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中国电子报|刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展，这项技术未来前景如何？


中国电子报|刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展，这项技术未来前景如何？
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近日 ， 据《科技日报》官方微博披露 ， 中国工程院院士刘韵洁向业界宣布了一条好消息——南京网络通信与安全紫金山实验室研发团队已成功研制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 ， 每通道成本可由1000元降至20元；同时 ， 其封装集成了1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列 。 芯片与天线阵列有望2022年规模商用于5G系统 。
业内专家向《中国电子报》采访人员表示 ， 由于没有披露更多细节 ， 该款芯片是如何实现成本降低90%以上的 ， 还不太好分析 。 但该款芯片将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起 ， 采用了AiP封装技术 ， 在某种意义上有利于促进我国的5G毫米波商用进程 ， 对国内其他5G毫米波商用技术的研发奠定了一定基础 。 此外 ， 5G毫米波拥有大量潜在、未被充分利用的频谱资源 ， 将是5G时代Sub-6GHz的良好补充 ， 国内运营商可将5G毫米波传输技术与sub-6GHz良好结合 。
开发毫米波有什么必要性？从2G到4G ， 移动通信的频段基本在2.7GHz以下 ， 但当低频段的频谱资源被耗尽时 ， 就只能在高频段获取频谱资源 。 美国选择毫米波主要也是因为其在低频段的资源十分紧张 ， 只能在高频段中“做文章” 。
中国电子报|刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展，这项技术未来前景如何？
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5G频段目前分为两部分 ， 一个是sub-6GHz ， 另一个就是毫米波 。 不同于早已被业界熟知的Sub-6GHz频段 ， 位于高频段的毫米波拥有大量未被充分利用的频谱资源 ， 研发毫米波器件成为未来推动5G发展的方向之一 。
毫米波有哪些优势？一是毫米波的频谱丰富 ， 可以搭载的宽带频段范围较广 ， 而且它的传输速率快 ， 最低传输速率可达到10Gbps；二是毫米波的波束较窄 ， 在空间中辨别方向能力强 ， 传输方向性好；三是由于光束窄 ， 基于毫米波制作出来芯片更易做到小型化；;四是毫米波的载波间隔较大 ， 单SLOT周期是低频Sub-6GHz的1/4 ， 空口时延较低 ， 在一些对时延要求较高的场景大有可为 。
毫米波的优点是不少 ， 但国内目前主要以Sub-6GHz频段扩展5G网络 。 那么 ， 毫米波自身存在哪些缺陷制约了它的应用？
尽管毫米波信息传输速度更快 ， 但它有着非常大的缺陷——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 ， 但传输距离大大缩减 ， 且信号穿透能力较差、造价昂贵、功耗也很高 。
【中国电子报|刘韵洁院士发布5G毫米波芯片研发进展，这项技术未来前景如何？】
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谷歌公司对相同范围内、相同基站数量的5G覆盖测试显示 ， 采用毫米波部署的5G网络 ， 100Mbps速率的可以覆盖11.6%的人口 ， 在1Gbps的速率下可以覆盖3.9%的人口；而采用Sub-6GHz频段的5G网络 ， 100Mbps速率的网络可以覆盖57.4%的人口 ， 在1Gbps的速率下可以覆盖21.2%的人口 。 可以看到 ， 在Sub-6GHz下运营的5G网络覆盖率是毫米波5倍以上 ， 这也让毫米波难以在短时间商用化 。
那么 ， 这个令人“喜忧参半”的技术为何被行业寄予厚望？因为ITU IMT-2020规范要求5G速度达到20Gbit/s ， 单靠Sub-6GHz是搞不定的 ， 需要用上毫米波 。
一位通信行业专家曾向采访人员比喻 ， Sub-6GHz频段仿佛是拥挤的地铁 ， Wi-Fi、蓝牙、卫星广播等都“挤”在一起 ， 难免会“打架” 。 而毫米波频段就像是无人区飞驰的敞篷跑车 ， 时延低 ， 容量高 ， 可以同时有更多设备连接 。
大唐移动5G专家段滔认为 ， 运营商利用毫米波系统的大规模阵列天线技术 ， 通过波束赋形 ， 一部分波束可用于网络回传 ， 一部分波束可用于容量覆盖 ， 从而可以替代传统的光纤网络 ， 节省网络部署成本 。


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