1mm~100μm）。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。在很长的一段时间内，毫米波（大于40GHz频段）主要用于军事领域，包括各种雷达,卫星通信等，民用应用也只限于微波点对点的应用中。由于工作在毫米波频段的同轴电缆和连接器等器件的设计开发难度比较大，很多公司的产品目前使用的连接方式还是以波导为主。目前毫米波在工业和消费类领域的应用也越来越多。

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毫米波频谱频段

2016年7月14日，全体委员一致投票赞成开放近11GHz高频频谱用于灵活、移动和固定无线宽带的规则，其中包括3.85GHz需许可的频谱和7GHz免许可频谱。这些规则还在28GHz (27.5-28.35GHz)、37GHz (37-38.6GHz)和39GHz (38.6-40GHz)频段，以及一个新的免许可频段64-71GHz推出一项新的超高微波灵活应用（Upper Microwave Flexible Use）服务。

在毫米波频段中，28GHz、39GHz和73GHz频段是最有希望使用在5G的三个频段。

这三种频带之所以能脱颖而出，有以下原因：

这三种频率不像60GHz必须承受约20dB/km的氧气吸收损耗，其氧气吸收率远低于此数值(如图所示)，因此较适合长距离通讯，同时也能在多路径环境中顺利运作，并且能用于非可视距离(NLoS)通讯。透过高定向天线搭配波束成形与波束追踪功能，毫米波便能提供稳定且高度安全的连结。

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未来几年预期会有更多关于73GHz的研究。该频率不同于28GHz和39GHz的一个重要特性是可用的连续带宽很高（大于2GHz），这是目前提出的最宽的频谱。通过比较，28GHz提供了850MHz的带宽，在美国，39GHz附近的两个频带提供了1.6GHz和1.4GHz带宽。我们前面说过，更高的带宽意味着更高的数据吞吐量，这使得73GHz在这一方面比其他频率更有优势。39GHz频带正在研究当中，但尚未得到公众的大量支持和关注。但是，该频段具有的部分特性使其可能成为一个折中的选择来获得广泛应用。FCC提议将39GHz作为可能的移动频率。Verizon公司在专注于2017年的28GHz首次现场试验的同时，已经通过其与XO CommunicaTIons的业务关系开始研究39GHz，XO CommunicaTIons已经拥有39GHz的实质许可证。但是，公众对28GHz和73GHz的支持和研究显然比对其它频率的更为明显。汽车雷达和车联物联网将会使用毫米波的频段。

汽车雷达

自动驾驶技术实现的前提条件是汽车要能感知并且规避障碍物。因此汽车就需要一系列的雷达来探测和感知汽车周围的环境。为了提高雷达的分辨率，目前主要使用的频率是24GHz，77GHz和79GHz的毫米波频率。

60GHz Wi-Fi (WiGig) — 随着对高速传输速率需求的增加，在原有IEEE 的 802.11ac 无线局域网 (LAN)的基础上，发展了802.11ad的标准。802.11ad的频率范围定义为58到64 GHz，该频段是无需授权的频段。最近，该频段的频率范围扩展到了71GHz (FCC 第15部分)。802.11ad主要用于高速无线多媒体传输的应用，包括未压缩的高清晰度电视和实时的音乐和图片传输。点对点微波回传— 电信的数据传输应用中，一般使用光纤和微波两种方式。光纤的优势是数据传输速率高，但是缺点是部署麻烦。微波的优点是容易部署，适合基站回传的应用，被大量的使用。尤其是随着各种小基站，如picocells(微微基站), microcells(微基站) 和 metrocells(地下基站)的大量部署，微波回传也在被大量的使用。传统的微波回传频段是6, 11, 18, 23 和 38GHz。最新的60GHz微波回传频段是非授权频段，具有使用成本低的优势，但是缺点是60GHz频段受氧气分子吸收的影响，衰减比较大。目前微波回传使用的是80GHz的频段，常用的频段是E-BAND频段，频率范围覆盖71到76 GHz, 81 到 86 GHz 和 92 到 95 GHz。安全和防务—雷达和卫星通信是毫米波在军工方面的主要应用。毫米波最近在安全领域也逐渐开始得到应用。利用毫米波特性开发的成像技术,可以使用非接触的方式探测金属和非金属,用于探测武器或者爆炸物。如果您近期会乘坐美有些国的航班的话，您有可能在美国的机场看到并使用这些毫米波成像设备。

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随着世界标准化机构着手定义下一代无线网络，5G的愿景正在迫使研究人员改变他们的思考方式。增加4G网络的频谱效率并不足以提供三个高级5G用例所需的数据速率、延迟和容量。增强型移动宽带(eMBB)用例由IMT-2020定义，该用例设想了一个超过10Gbps的峰值数据速率，是4G网络的100倍。经实践证明，数据速率与可用频谱直接相关，而根据香农定理，容量是带宽（即频谱）和信道噪声的函数。低于6GHz的频谱已经分配殆尽，而6GHz以上的频谱，特别是毫米波频率已经成为一个非常有前景的替代方案来实现eMBB用例。

5G毫米波的车联

从2010年车联网第一次在中国提出，到现在互联网+大背景下的智能车、网联车、互联网汽车、自动驾驶等各种概念被炒得沸沸扬扬。从小型科技公司到各大汽车厂商、互联网巨头，无不扬言于此，进而纷纷布局，车联网的内涵也因此被无限扩展。

车联网涉及汽车制造、汽车服务、通信与物联网、智能硬件与互联网等多个产业，宛若一块巨大的“蛋糕”。以上所述这些事件盘点仅仅是车联网前端产业的冰山一角。还有很多公司正以几何级的增长速度蓬勃发展。

从目前的技术发展看，未来车联网或许会在下一个10年内普及，他们会在未来10-20年中收益，未来车联网争夺战究竟谁会是最终胜利者，我们拭目以待。汽车行业，互联网行业必将迎来一场全面的变革!总体来说，车联网未来越来越走向“基础化和智能化”并成为汽车核心系统的重要一部分，就像20年前计算机联网一样，是一个不可避免的趋势。逐步成熟的“4G/5G”、“云计算”、“大数据”、“人工智能”、“新能源”会让车联网的价值进一步扩大，成本进一步降低，在这中间受益最大的莫过于是车厂自身，而与其对应的商业模式，一定是“对用户免费

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物联网是Web3.0时代的变革力量是在互联网的基础上，充分利用智能嵌入技术、无线数据通信技术、无线射频识别技术(RFID)、遥感技术、微纳技术，构建智能网络，由过去仅能在网上进行人与人的沟通发展至能够进行人与物、物与物的互动。通过给铁路、电器等嵌入芯片，这些物品能够自动进行感应、识别，人类也可以远程控制物品，整个地球都变得智慧起来。事实上，这个”Interact of Things”的概念并不是最近才提出的，早在1999年已经有相应的说法。只是物联网发展的时代似乎正在到来。正如其字面的意思，它是由Internet发展而来的，是继个人计算机、互联网之后。IT产业的第三次变革。IBM前首席执行官郭士纳曾提出“十五年周期定律”，即“计算模式每隔15年发生一次变革”，这同英特尔创办者摩尔发现的摩尔定律一样准确：1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后的变革以个人计算机的普及为标志，而1995年前后的变革则以互联网的发展为标志，也许到2010年将会发生物联网的变革。既然美国政府的”信息高速公路”战略能够催熟互联网，那么可以预见，如今在全球金融危机下提出的”智慧地球”战略也将能够推动物联网的发展。

物联网合作跨越国界，运营商欲用5G转型

国内三大电信运营商开始提速物联网布局，跨领域、跨国度的合作近日频频上演，电信搭档华为与ofo、联通牵手德国电信、移动结盟AT&T……运营商作为基础网络的拥有者，储备着大量企业客户，最有望成为物联网产业的主导者。尽管如此，运营商物联网之路仍充满挑战。未来，运营商发展物联网的关键在于如何借力5G。哪些毫米波频率会被采用呢？

5G车联物联的测试：射频测试站通常由测试仪表、屏蔽箱、测试软件等几部分构成，通常又可分为校准测试、综合测试、天线测试等等几类。

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由于产能的要求，通常射频测试工艺由多个相同的测试站并行运行。某个或某些测试工位的通过率偏低；产出降低就会导致产线瓶颈、生产成本剧增，而究其原因，大致可分为：产品设计或物料原因、测试的问题（误测问题）、射频干扰等环境因素、测试的不确定问题。

运营商物联网之路万物互联时代，要确立物联网竞争优势，运营商需要思考如何借力5G。业内普遍认为，5G网络一旦商用，将有望撬动规模达万亿元的物联网产业。相比4G网络，5G的优势不仅在于上网速度与流量密度上，还能渗透到物联网中，实现智慧城市、环境监测、智能农业、工业自动化、医疗仪器、无人驾驶、家用电器和手持通讯终端的深度融合。可以说，5G是实现万物互联的基础，更是运营商发展物联网的关键。

毫米波应用的挑战

基于毫米波的诸多优点,可以开发很多的应用。然而，高频率的信号传输,也不可避免的带来高的传输损耗,低的测试重复性和外场测试困难等问题。射频和微波信号传播损耗vs.频率(f)与距离(d)的关系见下面的公式在毫米波的频率，受到大气中，尤其是氧气分子的影响。

图中显示大气传播衰减和频率之间的关系。在60GHz的频段，由于氧气分子对电磁波吸收的加剧，会出现一个衰减的峰值。正因为60GHz传输衰减比较大，传输距离相对短，同频干扰也相对少，因此政府将60GHz频段规定为非授权的频段。同时，衰减较大对测试也带来了挑战，测试仪表需要比较大的输出功率或比较高的接收灵敏度来保证测试的精度。当频率到70GHz的时候，同轴连接器内导体的直径只有0.5mm，该尺寸已经接近车床机械加工能力的极限，连接器上任何的毛刺甚至灰尘都会影响连接器的在毫米波频段的匹配性能。相对于低频连接器，在使用高频连接器的时候，要务必小心，以免损坏。并且建议在每次使用之前，使用放大镜检查和进行清洁，并且使用力矩扳手进行连接。