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5G毫米波技术 WHITE PAPER V7.0 L 2020.11 白皮书 2020- 11 5G 微波毫米波特别工作组 FuTURE 论坛 2020 5G 毫米波技术白皮书 1 目 录 引言 . 3 第一部分：毫米波应用场景报告 . 5 1 室外覆盖 . 5 2 室内覆盖 . 8 3 固定无线宽带接入 . 11 4 冬奥会中 5G 毫米波的应用 . 12 参考文献 . 12 第二部分：毫米波频谱规划 . 13 1 国际毫米波频率进展 . 13 2 国内毫米波频率使用概况和发展 . 18 3 毫米波频段产业发展概况 . 19 4 毫米波频段规划建议 . 20 第三部分： 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺 . 22 1 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺需求分析 . 23 1.1 5G 毫米波通信应用背景及关键技术 . 23 1.2 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺需求 . 23 2 5G 毫米波专用 芯片、器件与工艺技术现状 . 25 2.1 硅基 5G 毫米波芯片、器件与工艺技术现状 . 25 2.2 化合物 5G 毫米波芯片、器件与工艺技术现状 . 28 2.3 5G 毫米波 AiP 技术与三维集成技术状况 . 34 3 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺方案分析 . 35 3.1 5G 毫米波芯片、器件与工艺解决方案分析 . 35 3.2 总结 . 40 4 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺发展建议 . 41 参考文献 . 42 第四部分： 5G 毫米波天线设计 . 43 1 5G 手机毫米波天线设计 . 43 1.1 需求与现况 . 43 1.2 挑战与限制 . 47 1.3 对策与方案 . 52 1.4 演进与总结 . 56 2 5G 基站毫米波天线设计 . 59 2 2.1 需求与背景 . 59 2.2 毫米波基站天线的波束赋形技术 . 59 2.3 毫米波多波束天线 . 61 2.4 毫米波相控阵天线 . 63 参考文献 . 68 第五部分： 5G 毫米波测试原理、方法与专用设备 . 71 1 背景 . 72 1.1 5G 毫米波测试问题与挑战 . 72 1.2 5G 毫米波测试现状与标准进展 . 73 2 5G 毫米波测试系统 . 75 2.1 微波毫米波暗室测试环境 . 76 2.2 5G 毫米波测试仪器 . 80 3 5G 毫米波设备的特点 . 82 3.1 毫米波基站设备的特点 . 82 3.2 毫米波终端设备的特点 . 84 4 毫米波设备方向图校准与测量 . 85 4.1 基于远场的方向图校准与测量 . 86 4.2 基于紧缩场的方向图校准与测量 . 89 4.3 基于近场的方向图校准与测量 . 90 4.4 其它方向图校准与测量方法 . 92 5 5G 毫米波设备射频指标测试与评估 . 94 5.1 毫米波终端射频指标测试 . 94 5.2 毫米波基站射频指标测试 . 101 6 5G 毫米波系统性能测试 . 111 6.1 混响室法 . 111 6.2 辐射两步法 . 112 6.3 多探头法 . 113 6.4 端到端测试 . 115 7 毫米波卫星通信测试简述 . 116 7.1 卫星通信 . 116 7.2 卫星通信系统测试 . 117 8 总结 . 119 参考文献 . 120 缩略语 . 121 致谢 . 123 3 引言 2020 年是颇具挑战的一年，一场突如其来的疫情延缓了世界经济发展的脚 步，却也催生出新的经济发展、行业转型模式。同时，大家都深刻地意识到，以 5G 为代表的无线技术在我们的社会生活、全球经济发展中变得越来越重要。 5G 网络需要支持各种各样的 5G 联网设备和应用，这其中充满了复杂的应用 场景，也需要在各种各样的频谱频段上进行不同类型的部署，包括毫米波高频段 和 6GHz 以下的中频段。本白皮书的重点在于研究毫米波技术，全书包括五部分： 毫米波的应用场景；毫米波的频谱规划； 5G 毫米波专用芯片、器件与工艺； 5G 毫 米波天线设计和 5G 毫米波测试原理、方法与专用设备。 在第一部分，作者针对室内、室外等不同场景，结合毫米波存在大带宽、高 速率的优势，以及由于高频点带来传播损耗比较大的劣势，给出了不同的部署方 法，并以冬奥会为例，介绍如何应用毫米波等多种技术手段，打造超大带宽无线 场馆，更好地向观众、媒体转播者、赛事组织和参与者等提供优质的观赛体验、 完备的服务保障。 在第二部分，作者介绍了当前国际毫米波频率进展，概述了国内毫米波频率 使用概况和发展，总结了毫米波频段产业发展概况，对毫米波的频段规划给出了 颇为实用的意见和建议。 芯片是 5G 产业链中的一个核心环节。也是本白皮书第三部分的重点。这一 章节介绍了 5G 毫米波专用芯片，从硅基 5G 毫米波芯片到化合物 5G 毫米波芯片 再到封装集成天线技术。作者指出，移动通信的未来发展趋势，必将向更高频率 的毫米波、太赫兹发展，硅基半导体由于其超高的集成度、低成本与低功耗的较 高性价比，硅基（ CMOS、 SiGe、 SOI 等）毫米波多通道 SOC 芯片将成为实现毫米 波大规模阵列集成的基础器件。为了满足毫米波通信技术的大规模应用，天线与 芯片的一体化封装集成成为必然。 天线与芯片的一体化封装集成对毫米波天线的设计提出了更高的 要求。如何 设计 5G 手机毫米波天线，基站毫米波天线又需要怎样的技术，这是本白皮书第 四部分的核心。在太赫兹无线通讯时代，片上天线（ Antenna-on-Chip, AoC）可 能成为手持移动终端内太赫兹天线的主流方案，而毫米波基站天线目前主要采用 4 模拟或混合波束赋形技术。 本白皮书的第五部分重点研究 5G 毫米波的测试技术。近几年，经过国内外 相关标准推进组、运营商、设备商与高校的努力，毫米波设备的相关测试方法已 逐渐明晰，相关测试指标也已逐步达成共识。 2020 年 7 月定稿的 3GPP R16 在 R15 的基础上，补充了毫米波基站 、终端的测试方法和相关指标，对于终端多天 线性能的测试也形成了技术报告，为 5G 毫米波设备的测试认证提供了参考依据。 虽然毫米波设备的测试框架已逐渐明朗，但是仍有不少技术指标与测试方法还在 研究讨论中，尚未形成最终的技术规范。相较于 FR1 频段设备的测试，毫米波频 段设备的测试 由于其测试的复杂性，整体上仍然推进较为缓慢。 感谢中国移动通信研究院、 中国联通、中国电信、电子科技大学、中国信科、 清华大学、 北京三星技术研究有限公司、高通无线通信技术 (中国 )有限公司、上 海诺基亚贝尔股份有限公司、东南大学、中兴通讯股份有 限公司、爱立信（中国） 通信有限公司、北京交通大学、北京邮电大学、重庆邮电大学、中国电子科技集 团公司第五十五研究所、三安集成电路有限公司、紫光展锐科技有限公司、深圳 市睿德通讯科技有限公司、是德科技、罗德与施瓦茨、上海创远仪器技术股份有 限公司、中电科仪器仪表有限公司、上海众执芯信息科技有限公司，它们为本白 皮书的顺利 刊印做出了重要贡献。欢迎学者、专家、从业者对本白皮书提出意见 和建议。 5 第 一 部分：毫米波应用场景报告 毫米波存在着大带宽、高速率的优势，但也由于高频点的原因带来了传播损 耗比较大的劣势，在充分分析毫米波系统特点的基础上，现给出以下可能的应用 场景： 在品牌价值区域，通过部署毫米波可以提供超高质量服务，提升国家形象及 品牌价值。在高流量区域，通过部署毫米波进行精准覆盖分流，可以有效解决热 点流量问题。 在专网区域， 5G 毫米波可以与 MEC、 AI 技术结合，在大带宽网络基础上叠 加丰富多样的增值服务，提供如“大容量高速率 +本地化”的解决方案，为覆盖 区域提供定制化的园区专网服务。 在场景无法布放光纤或布放纤代价过高区域，可以采 用 FWA 组网方式利用 CPE 为用户提供服务。目前 FWA 的产业链较成熟，实现难度较很低，适合光纤 不易接入或成本过高的地区，采用 CPE 终端挂墙或靠窗安装。 在具体组网方式方面，总体上采用高低频混合组网的方式，将毫米波与 Sub- 6GHz 相结合，凸显毫米波带宽优势。 5G 毫米波系统可以根据需求与 5G 低频系 统共站址部署或拉远部署，提供精准覆盖。需要具备较强的系统间、频段间的互 操作功能和移动性管理功能。根据具体部署场景，需要毫米波宏站、毫米波微站、 毫米波微 RRU、毫米波分布式微站等多种形态的设备。其次在专网区域可以采 用毫米 波 SA 及 FWA 组网，凸显毫米波超低时延和超大带宽的优势，同时进行 灵活帧结构部署，服务不同类型专网业务。 1 室外覆盖 室外 覆盖 一直 是通信运营商 初期 部署网络便会重点考虑的场景。 对于部署 在 毫米波频段的 5G 网络， 室外覆盖场景 充满挑战，是 需要 重点关注的场景 。 6 表 1-1 毫米波与中频段典型损耗比较 树叶损耗 dB 自由空间损耗 dB 穿透损耗 dB 中频段 X X X 26/28GHz X+6 X+22 X+7 39GHz X+7 X+25 X+9 室外 覆盖 场景 的主要挑战在于： 由于反射和绕射的影响， NLOS 传播相对于 LOS 传播，在相同的收发机 距离条件下，可能存在 1020dB 左右的额外损耗； 在实际商用场景，存在 树木的遮挡情况，对于城区的室外覆盖，虽然没 有损耗较大的树林场景，但绿化植被带来的传播损耗也不容忽视； 对于部分毫米波频段，虽然大气吸收影响可以忽略，但对于多雨区，雨 衰也需要重点考虑。 典型 的室外场景主要有 UMi 和 UMa 两种。 （ 1） UMi 场景 UMi 典型 场景的 示意图如 图 1-1 所示， 包括密集城区的 街道、高山滑雪赛道 和 较开阔 的广场，滑雪赛道等。 (1) 旅游景点 (2) 广场 7 (3) 滑雪赛道 图 1-1 UMi 场景示意图 在该场景下，基站天线位置低于周围建筑物，其典型配置为：发射天线高度 10 米，接收天线高度 1.52.5 米，站间距 200 米。目前来说，毫米波在这两个场 景使用的可能性较大，特别是在广场以及室外体育馆等较开阔场所具有较大的应 用前景。 对于高山滑雪赛道业务类型：大型比赛场馆众多，比赛场地频繁更换，运动 员和观众等的人员位置也随时移动更换。摄像机借助高带宽和高速率的网络进行 转播和摄像，网络需要随时可接入。 4K 直播常用码率 42Mbps，上行需 50Mbps 速率保障， 8K 直播上行需 100Mbps 速率保障， 5G 回传图片以新款设备能力为 例， 25Mb/张 *20 张 /秒，需要约 500Mbps 的传输能力。 （ 2） UMa 场景 UMa 场景是较为典型的宏基站部署 场景，但由于其站间距一般较大，如果 运营商在室外毫米波应用场景下仍希望提供连续覆盖，需要进一步评估站间距。 图 1-2 是 UMa 场景的示意图。 8 图 1-2 UMa 场景示意图 在该场景下，基站天线一般安装在建筑物屋顶，其位置略高于周围平均建筑 物高度；其典型配置为：发射天线高度 25 米，接收天线高度 1.52.5 米，站间距 500 米。按照目前毫米波基站和终端的能力，室外的毫米波连续覆盖可能性较小。 2 室内覆盖 据统计表明，目前 4G 移动网络中超过 80%的业务发生于室内场景中。随着 5G 时代的到来，各种新型业务层出不穷，业界预测将来超过 85%的移动业务将 发生于室内场景中 1。因此，室内移动网络能力将是 5G 时代的核心竞争力之一， 相应的，关于室内场景的研究也具有重要的意义。 通常，室内通信环境较室外而言更为简单，并且室内无线通信距离一般较短。 得益于此，毫米波通信非常适合部署于室内场景，用以提供高密度链接来满足室 内高吞吐量需求。室内场景主要包括：办公室、会议室、商场、火车站和机场等。 根据部署环境的特点，室内场景可以进一步划分为如下两类： （ 1） 办公室 /会议室 该类室内场景的典型特点在于房间呈格状分布，房屋面积适中，用户密度适 中，流量需求大，用户移动性低。 典型的办公室场景如图 图 1-3-(1)所示，该场景 可能包括开放的隔间区域 、 办公室 、 开放区域，走廊等，其中分隔各区域的墙体 由多种材料组成，比如：石膏板，灌浇混凝土 、 玻璃等。典型的会议室场景如 图 1-3-(2)所示，该场景主要包括会议桌、椅等。该场景下的典型网络需求包括：多 9 方电话 /视频会议，数据下载和云存储等。 (1) 办公室 (2) 会议室 图 1-3 典型室内办公室与会议室场景 （ 2） 商场 /火车站 /飞 机场 该类室内场景的典型特点在于室内面积很大且相对空旷，阻挡物少，用户密 度高，流量需求大，用户移动缓慢 2。典型的商场场景如 图 1-4 所示，该场景主 要包括一个开放式的中庭以及环绕中庭的诸多商铺。典型的飞机场和火车站室内 场景如 图 1-5 所示，以飞机场室内场景为例，按功能可划分为 值机区域，安检区 域，候机区域等。飞机场室内场景中的用户密度与日期、时间以及机场所处城市 都有关系，但通常该类场景需要解决的主要问题包括：提供高密度、高速率的网 络连接以满足室内高吞吐量需求，解决室内天线或微蜂窝间信号干扰以及提供无 线回传的支持等。 图 1-4 典型室内商场场景 10 (1) 火车站候车厅 (2) 飞机场值机区域 图 1-5 火车站和飞机场部分室内场景示意图 （ 3） 大型场馆 环境特点：大型场馆、会展中心、机场等地标建筑，品牌窗口，一般露天或 封闭，场景较空旷。 人流分布特点：高人流密度，高容量，移动性低。大型场馆内人群额外具有 聚集性特点。 业务特点：主要为上下行高容量、高速率业务，以视频类业务为主。业务流 量具有一定规律，在特定时段和特定区域会出现爆发性流量增长。 平台要求：可以结合专网、 AI 以及 MEC 平台，部分应用需要网络支持定位、 网络信息等能力开放，可以将部分终端处理能力嵌入到平台中，从而降低终端运 算复杂度。 具体业务类型和需求分析如下： 头戴式 AR/VR：电影院或者赛事场馆配备便捷小巧的可穿戴头戴式 AR/VR 设备提升用户的沉浸式体验，单个 VR 设备要求至少 50Mbps（ 4K 分辨率传输要 求）以上的上行速率，从而可以实现快速推流、回传、处理、分发等过程，通过 部署毫米波网络可以满足要求。 场馆 AI 视频监控和人脸识别：场馆内要求具备智慧安防业务能力，可以配 备 AI 视频监控、门禁系统、巡检无人机和移动机器人、移动人脸识别等多种安 防机制，其中单个摄像头以及无人机的上行速率达 50Mbps（ 4K 分辨率传输要求） 以上，实时移动监测则需要支持 120Km/h 的飞行速度，通过部署毫米波网络可 以满足要求。 自拍和直播：目前市场上的直播产品可以支持多人同时视频连线， 100 人语 音连线，要求端到端 时延小于 400ms（包含两地传输、服务器之间的传输、捕捉、 11 播放、编码、解码的延时），通过部署毫米波网络可以满足低时延和大带宽需求。 360 度全景摄像头： 360高清摄影头 (也适于无人机 )可以将场馆及周边俯瞰 画面通过 5G毫米波通信网络，实时回传到现场大屏幕。在 360全景拍摄过程中， 每 8 分钟就要消耗 1G 的流量，通过部署 5G 毫米波大带宽网络通信可以保证高 清画质传输需求。 图 1-6 大型场馆部署 3 固定无线宽带接入 毫米波频点较高、波长较短，可以在相同面积实现更多天线阵列布放、波束 能量更加集中。并且毫米波系统可以提供高达 800MHz 带宽、 10Gbps 的系统峰 值速率，使毫米波可以作为无线回传链路，解决一些场景无法布放光纤或布 放 光 纤代价过高的问题，例如毫米波可作为 LTE/5G 低频基站的回传，或者通过毫米 波 CPE 作为家庭或企业宽带服务 ， 如图 1-7 所示 。 图 1-7 大型场馆部署 如 图 1-8 所示 ： FWA 组网方式利用 CPE 为用户提供服务，产业链较成熟， 郊区独栋 郊区独栋无线家宽 多层公寓 多层公寓无线家宽 商业区 商铺和小企业 12 用户体验和实现难度都很低，适合光纤不易接入或成本过高的地区，采用 CPE 终 端挂墙或靠窗安装。 图 1-8 毫米波 FWA 组网示意图 4 冬奥会中 5G 毫米波的应用 为了满足 2022 年冬奥会的通信需求，针对冬奥中的观赛、参赛、办赛三大 应用场景，创新智慧观赛、智慧场馆等多项业务应用，运营商将全方位支撑科技 冬奥各项工作。同时，综合应用毫米波等多种技术手段，打造超大带宽无线场馆， 更好地向观众、媒体转播者、赛事组织和参与者等提供优质的观赛体验、完备的 服务保障，将可提供 全景 VR、新型信息交互、智能安防、新闻媒体服务 等， 满 足冬奥组委关于网络新技术方面的要求。 参考文献 1 中国联通 5G 毫米波技术白皮书 V2.0, 2020.10. 13 第二部分：毫米波频谱规划 在 2019 年世界无线电通信大会（ WRC-19）上，各国就 5G 毫米波频谱使用 达成共识：全球范围内将 24.25-27.5GHz、 37-43.5 GHz、 66-71 GHz 共 14.75 GHz 带宽的频谱资源，标识用于 5G 及国际移动通信系统（ IMT）未来发展。大量连 续带宽的毫米波频谱资源将为 5G 技术在相应场景下的大规模应用提供有效支撑， 满足对于业务速率和系统容量的极高要求，为 5G 相关产业链的发展成熟奠定基 础，从而加速全球 5G 系统部署和商用步伐。考虑到我国未来 IMT 频谱发展空 间，需要对我国主推的频段 26GHz 和 40GHz 频段继续开展国内产业分析研究 工 作。 1 国际毫米波频率进展 截止目前， 全球 17 个国家 /地区中已有 97 家运营商持有在毫米波频段部署 5G 网络的牌照许可， 22 家运营商在毫米波频段积极开展 5G 网络部署。 13 个国 家 /地区正式公布了从现在到 2021 年底 24GHz 以上频段的频谱分配和使用计划。 其中 24.25-29.5GHz 是目前实现商用部署最多的毫米波频段，来自 42 个国家 /地 区的 123 家运营商在这一频段持续进行 5G 投入，其中 79 个运营商已在这一频 段获得 5G 牌照， 21 个运营商正在使用这一频段积极部署 5G 网络。 美国 2018 年 6 月，联邦通信委员会（ FCC）宣布，它考虑在 26 GHz 和 42 GHz 频 段中增加 2.75 GHz 的 5G 频段。 2018 年 12 月，联邦通信委员会宣布了一项涵盖 37GHz（ 37.6 38.6GHz）、 39GHz（ 38.6 40GHz）和 47GHz（ 47.2 48.2GHz） 频谱的激励拍卖，以便为 5G 腾出更多频谱。在激励拍卖下，这些频段的现有权 利持有人可以选择放弃其权利，以换取拍卖收入的一部分。在符合新的频段计划 和服务规则的拍卖后， Enue 或其他人可获得修改过的执照。计划在 2019 年底前 拍卖 37 GHz、 39 GHz 和 47 GHz 频段。 2019 年 3 月公布了重新配置 39 GHz 频 段、使现有许可证持有人能够放弃或修改其许可证的程序。 2019 年 4 月，美国 国防部发布了招标程序技术指南，同时宣布了在 37 GHz 共享频谱的基础上运行 14 的流程。重新配置现有权利的时间线于 2019 年 6 月公布。 2019 年 12 月， FCC 启动了 37 GHz (37.6 38.6 GHz)、 39 GHz (38.6 40 GHz) 和 47 GHz (47.2 48.2 GHz)频段拍卖（ 103 号拍卖）释放了总计 3.4GHz 频 谱用于 5G。根据激励性拍卖政策，这些频段内的有效牌照持有人 可以选择放弃 其权利以换取拍卖收入的一部分，或者在拍卖后根据新的频谱计划和服务规则对 持有的许可证进行修改。本次拍卖的净竞价总额为 75.6 亿美元， 28 名竞拍者共 竞得 14144 个牌照中的 14142 个，占可用许可证的 99.9%以上。现有持牌人的奖 励金总额为 30.85 亿美元，拍卖所得净额约为 44.75 亿 美元。 加拿大 加拿大 ISED 宣布了关于使用毫米波频谱进行 5G 的决定，对于 37.6 GHz 至 40 GHz 频段的频谱，应采用灵活的许可模式。关于使用 37.0 GHz 至 37.6 GHz 的 决定已推迟到以后进行。 ISED 还指定 64 GHz 至 71 GHz 频段作为免许可证（一 旦颁发免许可证设备的技术标准）。此外，加拿大正在考虑计划发布 1500 MHz， 1600 MHz， 26 GHz， 32 GHz 和 80 GHz 频段供移动使用，但需要进行持续分析。 挪威 挪威在 2020 年 5 月分配了 38GHz 频段，包括： 37.058-37.17/38.318-38.43 GHz； 37.394-37.506/38.654-38.766 GHz 和 37.730-37.842/38.99-39.102 GHz。 比利时 比利时电信管理局 BIPT 2018 年宣布，计划在 2022 年至 2027 年之间，拍卖 31.833.4 GHz 和 40.543.5 GHz 频段 5G 频谱。 墨西哥 2019 年 4 月，墨西哥 联邦电信局 IFT 公布了其对 5G 频段使用情况的研究结 果，确定了墨西哥 5G 可能使用的频段范围，包括 26GHz、 38GHz、 42GHz、 48GHz 和 51GHz。 印度 2018 年，印度创建了 5G 高层论坛，以制定 5G 战略。论坛于 2018 年 8 月发 布了关于 5G 频段的建议，其中包括以下毫米波频段： 24.25-27.5 GHz、 27.5-29.5 GHz、 29.5-31.3 GHz、 31.8-33.4 GHz 和 37-43.5 GHz。 越南 越南信息通信部 MIC 表示， 24.25-27.5 GHz 和 37-43.5 GHz 的全部或部分频 段是越南 5G 候选频段，等待国际发展。 爱沙尼亚 15 2019 年 3 月爱沙尼亚通信部发布了一份 5G 频谱路线图，计划就 24.25-27.5 GHz 范围内的频谱使用进行公众咨询，并指出 5G 可能使用 40.5-43.5 GHz 和 66- 71 GHz。 4.1.1.9.尼日利亚 尼日利亚通信委员会表示，希望为 5G 服务保留 26GHz、 38GHz 和 42GHz 的 频谱。 阿联酋 阿联酋电信管理局 TRA 正在考虑在 24.25-27.5GHz 的频率上部署 5G。此外， 2020 年以后， 5G 还将考虑 40 GHz 频段。 意大利 在 2018 年 9 月 /10 月初，意大利对 5G 频段进行了拍卖，拍卖的频段包括： 700MHz 频段（共 50MHz）， 3600-3800MHz，和 26.5GHz-27.5GHz，共拍卖频谱 1250MHz。 图 2-1 意大利 5G 频谱规划现状 日本 2016 年 7 月 15 日，日本总务省（ MIC）发布了面向 2020 年无线电政策，提 出面向 2020 年的 5G 商用频谱计划，其中毫米波频段将主要聚焦在 28G（ 27.5- 29.5GHz）频段。日本 MIC 在 2019 年 1 月向 MNO 分配了 28GHz 频谱，每家运 营商获得 400MHz 用于国家部署。 图 2-2 日本 5G 毫米波频谱分配现状 韩国 韩国未来创造科学部（ MSIP）于 2017 年 1 月 21 日宣布了 K-ICT 频谱规划， 以期推动 28G（ 26.5-29.5GHz）用于 5G 商用部署。韩国在 2018 年平昌奥运会期 间，使用 28GHz 频段在首尔、平昌及其他城市建设了百余个 5G 站点，提供 5G 16 试验业务，同时韩国政府计划于 2019 年 3 月年实现 5G 网络正式商用。韩国政 府在 2018 年 6 月完成 5G 频谱拍卖，其中高频方面，拍卖 26.5-28.9GHz 共 2.4G， 韩国三家运营商各得 800MHz，拍卖的结果如下图所示。 图 2-3 韩国 5G 频谱规划现状 自从 2019 年 4 月韩国 5G 业务启动以来， 5G 用户数量在 1 个月内达到百万 级。截止 2020 年 5 月， 5G 用户数量增长至近 590 万。韩国科学技术通信部 MSIT 预测 2020 年将实现全网 30%的移动通信用户接入 5G 网络，这一数字预计在 2026 年达到 90%。 德国 德国电信监管机构（ BNetzA）计划分阶段将 24.25-27.5GHz 中部分频段规划 公网 5G 业务，用于公众移动通信 的容量补充（作为热点），以小蜂窝形式（最大 半径 200 米）为一定区域内的移动通信用户提供服务，以及农村地区“最后一英 里”宽带接入，覆盖半径可以达到 700 米。 澳大利亚 澳大利亚通信和媒体管理局 ACMA 于 2019 年 4 月公布了 24.25-27.5 GHz （ 26 GHz）频段规划决策和初步意见，目前已进入该频谱的重新规划阶段，并建 议将其用于引入无线宽带服务。广域许可将限于 25.1 GHz 以上的频谱，以确保 与某些卫星和空间应用共存。 27-27.5 GHz 的频谱可能受到限制，以确保使用此 频率范围与 NBN 卫星上行链路共存 。 澳大利亚在 2019 年第 2 季度（ 2018/19 财年第 4 季度）的部长建议磋商后于 2020 年第 3/4 季度（ 2021 财年第 1/2 季度）举行 26GHz 拍卖，他们在 2019 年第 3 季度（ 2019/20 财年第 1 季度）做出 28GHz 的规划决策，并在 2021 年第 1/2 季 度（ 2020/21 财年第 3/4 季度）开始规划实施。 巴西 巴西国家电信局 ANATEL 对外公布了 2020 年 5G 频谱拍卖计划，其中包括 8 0 M Hz 1 0 0 M Hz 1 0 0 M Hz 3.42 - 3.5G Hz 3. 5 - 3. 6G Hz 3. 6 - 3. 5G Hz L GU + KT S K T L GU + KT S K T 27.3 - 28.1G Hz 26.5 - 27.3G Hz 28.1 - 28.9G Hz 3.5G Hz 频段 毫米波 频段 8 0 0 MHz 8 0 0 MHz 8 0 0 MHz 17 24.3-27.5GHz 频段。 2020 年 3 月已发起 26 GHz 拍卖征求意见。 新加坡 新加坡资讯通信媒体发展局 IMDA 在 2019 年 5 月启动了 5G 适当监管框架 和政策的公众协商，以促进到 2020 年 5G 网络的推出，并为新加坡确定创新的 5G 应用和服务。 IMDA 计划在第一批频谱分配中为 5G 分配 3.5 GHz、 26 GHz 和 28 GHz 频段。 IMDA 还在考虑未来 5G 部署以下频段 :700MHz、 1427-1518 MHz、 2.1 GHz、 2.5 GHz 和 4.5 GHz。 泰国 2020 年 2 月 17 日，泰国国家广播电信委员会 NBTC 公布了 16 日的招标最 终结果。其中， 5G 26GHz（ 24.3-27GHz）频段的 27 个许可证分别由 AIS（ 12 个）、 TRUE（ 8 个）、 DTAC（ 2 个）以及 TOT（ 4 个）拿下，共计投标 116.27 亿铢， 所有频段包括 48 个许可证在内，共计向政府支付 1005.21 亿铢（不含税）。 图 2-4 泰国 5G 频谱规划现状 马来西亚 2020 年 1 月马来西亚电信主管部门 MCMC 公布了用于移动宽带业务的频谱 资源，确定 700MHz、 3.4-3.6GHz 以及 24.9-28.1GHz 作为 5G 首发频段。 MCMC 计划在 2020 年第三季度完成频谱分配并启动 5G 网络部署。其中 24.9-26.5GHz 将用于部署全国 5G 移动通信网络。 中国香港 2019 年 3 月，香港通讯事务管理局 OFCA 宣布 26.55-27.75 GHz 范围内的 1.2GHz 频谱已分配给三个网络运营商 中国移动香港有限公司，香港电讯和 数码通移动通信公司，以提供公共移动服务（包括 5G），每家获得 400MHz 频谱 资源。 18 图 2-5 香港 5G 毫米波频谱分配现状 中国台湾 2020 年 2 月，台湾完成 5G 频谱的拍卖，毫米波频段同步完成分配，中华电 信获得 600MHz 的毫米波频段，远传与亚太电信（ APT）获得 400MHz，台湾大 哥大获得 200MHz。 图 2-6 台湾毫米波频谱规划现状 2 国内毫米波频率使用概况和发展 我国 24.25-27.5GHz 频段上目前主要存在以下三种业务：一是 25.25-27.5GHz 频段 ISS 卫星间业务；二是 25.5-27GHz 频段 EESSSRS 卫星地球探测的空对地 / 空间研究业务（空对地）；三是 27-27.5GHz 频段 FSS 卫星固定（地对空）业务。 邻频 23.6-24GHz 频段上，存在卫星地球探测业务（无源） EESS（ passive）以及 射电天文 RAS 业务。 在 40.5-43.5GHz 频段上主要包括 FSS 卫星固定业务、 BSS 广播卫星业务、 RAS 射电天文业务和 FS 固定业务 我国工业和信息化部于 2017 年 6 月 8 日发布了关于在毫米波频段规划第五 代国际移动通信系统（ 5G）使用频率的公开征集意见函，公开征集 24.75-27.5GHz、 37-42.5GHz 或其他毫米波频段 5G 系统频率规划的意见。此外，在将 3400- 3600MHz 频段用于 5G 技术试验的基础上，于 2017 年 7 月批复新增 4800- 5000MHz、 24.75-27.5GHz 以及 37-42.5GHz 频段用于 5G 技术试验。 19 3 毫米波频段产业发展概况 目前， 3GPP 已定义 NR FR2 工作频段编号及范围如 表 2-1。 表 2-1 3GPP NR FR2 工作频段 NR 频段号 UL 和 DL 工作 频段 双工方式 n257 26500 MHz 29500 MHz TDD n258 24250 MHz 27500 MHz TDD n261 27500 MHz 28350 MHz TDD n259 39500 MHz 43500 MHz TDD n260 37000 MHz 40000 MHz TDD WRC-19 大会通过了第 750 号决议对工作在 24.25-27.5GHz 频段的 IMT 基站 和终端在 23.6-24GHz 频段无用发射限值做了相关规定 ， 以实现对工作在这一频 段的 EESS（无源）业务的保护。考虑到新标识的 IMT 频段与 NR n257 和 n258 相关，且区域组织及有关国家也有计划采纳 WRC-19 规定的技术指标，因此针对 WRC-19 IMT 保护 EESS（无源）指标的决议 3GPP 启动了 NR 基站和终端设备 射频指标的讨论和标准修订工作。截止 3GPP RAN4 2020 年 5 月召开的 #95 次会 议，就依据 WRC-19 决议对 n257 和 n258 频段设备射频规范进行修订的总体意 见已达成基本共识，目前正在讨论规范条目的具体修订细节，并完成了部分射频 指标的修订。 3GPP RAN4 依据 WRC-19 决议对 n257 和 n258 频段设备射频规范 进行修订的总体意见已达成基本共识，目前正在讨论规范条目的具体修订细节， 并完成了部分射频指标的修订。例如，通过了对 3GPP 规范 TS 38.104 R15 和 R16 的修订意见，增加工作在 24.25-27.5GHz 频段的 NR 基站为 23.6 24 GHz 上保 护 EESS（无源）业务的带外无用发射和杂散指标要求， 具体指标见 图 2-2。 20 表 2-2 基站保护 EESS（无源）业务的指标要求 频段范围 指标要求 测量 带宽 23.6 24 GHz -3 dBm (注释 1) 200 MHz 23.6 24 GHz -9 dBm (注释 2) 200 MHz 注释 1: 该限值于 2021年 1月 1日起生效，适用期至 2027年 9月 1日。 注释 2： 该限值在 2027年 9月 1日之后适用。 IMT-2020 推进组牵头开展了 26GHz 毫米波技术试验，华为、中兴、诺基亚、 三星、大唐和爱立信等设备厂家参加提供系统测设备，海思、高通、 MTK 和展 锐等芯片公司参与芯片测试，华为、高通等厂家提供终端设备。通过毫米波技术 试验，对射频指标进行验证，测试了系统吞吐量和时延等 5G 关键性能指标，进 行了大量协议和功能测试，验证了毫米波产业链从设备、终端和芯片的成熟度， 为了频率规划、标准落地和产业推进提供了坚实基础。 从测试中，观察到毫米波 频段与中频段在室外传播损耗上差异比较明显。 4 毫米波频段规划建议 频段方案建议 基于国内外研究现状，建议 24.75-27.5GHz 频段采用 TDD 双工方式，全频段 规划用于 5G 系统 ;建议将 40.5-43.5GHz 频段规划用于时分双工（ TDD）工作方 式的 IMT-2020 系统。 共存法规建议 为了保障 5G 毫米波产业生态系统的发展环境，提升国内毫米波产业链的国 际竞争力，实现国内毫米波产业的全球引领，建议国内 26GHz IMT 毫米波部署 条件限制与 WRC-19 决议保持一致，不再对 IMT 基站和终端增加额外限制条件， 以推动保障毫米波设备快速研发，保障后续 5G 与应用部署需求。具体包括： 对工作在 24.25-27.5GHz 频段的 IMT 基站和终 端在 23.6-24GHz 频段的无用 发射限值规定为： EESS（无源）频段 有源业务频段 EESS（无源）频段内特定带宽中有源业务台站无用发射功率的限值 21 23.6-24.0GHz 24.25-27.5GHz 对于 IMT 基站，在 EESS（无源）频段 任何 200MHz，是 -33dBWa5 对于 IMT 移动台站，在 EESS（无源） 频段任何 200MHz，是 -29 dBWb5 结合国内国际的关于毫米波频率规划分配拍卖等进展调研以及毫米波共存 研究进展，针对我国 5G 毫米波频率规划和法规给出如下建议： 推动全球频率划分一致，发挥规模经济效益。 尽早规划 24.75-27.5GHz以及 40.5-43.5GHz频段，给产业明确指导方向， 支持毫米波预商用试验及毫米波大规模商业部署。 制定干扰共存相关法规时，应制定合理的保护原有业务的射频指标，建 议与 WRC-19 决议保持一致，并研究干扰协调方式。 考虑规划更多 43.5GHz 以上频率满足热点需求。 22 第三部分： 5G 毫米波专用芯片、器件与工 艺 5G 推动 了 移动通信、电子 信息 等多个行业完成产业升级，对全球经济产生 深远的影响。为在全球 5G 发展中占得先机，以中国、美国、欧洲、日本、韩国 为首的多个国家和地区已发布明确的 5G 频谱规划，其中高频段 （ Ka 波段以上） 在 5G 频谱规划中渐成重点 1。受频谱资源限制，低频段通信已不能满足 未来更 高容量、 更 高速率、 更 低时延的网络需求，因此 5G 移动通信的基本架构采用 了 Sub-6 GHz 的低频段和毫米波频段相结合的通信方式 2。 5G 毫米波技术是 5G 无 线 网络 的一项核心关键技术 。 5G 毫米波技术与传统低频段通信在系统物理实现上的差异，一方面在于自 中频、上下变频到前端与天线这一部分，毫米波信号在该部分链路中进行传输、 处 理与放大，需要工作频率为毫米波的专用芯片予以支撑，其器件、工艺、电路 设计、封测等方面都与 3G、 4G 时代的低频信号具有 很 大差异；另一方面在于基 带、 ADC/DAC 等数字域、模拟域方面，该部分继续沿用现有主流的、以超高集