近日，有媒體報道，國產5G毫米波晶片研發成功，這是國內晶片研發里程碑式的時刻。

中國工程院院士劉韻潔表示，南京網路通訊與安全紫金山實驗室已研製出CMOS毫米波全整合4通道相控陣晶片，並完成了晶片封裝和測試，每通道成本由1000元降至20元。同時，該實驗室封裝整合1024通道天線單元的毫米波大規模有源天線陣列。晶片與天線陣列力爭在2022年商用於我國的5G系統。

那麼，5G毫米波晶片研發成功，對我國意味著什麼？

（圖片來源：中關村線上）

為何我國要研發5G毫米波？

5G毫米波晶片是適用於5G移動通訊領域的晶片，是寬頻衛星通訊和5G毫米波通訊的關鍵核心器件。

那麼毫米波是什麼？毫米波是指波長在毫米數量級的電磁波，其頻率大約在30GHz-300GHz之間。根據通訊原理，無線通訊的最大訊號頻寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可實現的訊號頻寬也越大。

毫米波帶來了大頻寬和高速率。基於sub 6GHz頻段的4G LTE蜂窩系統可以使用的最大頻寬是100MHz，資料速率不超過1Gbps。而在毫米波頻段，移動應用可以使用的最大頻寬是400MHz，資料速率高達10Gbps甚至更多。

目前，全球5G總共有兩大方案，分別是中國主推的Sub-6G，放在6GHz以下的電磁（EM）頻譜上，主要在3GHz 和4 GHz頻段；美國主推的毫米波方案，側重於24~300GHz之間的頻段。

相比Sub-6G，毫米波頻譜資源豐富，有更多的毫米波頻寬可用，載波頻寬可達400MHz/800MHz，不僅提高了資料傳輸速度，還避免了低頻段存在的擁堵，無線傳輸速率可達10Gbps以上，在研究毫米波頻率應用在5G之前，該頻段的主要運用在雷達和衛星業務。

另外，波長較短的毫米波會產生較窄的波束，從而為資料傳輸提供更高的空間分辨能力和安全性，且速度快、資料量大，時延小。

毫米波元器件的尺寸小，相對於Sub-6GHz裝置，更易小型化。還有是子載波間隔較大，單SLOT週期（120KHz）是低頻Sub-6GHz（30KHz）的1/4，空口時延降低。

不過，受制於無線電波的物理特性，毫米波的短波長和窄光束特性讓訊號解析度、傳輸安全性以及傳輸速度得以增強，但傳輸距離大大縮減。

我國之所以研發毫米波，是因為毫米波在許多特殊場景具有重要的作用。毫米波可以作用於室內熱點、密集城區、宏覆蓋、高速鐵路接入與回傳以及衛星擴充套件到地面。

也就是說，毫米波可以與Sub-6G協同組成雙連線異構網路，實現大容量和廣覆蓋的有機結合，未來市場空間巨大。

工作於毫米波的5G系統可以提供很多4G無法提供的業務，比如高畫質影片、虛擬現實、增強現實、無線基站回程（backhaul）、短距離雷達探測、密集城區資訊服務、體育場/音樂會/購物中心無線通訊服務、工廠自動化控制、遠端醫療、安全監控、智慧交通系統、機場安全檢查等。

實現技術突破、成本降低50倍

眾所周知，研發毫米波器件的成本較高，早期主要應用於軍事領域，隨著自動駕駛、5G、安檢等技術的發展，毫米波晶片在民用領域也得到了研究和應用。毫米波晶片長期被國外壟斷，實屬我國在該領域的短板。

5G毫米波晶片的難點在於，該晶片需要用在移動裝置上，但因為毫米波本身波長短，衍射能力差，所以對於適應該晶片的移動裝置而言，單個天線和單個相控陣是不夠的，只有多個相控陣，才不至於被手擋住訊號。但設計多個通道的相控陣成本太高，這也是全世界共同面臨的難題。

南京網路通訊與安全紫金山實驗室所研製出的5G毫米波晶片，是世界上首次較為徹底地解決了阻礙CMOS毫米波通訊的晶片問題，從晶片、模組到天線陣面全面實現自主可控，技術水平處於國際領先。短短五個月的時間裡，完成了晶片的封裝與測試，並將每通道成本由1000降至20元，這無疑是國產晶片發展強勁有力的一步。

該項技術突破，有利於加快我國5G網路在毫米波頻段的部署，大大提升5G網路速率，降低5G網路建設及運維成本，同時帶動相關產業及應用發展。

寫在最後

我國5G技術正在遭受以美國為首的一些國家圍剿，在這個關鍵時刻，5G毫米波晶片研發成功，無疑為我國科技進階打了一針強心劑！

本文整理自雷鋒網、閒餘趣聞、騰訊網等。