自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能工廠、VR/AR……一大波改變我們工作和生活方式的應(yīng)用，伴隨著首個(gè)完整的3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)終結(jié)，正照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

一切得益于5G網(wǎng)絡(luò)的極低時(shí)延、超高速率和更廣連接三大特性。而工作在高頻之下的5G網(wǎng)絡(luò)在這些應(yīng)用場(chǎng)景下更是游刃有余。

這是因?yàn)椋哳l移動(dòng)通信工作在6GHz以上頻段，可用帶寬大，例如28GHz毫米波頻段的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，能夠數(shù)十倍提升網(wǎng)絡(luò)速率，從而滿足這些對(duì)速率有著極高要求的應(yīng)用。

目前，國(guó)外主流運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)基于高頻段的5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證各種應(yīng)用場(chǎng)景的可能性。反觀國(guó)內(nèi)，由于高頻核心技術(shù)和核心器件多被國(guó)外掌握，高頻通信的發(fā)展速度要落后于中低頻通信。

“我國(guó)高頻通信發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，諸如高頻器件核心技術(shù)更多掌握在國(guó)外公司、高頻器件成本偏高、高頻信道模型特性不完善、高頻設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等問題。” 羅德與施瓦茨公司產(chǎn)品經(jīng)理馬志剛向《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》(網(wǎng))記者表示。

高頻通信是短板

一般來(lái)說，通信業(yè)將3GHz以下頻段稱為低頻，6GHz以上頻段稱為高頻。

由于低頻覆蓋廣、信號(hào)強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，4G之前的移動(dòng)通信時(shí)代，我國(guó)一直采用低頻通信，頻譜資源橫跨800MHz-900MHz和1.8GHz-2.4GHz。不過，這在降低建網(wǎng)難度的同時(shí)也造成了寶貴的低頻資源所剩無(wú)幾，僅留的幾十兆3.5GHz頻譜已無(wú)法滿足5G建網(wǎng)需求。

于是，高頻通信需求日益凸顯。但不容忽視的是，高頻自身也存在著較大的缺陷，

衰減較大，且繞射能力較弱。因此，將5G部署在毫米波頻段下必須克服其穿透力差、衰減大的缺點(diǎn)，對(duì)5G通信設(shè)備提出更加嚴(yán)苛的要求。

“高頻器件不成熟是我國(guó)發(fā)展高頻通信急需解決的問題。”中國(guó)移動(dòng)通信研究院專家撰文指出同樣的挑戰(zhàn)。

射頻器件依賴進(jìn)口

那么，諸多專家直指的高頻器件難題具體有什么呢?

北京郵電大學(xué)教授張平在接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》(網(wǎng))記者專訪時(shí)指出，高頻通信核心器件主要是射頻。在射頻前端，濾波器、功放等芯片要解決小型化和功耗問題;而在射頻后端，數(shù)模轉(zhuǎn)換(AD/DC)是最大的問題。

“目前，小型化和高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片幾乎全部依賴進(jìn)口。”他指出。

據(jù)悉，射頻處理單元主要分為四大模塊，即中頻模塊、收發(fā)機(jī)模塊、功放和濾波模塊。數(shù)字中頻模塊用于光傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，收發(fā)機(jī)模塊完成中頻信號(hào)到射頻信號(hào)的變換，再經(jīng)過功放和濾波模塊，將射頻信號(hào)通過天線口發(fā)射出去。

其中，濾波器約占整體成本50%，是射頻的重要組成部分。但是，在濾波器方面，主要供貨廠商為美國(guó)企業(yè)Avago、Qorvo、Skyworks以及日本企業(yè)TDK、村田、太陽(yáng)誘電，我國(guó)必須完全依靠進(jìn)口。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)單說就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而這些技術(shù)同樣多掌握在美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家手中。張平向記者表示，中國(guó)A/D芯片的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝與國(guó)際巨頭相比仍存較大差距，還無(wú)法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品，基本完全依賴進(jìn)口。

在低頻通信時(shí)代，我國(guó)未完成射頻芯片的突破，到了高頻通信時(shí)代，挑戰(zhàn)難度更上一層樓。

“高頻通信自身?yè)p耗比較大，再加上5G大規(guī)模多天線(Massive MIMO)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)射頻芯片功耗和小型化要求更高，從而對(duì)通信設(shè)備的材料要求更高。”張平表示。

可以看到，高頻通信的射頻是一個(gè)普遍性難題。全球領(lǐng)先的射頻相關(guān)企業(yè)已經(jīng)展開了5G高頻通信所需的射頻芯片研發(fā)。

目前，博通在2016年推出了主要針對(duì)60GHz頻段WiFi標(biāo)準(zhǔn)(802.11.ad)的毫米波收發(fā)機(jī)芯片BCM20138，并積極推出滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求的高頻射頻器件。

非一日之功，無(wú)線射頻是長(zhǎng)跑

“我國(guó)想要在高頻通信的射頻領(lǐng)域取得突破，還有很多工作要做。”張平指出。

實(shí)際上，任何技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都并非一日之功，而是需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累。

“國(guó)外在某些技術(shù)上突出實(shí)際上是幾百年的積累，可以說是幾代人的傳承。比如數(shù)模轉(zhuǎn)換，雖然是個(gè)小器件，但是卻要求對(duì)算法、ADC自動(dòng)分離控制、器件精度掌握純熟。我國(guó)技術(shù)積累時(shí)間短，要想追上國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，真的需要工匠精神，踏踏實(shí)實(shí)地深耕技術(shù)，打破技術(shù)壁壘。”張平表示。

目前，對(duì)集成度要求不高的基站射頻器件上，我國(guó)已經(jīng)有部分廠商有能力提供產(chǎn)品，例如武漢凡谷、大富科技等。同時(shí)，我國(guó)也有一些濾波器研究公司進(jìn)行持續(xù)投入，諸如麥捷科技、長(zhǎng)盈精密等。

在今年的巴塞展上，武漢凡谷展示了針對(duì)5G Massive MIMO的小型化介質(zhì)濾波器產(chǎn)品，還發(fā)布了應(yīng)用于不同場(chǎng)景的全新RF技術(shù)解決方案，實(shí)現(xiàn)更小體積、更低成本、更優(yōu)性能。

目前，5G首版完整的端到端標(biāo)準(zhǔn)(3GPP R15)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)，5G產(chǎn)業(yè)正在走向加速期。雖然諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器此類器件單價(jià)不高，但在未來(lái)5G時(shí)代，隨著基站建設(shè)數(shù)量的增多，其產(chǎn)品需求量將很大。

賽迪智庫(kù)無(wú)線電管理研究所彭健在接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》(網(wǎng))采訪時(shí)，提出兩點(diǎn)建議。

首先，面向5G高頻射頻器件的研發(fā)，我國(guó)要盡早劃分頻譜，這樣有利于產(chǎn)業(yè)鏈各方協(xié)同，從材料選擇、芯片設(shè)計(jì)到封裝盡早協(xié)同，有利于高頻器件開發(fā)。

其次，要加強(qiáng)開放合作，吸取國(guó)外成功的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，例如，美國(guó)在2016年就率先為5G劃分高頻頻譜，提早布局高頻通信，一些先進(jìn)技術(shù)要借鑒。

記者手札

“日積月累”是最快捷徑

高頻通信能大幅度提升網(wǎng)絡(luò)容量、提高網(wǎng)絡(luò)速率，將成為5G博弈后半場(chǎng)的主角。然而頻段越高、波長(zhǎng)越短，毫米波也有穿透性差、衰減大的缺點(diǎn)，這將對(duì)射頻器件(功放、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器)提出更高要求。

我國(guó)在射頻領(lǐng)域的落后是不爭(zhēng)的事實(shí)，雖然在低頻通信時(shí)代全力追趕，但和國(guó)外相比還差距甚遠(yuǎn)，關(guān)鍵的射頻器件幾乎全部依賴進(jìn)口。到了高頻通信時(shí)代，挑戰(zhàn)將更大。

我們必須認(rèn)識(shí)到，技術(shù)的積累并非一日之功，美國(guó)、日本等領(lǐng)先技術(shù)的掌握是幾代人傳承的結(jié)果。我國(guó)要想盡快補(bǔ)齊短板，唯有站在巨人的肩膀上，吸取國(guó)外領(lǐng)先技術(shù)經(jīng)驗(yàn);更重要的是，用工匠精神去研發(fā)，去攻關(guān)，腳踏實(shí)地，仰望高頻通信的星空。