突破!我国成功研发5G毫米波芯片,打破欧美垄断,成本下降98%

2020-06-19 15:05:21
杜峰
5G
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自动驾驶,5G和毫米波通讯将成下一代自动驾驶汽车标配,5G毫米波将让无人驾驶车彼此之间,以及与云端和实体环境通讯,从而建立高效率的公共交通网络。

5G领域再传捷报。据《科技日报》报道,南京网络通讯与安全紫金山实验室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,并完成了芯片封装和测试,每通道成本由1000元降至20元。

长期以来,“缺芯少魂”一直是我国互联网领域发展“命门”,毫米波芯片作为高容量5G移动通讯核心,更是被国外垄断,中国科学家自主研发成功低成本毫米波芯片,不仅极大增强了话语权,在一定程度上也会加快5G毫米波商用。

国产5G毫米波芯片研发实现历史突破

芯片作为最尖端的制造业产品,具有非常重要的作用,目前国产5G毫米波芯片研发成功。6月15日,中国工程院院士刘韵洁表示,我国已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,目前已经完成了芯片封装和测试,每通道成本实现了断崖式下降,由1000元降至20元,成本大降98%。

同时刘院士透露,南京网络通讯与安全紫金山实验室还封装集成1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。芯片与天线阵列力争2022年规模商用于5G系统。

据不完全统计,市面上已有多款与毫米波技术相关的5G芯片。2017年11月,英特尔发布了XMM 8060 5G多模基带芯片,该芯片XMM 8060既支持28GHz毫米波,又整合华为、诺基亚关注的6GHz以下频段。

终端芯片方面,今年2月高通推出全球首颗5nm基带骁龙X60,搭配全新QTM535毫米波天线模组,支持包括毫米波和6GHz以下的FDD和TDD频段。其中QTM525 5G毫米波天线模组,可支持厚度不到8毫米的纤薄5G智能手机设计。

目前全球已有20家OEM厂商开展相关产品研发,各基站厂商均已推出了毫米波基站产品。全球18家运营商也正在利用X50 5G调制解调器进行移动试验。

在我国,和而泰的子公司铖昌科技是国内微波毫米波T/R芯片领域,铖昌科技微波毫米波射频芯片目前广泛应用于国土资源普查、卫星导航和通信等高端领域,5G民用毫米波芯片正在研发中。

此外,亚光科技《5G毫米波通信多功能芯片研究》项目也被列为四川省重大科技专项,公司用于通信的毫米波功率放大器已研制成功。

虽然全球范围内各大芯片厂商已经发布5G毫米波相关产品,但进度总体上落后于设备,主要集中在研发、测试阶段,而且主要还是欧美厂商占据主导地位。这次我国研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,实现了毫米波5G技术的突破,对我国5G建设意义重大,未来在5G标准制定也越发有话语权。

毫米波在5G中有望广泛运用

所谓毫米波通常指波长在10毫米到1毫米之间的无线电波,通常对应的是30GHz至300GHz之间的无线电频谱。5G频段目前分成两个部分,FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz——6GHz,又叫Sub 6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz——52.6GHz,也就是我们这里所说的毫米波。

为了实现“数千兆比特速率、大容量、广覆盖和低时延”的5G愿景,运营商普遍采取“6GHz以下+毫米波”5G部署策略,充分利用低、中、高频段部署5G。目前无线通信广泛使用的是6GHz以下的中、低频段,尤其是2.9GHz以下频段。

不过,随着中低频段(6GHz以下)无线电业务越来越繁多,可用的频谱资源日益匮乏,毫米波成为可开发掘的重要宝藏。与6GHz以下频段相比,毫米波也有着很多优势。

一是频谱资源丰富,信号带宽更大。载波带宽可达400MHz/800MHz,速度就好比单车道升级为十车道。传输速率也特别快,无线传输速率可达10Gbps以上;

二是毫米波波束窄,方向性好,有极高的空间分辨能力,这为定位和成像提供了巨大的帮助,对卫星通信、地球资源和气候变化监测以及射电天文学等多种无线电业务有着广阔的应用空间;

三是毫米波元器件的尺寸小,相对于Sub-6GHz设备,更易小型化,在军用领域就可以在大幅降低导弹等武器的直径和重量,从而带来更大的射程或更快的速度;

四是子载波间隔较大,单SLOT周期(120KHz)是低频Sub-6GHz(30KHz)的1/4,空口时延降低。

正是由于毫米波有着如此多的优点,5G毫米波无论是个人终端消费,还是工业制造业、医疗健康等市场,都有着丰富多样的垂直应用场景。

在工业制造领域,新一代机械人、远距物体操纵等实时控制应用可望提高生产效率、降低成本、增强安全性,同时带来产品和工艺创新。

医疗方面,远程医疗可以通过毫米波频谱支持的速度和低延迟功能,达到更精准、快速的水平。

自动驾驶,5G和毫米波通讯将成下一代自动驾驶汽车标配,5G毫米波将让无人驾驶车彼此之间,以及与云端和实体环境通讯,从而建立高效率的公共交通网络。

此外,毫米波还很适合在大型场馆如万人演唱会、足球赛等人口密集区域进行部署,可以带来数千兆比特的速率以及低时延和无限容量的体验。

全球移动通信系统协会(GSMA)大中华区公共政策总经理关舟表示,只有通过毫米波频谱的使用,中国才能全面释放5G的能力,并由此从工业互联网、娱乐服务、智能交通领域的最高标准以及更好的医疗保健和教育中进一步受益。

GSMA首席监管官John Giusti预计,从2020年到2034年,在15年的时间里,对毫米波频谱资源的利用有望推动全球GDP增长5650亿美元。

仍需推动整体产业链成熟

目前,越来越多的国家正支持5G毫米波部署。在欧美,意大利和俄罗斯加速对毫米波的支持,其它欧盟国家也计划于今年晚些时候进行毫米波频谱拍卖。在亚洲,韩国、日本以及东南亚部分国家的运营商计划于今明两年开始5G毫米波部署。

工程院院士邬贺铨表示,在频率问题上,我们现在是工作在6GHz(千兆赫兹)以下的频段,这个频段与毫米波频段相比建网相对更快一些,但能得到的最高峰值带宽不如毫米波频段,所以未来中国5G还要采用毫米波频段。

在建设毫米波上,国家也释放出最新信号,3月24日,工信部发布了“关于推动5G加快发展的通知”,其中就提出“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划,组织开展毫米波设备和性能测试,为5G毫米波技术商用做好储备”。

随着5G新基建驶入发展的快车道,5G毫米波在我国迎来大发展为时不远。

不过,目前国内市场以Sub-6GHz为主导,中国移动研究院首席科学家易芝玲指出,毫米波相对于低频段,整体产业链完善程度还不足够,包括器件的成熟度等,还需要进一步推动整体产业链成熟。国内的毫米波上下游产业应该尽快技术积累,缩小与国外顶尖水平的差距,毫米波芯片是高容量5G移动通讯核心,此次我国成功研发5G毫米波芯片实现了历史性突破,弥补了国内在这一领域的缺失。

我国在5G技术、标准、产业、终端方面已初步建立竞争优势,随着5G的快速落地,借此契机,在基础连接技术提供商、运营商以及终端厂商的合作努力下,5G毫米波产业链有望不断成熟,毫米波的超强性能催生新鲜的终端设备,将为我们以往的生活娱乐和工作方式带来翻天覆地的变化。

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