原標題：毫米波通信面對哪些挑戰?毫米波終端技術實現

毫米波通信面臨的主要挑戰包括：

1. 傳輸距離較短：毫米波的高頻率使其信號在空氣中傳播時容易受到阻礙，尤其是建筑物、樹木、甚至雨雪等因素都會顯著衰減毫米波信號。因此，毫米波在城市環境中需要大量的小型基站來確保信號覆蓋，這也帶來了基站部署和維護的成本和難度。

2. 穿透能力差：毫米波信號在穿透障礙物時的能力遠低于低頻信號，墻壁、金屬等物體能有效阻擋毫米波信號，影響通信質量。這要求5G網絡在設計時，考慮更多的中繼和小基站技術來彌補這一短板。

3. 大氣吸收和天氣敏感性：毫米波容易受到大氣中的水分、雨雪等天氣因素的影響，尤其在惡劣天氣條件下，毫米波的傳輸性能會急劇下降。因此，毫米波的應用在某些氣候條件下可能受到限制。

4. 高路徑損耗：毫米波的自由空間損耗與載波頻率正相關，在相同發送功率配置下，毫米波的理論通信覆蓋距離遠小于低頻設備。例如，26 GHz載波比3.5 GHz載波的路損高約17.42 dB，即3.5 GHz載波的理論傳播距離是26 GHz載波的約6.2倍。

5. 高穿透損耗：毫米波在傳播過程中容易受到降雨、樹叢以及其他遮擋物的遮擋與吸收，毫米波基本無法穿透傳統混凝土承重墻。

針對毫米波終端技術的實現，主要面臨以下挑戰：

1. 終端側大規模天線陣列：

• 技術需求：由于毫米波的自由空間路損大，覆蓋受到影響，終端側使用大規模天線陣列可獲得更多的分集增益，提高毫米波終端的接收和發射性能，以彌補毫米波覆蓋不足的缺點。

• 實現難度：終端部署更多的天線意味著終端設計難度的上升。與基站側部署大規模天線陣列不同，終端側的大規模天線陣列受終端尺寸、終端功耗的制約，其實現難度將大大增加。目前只能在固定終端上實現大規模天線陣列的布置，移動終端的大規模天線陣列設計還面臨天線陣列校準、天線單元間的相互耦合以及功耗控制等諸多挑戰。

2. 毫米波射頻前端器件：

• 器件要求：射頻前端器件包括功率放大器、開關、濾波器、雙工器、低噪聲放大器等，其中功率放大器是最為核心的器件，其性能直接決定了終端的通信距離、信號質量及待機時間。毫米波頻段大帶寬的特點對射頻前端器件提出了更高的要求，未來毫米波終端的射頻前端器件可能需要支持1GHz以上的連續帶寬。

• 材料與技術：由于毫米波段與低頻段差異較大，低頻射頻前端器件的制造材料在物理特性上將很難滿足毫米波射頻前端器件的要求。例如，在毫米波頻段，氮化鎵及InP的制造工藝在性能指標上均要強于砷化鎵（目前主流的功率放大器制造材料）。然而，由于成本、產能等因素，基于氮化鎵工藝的高性能射頻前端器件多用于軍工和基站等特殊場景。毫米波射頻前端技術的發展將會成為毫米波終端實現的關鍵。

3. 測試方案：

• OTA測試需求：隨著毫米波終端側的大規模天線陣列的使用，終端的無線收發器都將集成到天線形成天線模塊，未來毫米波終端可能不會存在射頻測試端口，而且高頻率下進行耦合帶來的高插損等因素使傳統的傳導連接測試的方案更不可行，因此OTA（Over The Air）測試將成為毫米波終端測試的主流方案。

• 測試挑戰：OTA測試需要嚴格的測試場地（微波暗室），測試費用昂貴。同時，毫米波OTA測試還面臨新型吸波材料、遠場測量條件等挑戰。例如，由于毫米波段波長很短，天線遠場的距離較大，暗室難以達到如此大的尺寸，測試距離的增加還會增加被測終端到測量天線間的路徑損耗，降低測試系統的靈敏性和準確性。為解決這些問題，可以采用緊縮場法或中區場測量等方式來縮短測量距離或代替遠場測量。

總結來看，毫米波通信和終端技術的實現面臨諸多挑戰，但隨著技術的不斷發展和突破，這些問題有望逐步得到解決。例如，通過小基站與超密集網絡部署、波束成形、大規模MIMO技術、毫米波與低頻段的協同等技術手段，可以提高毫米波的傳輸性能和覆蓋范圍；通過新型天線技術、硬件升級與兼容性改進等措施，可以解決毫米波終端的技術實現難題。