新知 | 5G毫米波将“霸屏”，触觉互联网还会远吗？

交汇点讯 今年全国两会政府工作报告要求，精心筹办北京冬奥会、冬残奥会。北京冬奥会组委会也传出消息，届时将采用5G毫米波技术为观众提供自由视角的直播和观赛体验。

《科技周刊》记者梳理发现，上一届韩国平昌冬奥会也试验了5G毫米波直播。冬奥会为何频频青睐5G毫米波技术，手机上实时观看滑雪第一视角是如何实现的？5G毫米波支持下，能在更多场景实现落地吗？

新基建上半场，5G毫米波独享极速上网 

在谈论冬奥会5G直播之前，先搞清楚5G毫米波是什么？东南大学教授、紫金山实验室课题负责人赵涤燹告诉《科技周刊》记者，毫米波是5G的重要组成部分，一般指频率30GHz（吉兹，一种频率单位）至300GHz的无线电频谱，其波长1毫米至10毫米，因此被称为 “5G毫米波”。

“现在5G新基建上半场主要采用相对拥挤的Sub-6G频谱，我们过去和现在使用的手机上网频段都在这一段狭窄的范围内，候选频段太少。”赵涤燹说，相比Sub-6G频谱，毫米波的频谱资源非常丰富，可以独享更广阔的频段，总共带宽更高。

5G毫米波到底可以有多快？据中国信通院在2020中的统计结果，三大运营商的5G平均下载速率在500到600Mbps之间，1分钟可以下载一部2G左右的电影。而5G毫米波将在现有5G速度的基础上进一步提升10倍，同样一部电影下载只需6秒左右。

现在5G的的主流频段除了被运营商“瓜分”之外，还要被卫星雷达占上一大块，频谱资源正面临越来越匮乏的局面，怎么办？世界的目光开始瞄向频段更为广阔的5G毫米波，频谱资源多了，就好比路宽了，畅通无阻，网速自然就快了；真正实现5G愿景还得靠毫米波。

2020年，紫金山实验室联合国内优势单位，成功研制出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，攻破5G毫米波领域“缺芯少魂”的“命门”。“突破了5G毫米波芯片的技术瓶颈，可以为未来移动通信技术的后续研究奠定坚实的基础。”赵涤燹说。

攻克5G毫米波芯片最大的难题是芯片制造成本较高。“传统毫米波芯片的首选材料是砷化镓，但其成本高昂；我们另辟蹊径通过创新技术研制毫米波CMOS相控阵芯片。” 赵涤燹介绍，其在成本、集成度、功耗、幅相控制等方面优势明显，在噪声系数等指标上性能接近，提供了兼具性能和成本优势的解决方案。

那什么是5G毫米波非常适合的场景？高通中国区研发负责人举了一个例子：在人山人海的地铁站，每个人都使用手机网络速度会很慢，如果把5G毫米波天线和无线网接入点共址，将无线网基站变成毫米波基站，地铁站的用户就能实现数千兆速率的用户体验，实测中5G下行速率可以达到峰值。这意味着在地铁站这类人流非常多的场景下部署毫米波，不仅能改变以往明明有信号上网却特别卡的情况，人人都能连上5G，还都能特别快。

5G毫米波为何频现奥运会？

除了产业链各环节对5G毫米波应用的大力推动，还有很大的需求来自工业、文娱等场景对“真5G能力”的强烈需求。例如，明年北京冬奥会的滑雪场上都将部署5G毫米波传感器以及5G基站，届时将为观众提供自由视角的直播和观赛体验。这也是继2018年韩国平昌冬奥会之后，更突出5G新体验的一次5G+赛事。

《科技周刊》记者查询后发现，早在3年前韩国平昌冬奥会上已经有5G毫米波技术试验效果，当时的多机位同传、VR等业务据悉传输速率均超过了1Gbps。但当时，平昌冬奥会期间5G标准化还没有完全完成，网络和终端设备也仍处于技术实验阶段，那么明年北京冬奥会在5G的体验上是否能上一个大台阶？以及还有哪些挑战？

南京邮电大学电子与光学工程学院研究电磁场与微波技术教授王正斌介绍，冬奥会作为大型赛事，必然面临大量的上行流量需求。5G毫米波段具有更丰富的频谱资源，交互时延低，因此非常适合传输高清视频信息，非常适用于冬奥会比赛场景的实时传输。在比赛场地放置多角度摄像头，实时采集比赛场景，然后通过视频数据处理（采样、编码、压缩、拼接算法处理），再将数据通过调制，变频等操作，通过5G发射前端发送。观众家中通过5G小基站接收视频数据，还可还原原始数据，佩戴VR眼镜，再将原始视频呈现。由于采用5G毫米波技术，其交互时延低的特点，可以使观众感受不到其中的时延，犹如身临其境。 

简单来说，就是基于一个毫米波网络，高清直播摄像机和运动员头盔实时拍摄上传的多角度画面，用户可以同步看到多视角甚至360度自由视角的赛事直播，还可以放大画面细节。总体来说，5G毫米波技术可以实现5G+AR雪景拍照、5G混合现实智慧雪场、5G自由视角/多视角赛事直播、360度全景高帧率视频传输等应用。

令人惊喜的是，经过多年的发展，目前5G毫米波在网络、终端、芯片等核心设备环节已经基本成熟，至2022年冬奥会期间，其技术能力肯定会全面超越4年前的状态。另一方面，能够反映5G特色的业务应用，如VR、AR、实时高清流媒体以及高精度定位等应用的成熟度也都比4年前有了长足进步，相信会为观众、运动员、教练员、裁判和赛事组织方带来全新的体验。

5G毫米波使用手册：流量爆点场景

王正斌表示，毫米波电磁波的波长相对更小，射线特性更强，遇到障碍物衰落较快，不适合做宽广区域覆盖，只适合短距离大容量数据传输。

如何解决5G毫米波信号路径损耗大，且容易被阻挡的问题呢？王正斌说：“5G毫米波信号路径损耗大是其本身物理特性，无法规避。要改善通信质量和提高覆盖范围，只能增加其发射功率，或者提高5G基站的部署密度，这都会增加运营商的建站成本和运营成本。” 

除打造规模庞大的基站外，目前比较完善的光纤基础设施也可以助力。赵涤燹表示，5G毫米波的兴起带动的是整个产业链的前进。在城市内部，现有基站不一定需要重新布局，我国的光纤基础设施比较完善，作为有线光纤的补充，毫米波可以用作固定无线接入将5G信号通过毫米波传送给用户家庭CPE设备，让用户实现宽带上网，利用毫米波的波束赋形的特点，一定程度上解决毫米波覆盖和绕射难题。

专家表示，5G毫米波适合用在人头攒动的体育场、火车站，或者密集商务区、大型集会现场等流量爆点。5G毫米波的大带宽低时延可与边缘计算、人工智能等技术结合，为像园区、厂区、码头、港口等覆盖区域提供各种定制化的企业级服务。

未来前景：触觉互联网或带来“共情”

“5G毫米波通信技术如同高铁、电力一样是重要的基础设施，会不断迭代演进。有了这个良好的基础设施，人们可以开发各种各样的应用，如超能交通、身体域网络、机器间的协同、多感官混合现实、虚拟助理、情感和触觉交流、触觉互联网、全息、智能交互、空间通信等十项内容。”在描绘5G毫米波更多未来可应用的场景时，王正斌解释道。

 “身体域网络指将来人类会使用更多的可替代、植入式身体器官，甚至在身体里安装纳米机器人来动态监控身体各器官运行，在网络中进行人体运行状态的实时跟踪和模拟，对病变进行预测和提前干预，从而提升人的生命质量。” 王正斌说，触觉互联网的到来，意味着未来传递的信息将超越图片、文字、声音、视频，会包括味觉、触觉，或者情感。

未来，6G将聚焦实现空天地海一体化网络。5G毫米波将会是支撑 6G的黄金频段吗？“无论是从用户角度还是运营商角度，发展兼容5G的6G技术对于保护双方的投资都是有利的。另外，从物理角度出发， 5G毫米波适合传播和通信，应该是支撑 6G无线通信的黄金频段。”王正斌教授坦言。

新华日报·交汇点记者 张宣 葛灵丹

编辑: 谢诗涵