劉韻潔院士發布5G毫米波芯片研發進展,這項技術未來前景如何?

發布時間:2020-06-17 瀏覽次數:2110 次

近日,據《科技日報》官方微博披露,中國工程院院士劉韻潔向業界宣布了一條好消息——南京網絡通信與安全紫金山實驗室研發團隊已成功研制CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片,并完成了芯片封裝和測試,每通道成本可由1000元降至20元;同時,其封裝集成了1024通道天線單元的毫米波大規模有源天線陣列。芯片與天線陣列有望2022年規模商用于5G系統。

業內專家向《中國電子報》記者表示,由于沒有披露更多細節,該款芯片是如何實現成本降低90%以上的,還不太好分析。但該款芯片將毫米波天線與毫米波芯片封裝在一起,采用了AiP封裝技術,在某種意義上有利于促進我國的5G毫米波商用進程,對國內其他5G毫米波商用技術的研發奠定了一定基礎。此外,5G毫米波擁有大量潛在、未被充分利用的頻譜資源,將是5G時代Sub-6GHz的良好補充,國內運營商可將5G毫米波傳輸技術與sub-6GHz良好結合。

開發毫米波有什么必要性?從2G到4G,移動通信的頻段基本在2.7GHz以下,但當低頻段的頻譜資源被耗盡時,就只能在高頻段獲取頻譜資源。美國選擇毫米波主要也是因為其在低頻段的資源十分緊張,只能在高頻段中“做文章”。

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5G頻段目前分為兩部分,一個是sub-6GHz,另一個就是毫米波。不同于早已被業界熟知的Sub-6GHz頻段,位于高頻段的毫米波擁有大量未被充分利用的頻譜資源,研發毫米波器件成為未來推動5G發展的方向之一。

毫米波有哪些優勢?一是毫米波的頻譜豐富,可以搭載的寬帶頻段范圍較廣,而且它的傳輸速率快,最低傳輸速率可達到10Gbps;二是毫米波的波束較窄,在空間中辨別方向能力強,傳輸方向性好;三是由于光束窄,基于毫米波制作出來芯片更易做到小型化;;四是毫米波的載波間隔較大,單SLOT周期是低頻Sub-6GHz的1/4,空口時延較低,在一些對時延要求較高的場景大有可為。

毫米波的優點是不少,但國內目前主要以Sub-6GHz頻段擴展5G網絡。那么,毫米波自身存在哪些缺陷制約了它的應用?

盡管毫米波信息傳輸速度更快,但它有著非常大的缺陷——受制于無線電波的物理特性,毫米波的短波長和窄光束特性讓信號分辨率、傳輸安全性以及傳輸速度得以增強,但傳輸距離大大縮減,且信號穿透能力較差、造價昂貴、功耗也很高。

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谷歌公司對相同范圍內、相同基站數量的5G覆蓋測試顯示,采用毫米波部署的5G網絡,100Mbps速率的可以覆蓋11.6%的人口,在1Gbps的速率下可以覆蓋3.9%的人口;而采用Sub-6GHz頻段的5G網絡,100Mbps速率的網絡可以覆蓋57.4%的人口,在1Gbps的速率下可以覆蓋21.2%的人口??梢钥吹?,在Sub-6GHz下運營的5G網絡覆蓋率是毫米波5倍以上,這也讓毫米波難以在短時間商用化。

那么,這個令人“喜憂參半”的技術為何被行業寄予厚望?因為ITU IMT-2020規范要求5G速度達到20Gbit/s,單靠Sub-6GHz是搞不定的,需要用上毫米波。

一位通信行業專家曾向記者比喻,Sub-6GHz頻段仿佛是擁擠的地鐵,Wi-Fi、藍牙、衛星廣播等都“擠”在一起,難免會“打架”。而毫米波頻段就像是無人區飛馳的敞篷跑車,時延低,容量高,可以同時有更多設備連接。

大唐移動5G專家段滔認為,運營商利用毫米波系統的大規模陣列天線技術,通過波束賦形,一部分波束可用于網絡回傳,一部分波束可用于容量覆蓋,從而可以替代傳統的光纖網絡,節省網絡部署成本。

Sub-6GHz頻段覆蓋廣,信號強且穩定;而毫米波速度快,時延低,能實現點對點超高速傳播,兩者各有優勢,都是“真?5G”,只不過是看哪個更適合運營商建設和使用場地的實際需要。未來毫米波系統可以用于室內場館及辦公區覆蓋,也可應用于室外熱點覆蓋、無線寬帶接入等,與Sub-6G協同組成雙連接異構網絡,實現大容量和廣覆蓋的有機結合,未來市場空間可觀。

信息來源:中國電子報、電子信息產業網

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