毫米波（mmWave）：频段之战

期阶段。制作毫米波系统原型可证明技术或理念的可行性，而单凭模拟无法做到这一点。使用毫米波原型在各种场景进行实时空中通信有助于揭示毫米波信道的秘密，实现技术运用和发展。

制作完整的毫米波通信原型面临诸多挑战。假设有一个能够处理多 GHz 信号的基带子系统，目前多数 LTE 执行通常都使用 10 Mhz （最大 20 MHz ）信道，计算负载与带宽成正比。也就是说，计算能力必须增加 100 倍以上才能满足 5G 的数据速率要求。考虑到毫米波系统的物理层计算，FPGA 对原型制作至关重要。

开发能够验证毫米波应用原型的定制硬件非常困难。毫米波频率如此吸引通信业的原因之一就是大容量的连续带宽。为 5G 应用寻找 1 到 2 Ghz 带宽的现有硬件发射器或接收器十分昂贵，而有的频率根本找不到。即便能找到这样的硬件，其配置和处理原始数据的能力也有限。因此，设计定制 FPGA 处理板卡就成为一个有吸引力的选择。虽然为 FPGA 板设计硬件所需的工程时间并不多，但是还要开发与其通信的软件接口，即便是最有经验的工程师也需要在设计流程花上一年甚至更久，而这只是原型系统的一个组件。

除了 FPGA 板，毫米波原型系统还需要最先进的数模和模数转换器捕捉 1-2 Ghz 的带宽。如今市场上有部分 RFIC 包含能转换基带和毫米波频率的芯片，但选择有限，而且多数只能用于 60 Ghz 频段。 IF 和 RF 阶段可代替 RFIC。一旦工程师有了基带和 IF 解决方案，供应商就能为毫米波无线电头提供更多基带 RFIC 以外的选择，但仍然十分有限。开发毫米波无线电头需要 RF 和微波设计的专业知识，和开发 FPGA 板所需的技能完全不同，也就是说整个团队必须具备开发所有所需硬件的各种技能。必须将 FPGA 作为毫米波基带原型系统的核心组件，而编写能处理多 Ghz 信道的多 FPGA 系统会增加系统的复杂度。为解决服务供应商和通信研究人员面临的系统复杂度和软件问题，国家仪器公司提供了一系列可配置的毫米波原型硬件以及毫米波物理层源代码，其中包含毫米波系统基带的基本层面，还将多 FPGA 的数据传输和处理抽象化，从而简化任务。这些工具都旨在将新原型转变为对 5G 技术的发展至关重要的系统和产品。

7. 总结

虽然 5G 未来的具体实现方式尚未明确，但可以肯定毫米波必将成为其技术之一。为满足数据吞吐量的要求，必须采用 24Ghz 以上的大容量连续带宽，而研究人员已通过原型证明毫米波技术可提供 14Gbps 以上的速率。尚未解决的最大问题就是移动通信要使用哪一个毫米波频率。ITU 也许能帮助确定 5G 移动应用的一个频率。现在的手机仅需开发并使用一套硅芯片而不是多套芯片组就能覆盖全球，手机制造商和消费者都能从降低的成本中受益。但是，重新分配现有频率成本高昂。理想情况是全球都能同意使用一个频带，但最终可能无法实现。为了赶时间，各地服务供应商都选择忽略 ITU 的建议，采用虽然不能扩展到全球，但是最为方便的频谱。他们还利用了在现场测试和实验中准确制作双向通信链路原型的能力，这是 5G 开发的关键部分。研究人员由此得以展示这一新技术，以前所未有的速度推动标准化进程。

尽管仍然充满未知，但可以肯定的是，未来一定会部署毫米波技术，而且会非常快。新一代无线通信即将到来，全世界都在关注其具体的实现方式。