5G毫米波核心是多波束陣列
'5G毫米波, 目標是實現N乘以10個Gbps的傳輸速率. ' 洪偉說, '美國採用了28GHz, 我們國家還在徵求意見. '
5G毫米波中一個重要的技術是窄波束天線的多波束系統, 通過這個系統提高基站側的通信網路增益, 網路的高增益是實現高傳輸速率的基礎.
MIMO (多入多出天線陣列) 就是一個多波束系統.
洪偉表示, 多波束陣有很多種, 有純數字多波束, 還有無源多波束, 目前很多大的廠家在做相控多波束. '我認為, 最終不能用這樣的結構, 而應用全數字多波束陣. ' 洪偉說, '相控多波束面臨複雜性, 成本和功耗都較高的問題, 而且會降低毫米波基站的覆蓋範圍, 這個多波束結構可以用來做過渡, 但最終肯定要用純的數字多波束系統. '
目前通過洪偉的實驗, 在28GHZ基於64通道的多波束陣, 已經能夠支援50Gbps的傳輸速率, 頻譜利用率超過了100%. 洪偉採用的也是混合多波束, 但他的混合方案是在水平方向用純數字多波束, 在垂直方向用無源多波束. '這有可能會變成多波束陣的替代或者補充方案. ' 洪偉說.
但這一解決方案目前還處於實驗室階段, 推出的是原理樣機. '最終商用的產品, 要將實驗室中整個系統壓縮成一個比較薄的板狀, 方便整合和安裝, 同時也可以讓功耗, 體積, 重量和成本大幅度大降. 在這個過程中, 一要解決多通道毫米波的收發晶片, 二要實現天線的整合化. '
終端上如何實現毫米波
毫米波波終端如何做? 洪偉說, 毫米波與光學器件有些類似, 例如手機上的攝像頭, 一定要露出在外面, 毫米波也如此, 如果用手機殼擋起來訊號衰減就明顯, 除非用低損材料做殼. 毫米波在終端上實現需要一個多通道的毫米波晶片, 將手機的天線在封裝時整合在晶片裡, 成為一體化模組. '對於手機的設計者來說這就像一個電阻或電容一樣的元件, 它同時具有一些特定要求, 如不能用金屬框阻擋. '
在手機上, 毫米波應該放在什麼位置? 洪偉說, 我們認為最佳的位置應該是在手機的右上角區域, 即使有人把手機橫過來看視頻, 打遊戲, 這個位置一般也不會被手遮擋. '當然其中要解決一些問題, 如天線設計, 寬角度的多波束覆蓋等. ' 洪偉說, '這裡還有一個關鍵問題, 就是晶片裡面要把多個通道的收發資訊全部整合進去. ' 他還建議手機終端企業開放介面定義, 或制訂統一的介面標準.
洪偉說, 這種一體化模組的解決方案看上去很難, 但實現多通道的5G毫米波晶片, 沒有其他路可選, 這是必經之路, 必須解決的問題.
無論是5G毫米波基站還是終端, 要最終實現小型化, 低成本, 低功耗, 必須突破單晶片整合, 要實現量產還要做好封裝環節. 洪偉說, 對於基站來說, 考慮到功率和散熱問題, 天線與晶片建議在板級或者系統級整合; 對於終端, 建議封裝整合或板級整合.
目前汽車雷達已經為毫米波晶片做了開路工作, 用比較小的晶片實現了多通道, 晶片中三個發射機, 四個接收機, 頻段工作在71GHz. '我們以前覺得40GHz以上的毫米波晶片, 封裝是不能解決的, 實際上這個汽車雷達晶片已經走通了, 和低頻段一樣可以大批量規模生產. ' 洪偉說, '如果晶片能夠成功解決好多通道和天線封裝的問題, 5G毫米波終端就可以實現. '
5G毫米波可用於低空通信
5G毫米波可能的拓展應用空間是低空通信. 洪偉說, 我國在建設空天地海一體化的衛星通信網, 一個辦法是把中低軌衛星變成像5G毫米波基站一樣, 對地用多波束進行覆蓋. 這種辦法會帶來一些問題, 如基帶處理應該放在地面還是衛星, 因為多波束會帶來非常大的處理量, 如果放在地面會帶來時延; 再如功耗, 體積, 重量是否要進一步降低, 星間的動態跟蹤怎麼實現等.
5G毫米波基站覆蓋距離大約200到300米, 從低空角度看, 這是一個用頻待規範的空間. 快速發展的無人機往往飛在這個高度. 對無人機的組網也是5G毫米波可以拓展的應用空間. '如果我們把毫米波多波束的基站放到無人機上, 然後對地覆蓋, 多個無人機就可以組網, 可以實現無人機間動態跟蹤與毫米波寬頻傳輸. ' 洪偉說, '無人機上可以搭載高倍攝像機, 映像的回傳需要大頻寬. '
據洪偉介紹, 去年成立的5G毫米波工作組確定了幾項研究任務: 一是5G毫米波應用場景, 系統, 架構標準; 二是5G毫米波通道特性, 頻譜規劃; 三是5G毫米波質量方法, 性能規範; 四是5G毫米波晶片, 器件及工藝; 五是組織毫米波封裝技術.
'目前第二個研究任務——5G毫米波通道特性和頻譜規劃, 已經有初步成果, 並發布了第一版白皮書. ' 洪偉說, '到年底我們希望在包括5G的系統架構, 標準, 測量, 晶片還有封裝等方面, 能夠陸續有白皮書發布, 以此推動5G毫米波發展. '