三种毫米波的故事

为了服务客户，全球各地的电信业者已在频谱上投资了数十亿美元。设定频谱拍卖底价更突显了频谱这种宝贵资源的市场价值与供不应求的特性。开启新的频谱让电信业者不仅能服务更多使用者，还能提供更高效能的移动宽带数据传输体验。与6GHz以下的频谱相比，毫米波的频谱不仅非常充裕，而且只要稍经授权就能使用，因此世界各地的业者都能运用毫米波。此外，现代芯片制造技术已经大幅降低了毫米波设备的成本，所以在价格方面，这些设备已可用于消费性电子产品。而采用毫米波所面临的挑战，主要在于这些频谱并未经过完整研究，仍有尚未解决的技术问题。

电信业者已开始研究毫米波技术，以便评估最适合移动应用的频率范围。国际电信联盟(ITU)与3GPP已共同规划进行5G标准的两阶段研究。第一阶段研究将着重于40GHz以下的频率，以因应较急迫的商业需求部份，完成时间订为2018年9月。第二阶段则预计从2018年开始，于2019年12月完成，目标是达成IMT 2020所列的KPI，并着重于高达100GHz的频率。

为了统一全球的毫米波频率标准，ITU在近期的世界无线电通讯大会(WRC)结束后，公布了24GHz到86GHz之间的全球可用频率的建议列表：

24.25–27.5GHz ， 31.8–33.4GHz ， 37–40.5GHz ， 40.5–42.5GHz ， 45.5–50.2GHz ， 50.4–52.6GHz ， 66–76GHz ， 81–86GHz

ITU提出建议不久后，美国联邦通讯委员会(FCC)便于2015年10月21日发布了拟议规范公告(NPRM)，针对28GHz、37GHz、39GHz与64~71GHz频带提出全新且灵活的服务规则。

 

 

图2：FCC针对移动用途拟议的频带

当ITU、3GPP与其他标准组织决定以2020年做为定义5G标准的期限时，手机电信业者正加紧脚步推出5G服务。美国的Verizon与AT&T致力于在2017年推出5G的初始版本。韩国规划在2018年奥运推出5G试行版，日本则预计在2020年的东京奥运展示5G技术。有了这些不同单位订定各自的目标，适用于5G的频率选项也逐渐浮上台面：28GHz、39GHz与73GHz。

这三种频带之所以能脱颖而出，有许多原因。首先，这三种频率不像60GHz必须承受约20dB/km的氧气吸收损耗，其氧气吸收率远低于此数值(如图3所示)，因此较适合长距离通讯。这些频率也能在多路径环境中顺利运作，并且能用于非可视距离(NLoS)通讯。透过高定向天线搭配波束成形与波束追踪功能，毫米波便能提供稳定且高度安全的连结。

纽约大学理工学院(NYU Polytechnic School of Engineering)的Ted Rappaport博士与他的学生已开始着手研究28GHz、38GHz与73GHz的通道特性与潜在效能。他们藉由传播量测与研究，探讨这些频率潜在的服务中断情形，并且已发表多篇相关论文。透过这些频率的现有数据与研究，再结合全球可用的频谱，便能从这三种频率开始执行毫米波的原型制作。

 

 

图3：毫米波频率范围的大气吸收率(以dB/km为单位)*