参考中国报告网发布《2017-2022年中国通信设备制造市场运营态势及投资动向研究报告》
5G 的一个关键指标是传输速率：按照华为提出的标准，5G 应当实现比 4G 快十倍以上的传输速率，即 5G 峰值网络速率达到 10Gbps。同时，5G 的高传输速度也使得云端游戏、高清电话会议、VR、AR 等应用的普及成为可能。要满足 5G 通信网络速度，必须大幅增加通讯带宽。增加带宽的核心方法是采用更高频段。从天线角度讲，4G 的使用频段一般在
700MHz 到 2700MHz 范围，而 5G 的高频段将在几 GHz 到几十 GHz 级别的毫米波频段上。
2017 年 6 月 5 日，工信部发布了《公开征求对第五代国际移动通信系统（IMT-2020）使用 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 频段的意见》。拟在 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 两个频段上部署 5G。现在手机天线已需覆盖 GSM、TDD、FDD 等多个频段，未来 5G 手机天线在原基础上将会覆盖更高频段，无疑会对天线设计+和制造提出诸多挑战。
毫米波
无线传输主要通过增加频谱利用率和增加频谱带宽两种方法提高传输速率。在无线传输中，数据以码元的形式传送，每个码元传送的信息数据量是由调制方式决定的。为了提高频谱利用率，无线通讯通过操纵无线电波的幅度和相位的调制可以产生载波的不同状态。当调制方式由简单变到复杂时，载波状态数量增加，一个码元所代表的信息量随之增加。但另一方面每个码元状态的间距也会变小，因此易受到噪声干扰使得码元偏离原本位置造成解码出错。在信道噪声很大的情况下使用复杂调制传输误码率较高，而且解码所需要的电路复杂，功耗很大。
相对于提高频谱利用率，增加频谱带宽的方法更加可行。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽翻倍则可以实现的数据传输速率也翻倍。
众所周知，无线通信依托于电磁波传播，最宝贵的资源莫过于频带。为防止移动通信网、无线电视、广播、军用频段等相互干扰，每个国家都对无线频段的使用做出了严格的划分。根据电磁波在空气中传播的特性，6G 赫兹以下频段因其在空气中衰减小、穿透力强等优点，被视为优质频带资源，很多依托无线电的应用都集中在这一频段资源上，因此无比拥挤。为了满足提升传输速率的需求，同时避开拥挤的频段，毫米波走进人们的视野。
根据通信原理，无线通信的最大信号带宽约为载波频率的 5%，载波频率越高，可实现的信号带宽也越大。毫米波指波长在毫米数量级的电磁波，其频率大约在 30GHz~300GHz 之间。在毫米波频段中，28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段。28GHz 频段的可用频谱带宽可达 1GHz，而 60GHz 频段每个信道的可用信号带宽则达 2GHz。相比而言，4G-LTE 频段最高频率的载波在 2GHz 上下，可用频谱带宽只有 100MHz。因此，如果使用毫米波频段，频谱带宽可变宽 10 倍，传输速率也可将得到巨大提升。
毫米波频段的一大缺点是在电磁波信号在空气中衰减较大，且绕射能力较弱。基站方面，可以通过大规模阵列天线和波束成形技术，将发射能量汇集到用户所在位置，而不向其他方向扩散手机接收点的电磁波信号都处于叠加状态。波束成型技术将信号能量集中在特定的方向，一方面减少了对其它接收机的干扰；另一方面也减小了信号能量的浪费。
波束成型与阵列天线
传统通信方式是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传播，而在波束成形技术中，基站端拥有多根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，从而达到提高接收信号强度的目的。打个比方，传统通信就像灯泡，照亮整个房间，而波速成形就像手电筒，光亮可以智能地汇集到目标位置上。传统的天线的辐射方向性很弱类似于电灯泡，而波束成型的方法则是使用辐射方向性很强的天线，类似手电筒。
传统基站的天线数目少，无线信号传输质量有限。5G 基站采用大规模天线阵列，波束成形技术通过调节各天线的相位使信号进行有效叠加，产生更强的信号增益来克服信号衰减，从而为 5G 无线信号的传输质量提供了强有力的保障。
在波束成形中，天线阵列有许多个波源，通过控制波源发射波之间的相对延时和幅度，可以做到电磁波辐射的能量都集中在接收机所在位置的方向上，而在其他地方电磁波辐射能量很小。在实际应用中，阵列天线可以同时瞄准多个用户，构造朝向多个目标客户的不同波束，并有效减少衰减和各个波束之间的干扰。
在单天线对单天线的传输系统中，由于环境的复杂性，电磁波在空气中经过多条路径传播后在接收点可能相位相反，互相削弱，此时信道很有可能陷于很强的衰落，影响用户接收到的信号质量。而当基站天线数量增多时，相对于用户的几百根天线就拥有了几百个信道且相互独立，同时陷入衰落的概率便大大减小，这对于通信系统而言变得简单而易于处理。
大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。
波束成形技术对无线信号能量聚焦，形成一个指向性波束。通常波束越窄，信号增益越大。但一旦波束的指向偏离用户，用户反而接收不到高质量的无线信号。基站的大规模阵列天线可以通过波束扫描检测用户移动终端发出的无线信号，从而确定对准该用户的最佳发射波束。天线辐射的方向可以通过改变波源之间的相对延时和幅度来实现，可以轻松跟踪发射端和接收端之间相对位置的改变。对于处于移动状态的客户，可以随时扫描来保证最佳波束随用户的位置而发生变化，为用户提供无缝覆盖，保证通信不中断、不掉线。
目前波束成形已经被使用在带有多天线的 WiFi 路由器中。天线的尺寸是由电磁波信号的波长决定的，WiFi 和当前手机频段的电磁波波长可达十几厘米，因此很难将如此大的天线集成在手机上。但到了 5G 时代，应用的毫米波波段的波长约是 WiFi 和手机频段波长的十分之一左右，使得把多个毫米波天线集成到手机上成为可能，实现毫米波频段的波束成形。
在 5G 技术中，毫米波、阵列天线和波束成型可谓相辅相成，波束成型能很好的解决毫米波衰减严重和阵列天线的干扰问题；毫米波级的应用使阵列天线小型化成为可能；阵列天线又能够提高波束成型的覆盖范围。三者相互支持，密不可分。
5G 的一个关键指标是传输速率：按照华为提出的标准，5G 应当实现比 4G 快十倍以上的传输速率，即 5G 峰值网络速率达到 10Gbps。同时，5G 的高传输速度也使得云端游戏、高清电话会议、VR、AR 等应用的普及成为可能。要满足 5G 通信网络速度，必须大幅增加通讯带宽。增加带宽的核心方法是采用更高频段。从天线角度讲，4G 的使用频段一般在
700MHz 到 2700MHz 范围，而 5G 的高频段将在几 GHz 到几十 GHz 级别的毫米波频段上。
2017 年 6 月 5 日，工信部发布了《公开征求对第五代国际移动通信系统（IMT-2020）使用 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 频段的意见》。拟在 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 两个频段上部署 5G。现在手机天线已需覆盖 GSM、TDD、FDD 等多个频段，未来 5G 手机天线在原基础上将会覆盖更高频段，无疑会对天线设计+和制造提出诸多挑战。
毫米波
无线传输主要通过增加频谱利用率和增加频谱带宽两种方法提高传输速率。在无线传输中，数据以码元的形式传送，每个码元传送的信息数据量是由调制方式决定的。为了提高频谱利用率，无线通讯通过操纵无线电波的幅度和相位的调制可以产生载波的不同状态。当调制方式由简单变到复杂时，载波状态数量增加，一个码元所代表的信息量随之增加。但另一方面每个码元状态的间距也会变小，因此易受到噪声干扰使得码元偏离原本位置造成解码出错。在信道噪声很大的情况下使用复杂调制传输误码率较高，而且解码所需要的电路复杂，功耗很大。
资料来源：中国报告网
相对于提高频谱利用率，增加频谱带宽的方法更加可行。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽翻倍则可以实现的数据传输速率也翻倍。
众所周知，无线通信依托于电磁波传播，最宝贵的资源莫过于频带。为防止移动通信网、无线电视、广播、军用频段等相互干扰，每个国家都对无线频段的使用做出了严格的划分。根据电磁波在空气中传播的特性，6G 赫兹以下频段因其在空气中衰减小、穿透力强等优点，被视为优质频带资源，很多依托无线电的应用都集中在这一频段资源上，因此无比拥挤。为了满足提升传输速率的需求，同时避开拥挤的频段，毫米波走进人们的视野。
根据通信原理，无线通信的最大信号带宽约为载波频率的 5%，载波频率越高，可实现的信号带宽也越大。毫米波指波长在毫米数量级的电磁波，其频率大约在 30GHz~300GHz 之间。在毫米波频段中，28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段。28GHz 频段的可用频谱带宽可达 1GHz，而 60GHz 频段每个信道的可用信号带宽则达 2GHz。相比而言，4G-LTE 频段最高频率的载波在 2GHz 上下，可用频谱带宽只有 100MHz。因此，如果使用毫米波频段，频谱带宽可变宽 10 倍，传输速率也可将得到巨大提升。
资料来源：中国报告网
毫米波频段的一大缺点是在电磁波信号在空气中衰减较大，且绕射能力较弱。基站方面，可以通过大规模阵列天线和波束成形技术，将发射能量汇集到用户所在位置，而不向其他方向扩散手机接收点的电磁波信号都处于叠加状态。波束成型技术将信号能量集中在特定的方向，一方面减少了对其它接收机的干扰；另一方面也减小了信号能量的浪费。
波束成型与阵列天线
传统通信方式是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传播，而在波束成形技术中，基站端拥有多根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，从而达到提高接收信号强度的目的。打个比方，传统通信就像灯泡，照亮整个房间，而波速成形就像手电筒，光亮可以智能地汇集到目标位置上。传统的天线的辐射方向性很弱类似于电灯泡，而波束成型的方法则是使用辐射方向性很强的天线，类似手电筒。
资料来源：中国报告网
传统基站的天线数目少，无线信号传输质量有限。5G 基站采用大规模天线阵列，波束成形技术通过调节各天线的相位使信号进行有效叠加，产生更强的信号增益来克服信号衰减，从而为 5G 无线信号的传输质量提供了强有力的保障。
资料来源：中国报告网
在波束成形中，天线阵列有许多个波源，通过控制波源发射波之间的相对延时和幅度，可以做到电磁波辐射的能量都集中在接收机所在位置的方向上，而在其他地方电磁波辐射能量很小。在实际应用中，阵列天线可以同时瞄准多个用户，构造朝向多个目标客户的不同波束，并有效减少衰减和各个波束之间的干扰。
资料来源：中国报告网
在单天线对单天线的传输系统中，由于环境的复杂性，电磁波在空气中经过多条路径传播后在接收点可能相位相反，互相削弱，此时信道很有可能陷于很强的衰落，影响用户接收到的信号质量。而当基站天线数量增多时，相对于用户的几百根天线就拥有了几百个信道且相互独立，同时陷入衰落的概率便大大减小，这对于通信系统而言变得简单而易于处理。
大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。
资料来源：中国报告网
波束成形技术对无线信号能量聚焦，形成一个指向性波束。通常波束越窄，信号增益越大。但一旦波束的指向偏离用户，用户反而接收不到高质量的无线信号。基站的大规模阵列天线可以通过波束扫描检测用户移动终端发出的无线信号，从而确定对准该用户的最佳发射波束。天线辐射的方向可以通过改变波源之间的相对延时和幅度来实现，可以轻松跟踪发射端和接收端之间相对位置的改变。对于处于移动状态的客户，可以随时扫描来保证最佳波束随用户的位置而发生变化，为用户提供无缝覆盖，保证通信不中断、不掉线。
资料来源：中国报告网
目前波束成形已经被使用在带有多天线的 WiFi 路由器中。天线的尺寸是由电磁波信号的波长决定的，WiFi 和当前手机频段的电磁波波长可达十几厘米，因此很难将如此大的天线集成在手机上。但到了 5G 时代，应用的毫米波波段的波长约是 WiFi 和手机频段波长的十分之一左右，使得把多个毫米波天线集成到手机上成为可能，实现毫米波频段的波束成形。
在 5G 技术中，毫米波、阵列天线和波束成型可谓相辅相成，波束成型能很好的解决毫米波衰减严重和阵列天线的干扰问题；毫米波级的应用使阵列天线小型化成为可能；阵列天线又能够提高波束成型的覆盖范围。三者相互支持，密不可分。
资料来源：中国报告网
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