分步走的毫米波技术

近日中国联通发布了《5G毫米技术波白皮书》，从关键技术，产业链进展和面临的挑战，发展规划以及开展工作推进计划等几个角度做了阐述，毫米波技术的推广也逐步进入5G通信的日程。在笔者的职业生涯中，曾经也接触过不少毫米波相关的知识，最早接触是09年的时候，带团队给华为公司做微波双工器，从6G开始到42G，以及后来的E-band等频段产品；再后来还写过商业计划书并推广过一段时间的毫米波雷达产品，比如FCW，BSD等ADAS功能的雷达部件，交通监控，安防领域应用的监控雷达等；离职后曾短暂创业一段时间，生产过几款毫米波雷达产品。现在朋友圈和同学圈还有不少人在做毫米波相关的产品，有位师兄在国外推广前面介绍过的60G毫米波无线组网，有几位朋友在做用于5G频段的部分毫米波产品部件，也有朋友在研发生产用于ADAS，交通，安防领域的毫米波雷达，还有大学同学在研究用于医疗领域研究的毫米波相关产品，在毫米波圈也经常沟通交流，今天就结合网络上的一些知识加上此前的一点点积累，简单讲下不同领域应用的毫米波技术。

通常毫米波频段是指30GHz～300GHz，相应波长为1mm～10mm。毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。目前业界讨论较多的毫米波，主要是指被全球多数国家规划的5G领域，应用在自动驾驶领域，工业医疗领域等的毫米波，主要涉及的几个频段为24G，37G，60G以及77G等。在这三大领域中，医疗领域产业相对不成熟，当下也不是热点，而应用于5G和车联网自动驾驶（包括过度的ADAS）是非常火热的，所以说毫米波技术现在在通信领域的应用发展是分步走，相当于同一个技术下的三条通道，目前情况下交叉较少。

首先来看应用于5G领域的毫米波，根据3GPP协议规定，5G网络主要使用两段频率：FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又称sub-6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz，通常被称为毫米波5G(mmWave)。

在毫米波纳入5G规划之前，作为数据回传以及备份用的微波通信产品已经在通信行业中使用，五大设备商均有涉及，每年的市场规模整体偏小，华为依然保持了全球微波传输市场的领导者，市场份额占29%。排名第二和第三位的分别是诺基亚和爱立信。其他厂家继续挣扎于Others中。事实上，进入5G时代，基站回传不仅只靠光纤，不断升级的微波传输也是一个选项，尤其是一些城郊和乡村站点，其更具低成本和灵活性优势。

据GSMA报告预测，在工业4.0场景和互联交通运输场景中部署5G毫米波应用将会带来诸多益处。毫米波频谱，特别是24.25-27.5GHz和37-43.5GHz频段中的毫米波频谱，能提供为大量数据密集型5G应用所需求带宽而必须的连续频谱。报告还预测了中国5G毫米波的应用场景结构，其中，垂直行业领域中的制造业和水电等公用事业是目前可见贡献最大的行业，占贡献总数的62%;其次是专业服务和金融服务占12%;信息通信和贸易占10%;然后是农业和矿业，最后是公共服务。在5G毫米波所带来的创新服务推动下，到2034年中国将占亚太地区2120亿美元经济增长额的53%。

从商业前景描述来看，毫米波5G无疑是非常广阔的，虽然现在公布出来的数据看，使用毫米波的国家比较少，目前为止也只有美国三家运营商以及乌拉圭一家运营商使用了毫米波5G，但是从长远场景需求以及技术演进来看，毫米波5G将来仍然是必须，使用Sub6G组网的中国区估计也不例外。

总结下就是，毫米波5G当下受制于先天性的传播劣势，高昂的组网成本以及相对不成熟的产业链，当下不是主流，但是未来仍然是必不可少的发展主流。

接着来看应用于车联网自动驾驶的毫米波，美国（NHTSA）将无人驾驶技术划分了5个阶段，分别为无自动化（L0级）、个别功能自动化（L1级）、多项功能自动化（L2级）、受限条件下自动驾驶（L3级）和完全自动驾驶（L4级）。

受产业链众多公司的推动，以及5G的大面积建设铺开，无人驾驶领域近期发生重大变化，智能汽车和无人驾驶产业有加速发展的态势。根据中为咨询的预测，到2035年，无人驾驶汽车全球年销量可达到1200万辆左右，约占全球汽车总销量的10%。与此同时，以无人驾驶汽车为核心而衍生的商业模式和市场规模将远超预期。ADAS（Advanced Driver Assistant System，高级驾驶辅助系统）可以实现多种主动安全功能，伴随ADAS渗透率与融合度的提高，汽车的智能水平得到显著提升，当无人驾驶技术进入L3阶段后，可以有条件的实现无人驾驶。借助于成熟的车联网，最终将实现完全的无人驾驶，即L4阶段。因此，ADAS的普及和融合既能促进单车的智能化，同时也是无人驾驶实现的基础条件。

在ADAS传感器应用系统中，毫米波雷达是唯一不受天气影响，抗干扰能力强的应用传感器，在当前汽车各模块功能的渗透率中，毫米波雷达占据了较多的应用。

目前，24-29GHz是较为主流的应用，但是由于此频率范围的功率输出存在许多规定限制，且与5G的频段重叠，将来可能完全被淘汰，而77GHz雷达具有更大的可用带宽以及更好的性能，从而将距离和分辨率提高了20倍，同时由于频率更高，相比较24G更小的外形尺寸和体积和更高的速度分辨率。从15年开始，毫米波雷达国产化进入视野，大量新兴公司起家，也有不少公司获得了些投资，有些名气的比如华为系出身的承泰科技，联发科电子科大组班的安智杰，苏州毫米波等。去年进入汽车领域的华为也年薪百万招毫米波雷达相关人才，显示出了对这一应用领域的重视。前几天听朋友说坚守毫米波雷达的承泰科技创业八年后守的云开，成功进入整车前装市场，即使在今年疫情期间也实现了数千万的销售额。

另外在交通领域毫米波雷达也有一些应用，比如卡口测试，流量监测，路况监控，超速监测，市内交通管理以及道闸应用，这些没有统一的标准，这里不展开论述。（有兴趣的可以关注下西安象德，深圳路达等公司）

最后一个要讲的是，提了很久的医疗领域的毫米波应用（本部分应用内容笔者圈内仅有当年的大学同学在研究，所以基本内容都是来自网络，仅供参考）。研究发现，毫米波作用于生物体时70%的能量在300µm深的生物组织内吸收，其穿透组织的深度小于1mm，不能进入深部组织。但毫米波不但能引起局部效应，还能在深部或远隔组织和脏器产生一系列反应。人们对其作用机理进行了大量研究，有谐振学说、声电波学说、场力学说、超导电性学说、半导电性学说等。

谐振学说由物理学家Frohlich提出，目前得到较普遍的承认。谐振学说认为，生物组织中的DNA、RNA，蛋白质等大分子和生物膜均有其固定的振荡频率（5-3000GHz），这个频率正处于毫米波的频率范围（30-300GHz）。因此毫米波作用于这些生物大分子和生物膜时会发生谐振，能量增强，这种谐振能量在机体内传播时可引起一系列生物学效应，如组织的微观结构发生变化，蛋白质、氨基酸和酶的活性发生变化等，从而导致细胞的代谢与功能发生变化。

毫米波疗法对含水组织有较好的亲和力，可改善局部组织的新陈代谢和血液循环，使组织水肿吸收加快，加速病理产物和代谢产物吸收的排泄，从而达到消炎、消肿、止痛等治疗目的。

但其具体应用参数理论基础、生物效应及分子细胞学机制仍不很明确，还需要在其适应症上进行多学科、大样本的临床验证（根据朋友介绍以色列在这一块应用做的相对较好）。

总结下，未来毫米波市场将会是一个持续增长的正向市场，不管是5G，或者是毫米波雷达，还是医疗应用领域，都会持续增长广泛引用，当然毫米波现在还是有些技术问题需要去攻克，这样才能推动整个行业的发展推广。