原標(biāo)題：毫米波通信面對(duì)哪些挑戰(zhàn)?毫米波終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)

毫米波通信面臨的主要挑戰(zhàn)包括：

1. 傳輸距離較短：毫米波的高頻率使其信號(hào)在空氣中傳播時(shí)容易受到阻礙，尤其是建筑物、樹木、甚至雨雪等因素都會(huì)顯著衰減毫米波信號(hào)。因此，毫米波在城市環(huán)境中需要大量的小型基站來確保信號(hào)覆蓋，這也帶來了基站部署和維護(hù)的成本和難度。

2. 穿透能力差：毫米波信號(hào)在穿透障礙物時(shí)的能力遠(yuǎn)低于低頻信號(hào)，墻壁、金屬等物體能有效阻擋毫米波信號(hào)，影響通信質(zhì)量。這要求5G網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮更多的中繼和小基站技術(shù)來彌補(bǔ)這一短板。

3. 大氣吸收和天氣敏感性：毫米波容易受到大氣中的水分、雨雪等天氣因素的影響，尤其在惡劣天氣條件下，毫米波的傳輸性能會(huì)急劇下降。因此，毫米波的應(yīng)用在某些氣候條件下可能受到限制。

4. 高路徑損耗：毫米波的自由空間損耗與載波頻率正相關(guān)，在相同發(fā)送功率配置下，毫米波的理論通信覆蓋距離遠(yuǎn)小于低頻設(shè)備。例如，26 GHz載波比3.5 GHz載波的路損高約17.42 dB，即3.5 GHz載波的理論傳播距離是26 GHz載波的約6.2倍。

5. 高穿透損耗：毫米波在傳播過程中容易受到降雨、樹叢以及其他遮擋物的遮擋與吸收，毫米波基本無法穿透?jìng)鹘y(tǒng)混凝土承重墻。

針對(duì)毫米波終端技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要面臨以下挑戰(zhàn)：

1. 終端側(cè)大規(guī)模天線陣列：

• 技術(shù)需求：由于毫米波的自由空間路損大，覆蓋受到影響，終端側(cè)使用大規(guī)模天線陣列可獲得更多的分集增益，提高毫米波終端的接收和發(fā)射性能，以彌補(bǔ)毫米波覆蓋不足的缺點(diǎn)。

• 實(shí)現(xiàn)難度：終端部署更多的天線意味著終端設(shè)計(jì)難度的上升。與基站側(cè)部署大規(guī)模天線陣列不同，終端側(cè)的大規(guī)模天線陣列受終端尺寸、終端功耗的制約，其實(shí)現(xiàn)難度將大大增加。目前只能在固定終端上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線陣列的布置，移動(dòng)終端的大規(guī)模天線陣列設(shè)計(jì)還面臨天線陣列校準(zhǔn)、天線單元間的相互耦合以及功耗控制等諸多挑戰(zhàn)。

2. 毫米波射頻前端器件：

• 器件要求：射頻前端器件包括功率放大器、開關(guān)、濾波器、雙工器、低噪聲放大器等，其中功率放大器是最為核心的器件，其性能直接決定了終端的通信距離、信號(hào)質(zhì)量及待機(jī)時(shí)間。毫米波頻段大帶寬的特點(diǎn)對(duì)射頻前端器件提出了更高的要求，未來毫米波終端的射頻前端器件可能需要支持1GHz以上的連續(xù)帶寬。

• 材料與技術(shù)：由于毫米波段與低頻段差異較大，低頻射頻前端器件的制造材料在物理特性上將很難滿足毫米波射頻前端器件的要求。例如，在毫米波頻段，氮化鎵及InP的制造工藝在性能指標(biāo)上均要強(qiáng)于砷化鎵（目前主流的功率放大器制造材料）。然而，由于成本、產(chǎn)能等因素，基于氮化鎵工藝的高性能射頻前端器件多用于軍工和基站等特殊場(chǎng)景。毫米波射頻前端技術(shù)的發(fā)展將會(huì)成為毫米波終端實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

3. 測(cè)試方案：

• OTA測(cè)試需求：隨著毫米波終端側(cè)的大規(guī)模天線陣列的使用，終端的無線收發(fā)器都將集成到天線形成天線模塊，未來毫米波終端可能不會(huì)存在射頻測(cè)試端口，而且高頻率下進(jìn)行耦合帶來的高插損等因素使傳統(tǒng)的傳導(dǎo)連接測(cè)試的方案更不可行，因此OTA（Over The Air）測(cè)試將成為毫米波終端測(cè)試的主流方案。

• 測(cè)試挑戰(zhàn)：OTA測(cè)試需要嚴(yán)格的測(cè)試場(chǎng)地（微波暗室），測(cè)試費(fèi)用昂貴。同時(shí)，毫米波OTA測(cè)試還面臨新型吸波材料、遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量條件等挑戰(zhàn)。例如，由于毫米波段波長(zhǎng)很短，天線遠(yuǎn)場(chǎng)的距離較大，暗室難以達(dá)到如此大的尺寸，測(cè)試距離的增加還會(huì)增加被測(cè)終端到測(cè)量天線間的路徑損耗，降低測(cè)試系統(tǒng)的靈敏性和準(zhǔn)確性。為解決這些問題，可以采用緊縮場(chǎng)法或中區(qū)場(chǎng)測(cè)量等方式來縮短測(cè)量距離或代替遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。

總結(jié)來看，毫米波通信和終端技術(shù)的實(shí)現(xiàn)面臨諸多挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，這些問題有望逐步得到解決。例如，通過小基站與超密集網(wǎng)絡(luò)部署、波束成形、大規(guī)模MIMO技術(shù)、毫米波與低頻段的協(xié)同等技術(shù)手段，可以提高毫米波的傳輸性能和覆蓋范圍；通過新型天線技術(shù)、硬件升級(jí)與兼容性改進(jìn)等措施，可以解決毫米波終端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難題。