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开展实用的5G网络是频谱选择和利用最重要的因素，没有足够的优质频谱，也没有表明5G技术更好。 毫米波具有频率高、波长短、可靠性高、方向性好等特点，在5G时代更高速、更低功耗、更多连接的前景下，毫米波成为5G的重要组成部分，也成为世界竞争的焦点。
毫米波基站的应用场景
因为毫米波技术具有足够的可用带宽和高天线增益，所以可以支持超高速传输速率、窄波束和灵活地控制波束，并且可以连接大量设备。 毫米波在5G时代的多种无线接入技术基础上的移动通信网络中有两个应用场景。
一个是毫米波小基站，可以提高高速环境下移动通信的使用体验，在传统的多种无线接入技术重叠式网络中，宏基站和小基站在频带上操作，频繁地切换，用户体验差，为了解决这个重要问题，在未来的重叠式网络中， 宏基站在各频带操作，作为移动通信的控制平面，毫米波小基站在各频带操作，作为移动通信的用户数据平面。
二是基于毫米波的移动通信回程(基站返回)，在毫米波信道用作移动通信的回程之后，叠加网络具有很大的灵活性，在将来的5G时代，小/微基站的数量变得非常庞大，布置方法也变得非常复杂。 可以在任何时候、任何地方根据数据流速的增加来布置新的小基站和微基站，并且可以在空闲时间段或写流量的时间段中灵活地实时关闭某些小基站，使得可以获得节能消耗的效果。 到了5G时代，更多的物品和物品连接到网络，异种网络( HetNet )的密度大幅度增加。
毫米波小站/微站的开发状况
为了实现n×10千兆比特/s下行数据率，在毫米波5G小站/微基站的研究和开发中，行业已经对与毫米波相关的主MIMO技术进行了大量研究，如信号传播、波形、多址和用户调度、阵列天线、预编码机制、查询等 关于信道测量、信道估计和反馈、前向/返回等关键领域，毫米波主MIMO、多功能、宽带、高集成度、低功耗5G毫米波专用芯片、器件的研究与开发也取得了迅速进展。
例如，在AD/DA方面，由Xlinx开发的RF-SoCs集成了ADC、DAC和RF-SOC，从而减小了尺寸、降低了功耗，以及将来应用于多功能、高宽带、高集成和低功耗的毫米波5G微波基站的中频发送/接收多功能芯片和射频前端需要高通、 在IBM等企业技术领先的5G毫米波的重要器件即化合物半导体中，高吞吐量、Qorvo、Globalfoundries等企业位于GaAs器件的区域。 随着5G毫米波段的加入，末端GaAs射频设备的使用进一步增加，并且在预计到2020年世界GaAs设备市场将超过100亿美元的相当长的时间段内，5G毫米波末端的前端芯片不能断开Si过程。 Si基板(包括SiGe )前端芯片在成本、系统功耗方面具有一定的优势。
与此同时，载波们也加紧进行毫米波5G的技术试验。 GSA于2019年2月发布的报告显示，全球5G试验网中，83个国家/地区的201家企业积极投资5G技术(包括技术测试、试验、展示、商用)，最多57%使用毫米波段，43%使用Sub-6GHz频段。 根据载波们公布的毫米波5G技术测试结果，网络吞吐量、峰值速率、单用户体验速率、延迟等可以满足ITU对5G系统的重要性能指标的要求。
在进行毫米波5G技术测试过程中，载波、设备厂商、芯片厂商、测试测量厂商等逐渐形成共识:未来的5G网络架构必须是多层的、能够支持全带接入的低频、中频、毫米波带无线协作网络。 毫米波单独组织网有明显劣势，仿真和测试结果表明，由于单个基站在28GHz频带只能复盖150米左右，因此与Sub-6GHz频带合作建立组织网是毫米波5G能够商用的一大前提。 高吞吐量2018年在美国旧金山进行了5G网络模拟，辅助现有LTE基站( 100%的4G霸权)毫米波基站，实现了毫米波5G网络的65%霸权率，实现了5倍的网络容量增益。 该实验不仅证明了合作网络的可行性，还表明合作网络可以达到更高的能力。
这些进展继续加快毫米波5G的商用进程。 这些进展进一步增强了业界对“毫米波5G”的信心，最终确定了包括毫米波无线通信在内的全频谱接入技术是5G核心技术之一。 全频谱接入允许在Sub-6GHz带宽5G系统中支持n×10Gbit/s高速通信，在毫米波段5G系统中支持n×10Gbit/s超高速通信。
我国5G毫米波技术试验工作计划
从目前毫米波段产业的发展状况来看，在设备和芯片方面，国内已经具有高频技术和制造能力，以前的北京怀柔外场测试也显示了国内厂商具有高频技术能力，提供了相应的高频原型，但从规模的商业来看，芯片产业链的培养也是必要的，如低成本、高技术的 在测试仪器和仪器上，现阶段没有能够应对5G毫米商用的测试仪器，所以需要尽快明确频谱计划，促进仪器制造商的开发。 今后，IMT-2020(5G )推进组将继续逐步推进5G毫米波测试: 2019年8月至12月，在验证5G毫米波关键技术和系统特性的2020年，验证毫米波基站和终端的功能、性能和互操作性，开展低频协调网络验证的2020年至2021年
5G毫米波技术试验网络环境采用MTNet实验室+怀柔外场，构成室内外一体网络，在前期的3.5GHz试验环境下，增加毫米波试验环境，支持毫米波的重要技术试验。 怀柔已完成毫米波站地址准备，开发并构建了初步满足毫米波测试需求的5G毫米波OTA射频测试环境，构建了具有5G基站、终端OTA射频测试能力的基站和终端OTA性能测试环境，满足2020年的性能测试需求
5G毫米波技术测试的关键技术测试主要分为三个方面:室内功能测试、外场性能测试和基站射频OTA测试。 在测试进展方面，华为、诺贝尔、中兴对5G毫米关键技术测试功能、完成射频和外场性能的高思维、高通对5G毫米关键技术进行了室内功能测试。
毫米波基站的功能测试中，华为、中兴以800MHz的总带宽，诺贝尔、爱立信以400MHz的总带宽进行了室内关键技术测试，爱立信使用高吞吐量X50芯片和基于毫米波射频模块的CPE进行了测试。 高思想、高通芯片分别与华为、中兴系统合作，开展了毫米波室内关键技术部分测试。 5G毫米波基站以24.75 GHz到27.5 GHz的频率操作。
我国5G毫米波测试的目标和任务主要是通过测试研究验证5G毫米波的关键技术和主要特性，制定26~28GHz频带5G设备功能和性能指标要求，指导5G毫米波基站、核心设备和终端的研制。 后续IMT-2020(5G )推进集团将继续与国内外产业界一道，推进5G毫米波产业的发展、网络研究和行业探索。
毫米波5G小站/微站使用下超密集组织网异构网规划方法
图1 4G/5G协调网络计划
超密度异构网络技术是一种利用更密集的小区来垄断立体网络以满足未来增长的数据业务需求的部署技术，它是改善整个5G网络性能的方法之一。 无线物理层技术，例如编码技术、MAC、调制和多址技术，只能提高大约10倍的频谱效率，即使采用更宽的带宽也只能提高几十倍的传输率，不能满足很大程度的5G需求，使用频谱资源的空间复用增益可以达到或超过一千倍 通过减小小区半径，采用UDN网络配置，增加单位面积的微基站密度，在异构网络中引入超大规模低功率节点，增强热点，消除盲点，改善网络垄断，提高系统容量， 打破传统平坦单层宏网络垄断，产生多层立体异构网络，显着提高频谱效率，改善网络垄断，大幅提高系统容量，增加小区数和信道数，使容量倍增，UDN更加灵活的网络部署
UDN采用虚拟层技术，宏基站小区携带控制信令作为虚拟层、虚拟宏小区携带移动性管理的实体微基站小区携带数据传输作为实体层。 该技术可以通过单载波或多载波来实现。 单载波方式通过不同的信号或信道构建虚拟多层网络的多载波方式通过不同的载波构建虚拟多层网络，将多个物理小区(或者多个物理小区上的资源的一部分)虚拟化为一个逻辑小区。 虚拟单元格的资源配置和设置可以根据用户的移动、业务需求等动态配置和修改。 虚拟层和以用户为中心的虚拟小区可以解决超高密度网络中的移动性问题。 如图2所示，在现有技术的多种无线接入技术叠加网络中，宏基站和小基站都在低带宽上操作，带来频繁的切换问题，用户体验变差。 为了解决这个重要问题，在未来叠加网络中，宏基站用作低带宽的移动通信的控制面，毫米波基站用作高带宽的移动通信的用户数据面。
图2重叠型网络中毫米波小基站的应用类型
超密度异构网络技术也能够提高网络灵活性，在用户的临时需求和季节性需求中迅速引入新小区。 在未来的5G时代，小型/微基站的数量非常多，部署方法也变得非常复杂，可以随时随地根据数据业务量的增加而部署新的小型基站，并且可以在空闲或写入业务量时段灵活地实时关闭某些小型基站
在此技术背景下，未来网络架构形成“宏小区+长期微小区+临时微小区”的网络架构(图3 )。 该结构大大降低了网络性能依赖于网络前期规划，为5G时代实现灵活自适应网络提供保障。
图3未来的网络体系结构
到了5G时代，更多的物体连接到网络上，立体网络的密度大幅增加。 同时，小区密度的增加带来了网络容量和无线资源利用率的显着提高。 模拟结果表明，在宏小区的用户数为200人的情况下，只要将微小区的渗透率提高到20%，理论上就可能带来1000倍的小区容量提高(图4 )。 同时，这种性能的提高会随着用户数量的增加而更加明显。 考虑到5G的主要服务区域是城市等人员密度较大的区域，超密度异构网络技术给5G的发展带来了巨大潜力。
当然，基于UDN的小区间干扰也成为5G所面临的重要技术课题。 当前，在该领域的研究中，除了基于现有的时域、频域、功率区域的干扰协调机制之外，3GPP Rel-11还提出了进一步增强的小区干扰协调技术( eICIC )，包括公共参考信号( CRS )消除技术、网络侧的小区检测和干扰消除技术等。 所有这些eICIC技术都在不同的自由度中通过调度彼此干扰的信号彼此正交来消除干扰。 此外，一些新技术的引进为干扰管理提供了新手段。 例如认知技术、去除干扰和干扰排列技术等。 随着逐渐解决相关技术问题，UDN技术在5G网络中得到更广泛的应用。
图4采用udn技术提高系统容量
5G时代超密集网络的典型应用场景很多，有机场、密集住宅、密集商业区和街区、校园、大型集会、竞技场、地铁等。 但是，随着5G使用频带的上升，5G宏基站的信号比穿过墙壁时4G衰减大，室内信号的复盖困难变得明显。 室外5G宏基站信号透过砖墙、玻璃、水泥等障碍物后，只能提供浅层室内复盖，不能保证室内深度复盖所需的良好体验，因此需要更多的微基站。
毫米波基站的配置需要整体规划
因为毫米波基站的数量多、设置管理复杂，所以需要整体地规划毫米波基站的配置。 同时，毫米波基站自身需要易于安装的部署和一定的故障自诊断、自优化能力。 在毫米波基站的配置数增加后，载波需要在毫米波基站的管理中设置统一的网管。
从5G毫米波基站的安排节奏来看，5G网络的次序不一定要在安排宏基站后安排毫米波基站，但两者的安排间隔不太长，并且不需要像4G那样在深度独占阶段作大规模安排。 这意味着毫米波基站的供应商产品一旦成熟，量化速度就会加快。
5G在垂直行业的部署也可以为毫米波基站提供新的应用场景，例如结合毫米波基站和沉降式核心网络、边缘计算等技术，以实现灵活的部署、更个性化的端到端解决方案。
中间总结
引入可用的5G网络是选择频谱和使用频谱最重要的因素，以确定数据传输的速率、容量和延迟。 4G的数据传输能力不能满足当前的需要。 5G升级通过以毫米波、Sub-6GHz带宽或这两者的混合构建网络，解决了速度和衰减的问题。 我国5G发展战略首先配置6GHz以下的中频，因此5G毫米波段产业化速度中频较快。 中国移动对毫米波的商用设定是2022年。 毫米波适合有限的人口密集地区，但Sub-6GHz复盖广大地区。
