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毫米波會成為突破5G發展枷鎖的“殺手锏”嗎?

2021-07-13
來源:物聯網智庫
關鍵詞: 5G 毫米波

  2019年6月6日,工信部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電四家運營商頒發了《基礎電信業務經營許可證》。隨著國內5G商用元年的開啟,大規模的5G網絡建設全面啟動,面向各行各業,基于大寬帶、海量連接、低延時、高可靠等特性的產業應用蓄勢待發。彼時,作為物聯網、人工智能等美好愿景的強大后盾,產業鏈上下游對于5G未來的發展充滿了無限想象空間。
  如今,距離5G牌照發放已經過去了兩年光景。據工信部6月發布的數據顯示,我國已建成 5G 基站近 85 萬個,形成了全球最大的5G獨立組網網絡,5G行業應用創新案例已超過 1 萬個。在5G的加持下,以4K/8K超高清視頻、VR/AR、自動駕駛、無人機、智能機器人為代表的應用場景快速發展。
  然而,在5G網絡基礎設施建設如火如荼推進、終端應用陸續爆發之際,有限的頻譜資源卻在無形中形成了一道制約5G發展的“枷鎖”。

  “優化存量”與“開墾新地”并行
  無線電頻譜作為自然界存在的一種天然資源,看不見、摸不著,但可以作為傳輸載體對符號、文字、聲音、圖像等信息進行收發。作為一種固定資源,無線電頻譜在終端用戶規模與日俱增的智能時代也變得尤為珍貴,近幾十年來,無線電頻譜已經越來越擁擠,如何在保障通信技術迭代及產業應用創新發展的基礎上,有效、合理、充分利用頻譜資源就成為了通信領域必須面對的難題。  

       5G時代,無線電頻譜資源緊缺的原因主要有三:
  首先是移動通信的代際升級緩慢,加劇了頻譜供求矛盾。目前,2G、3G加速退網,但其實5G已經開始商用兩年之久了,各大運營商雖然都在極力扭轉2G、3G、4G、5G的“四世同堂”網絡結構,但2G、3G目前仍占用了部分優質頻譜資源,如果無法完全退網就很難騰退頻譜資源。
  其次是無線電頻譜政策局限,加劇頻譜供求矛盾。以美國頻譜政策為例,美國運營商目前部署的5G網絡主要集中在高頻的毫米波上,因為根據政策,優質的中頻頻段已經授予軍方使用,難以騰退,導致其頻譜資源緊張。
  最后是高額的頻譜獲取成本,加劇頻譜供求矛盾。這一點在海外運營商身上更為明顯,他們在拍賣3G、4G、5G頻譜上的花費已為其建網帶來了巨大壓力。國內頻譜雖是授予運營商,但各個運營商之間的博弈也會消耗大量成本。
  如果把無線網絡比作一片稻田的話,無線頻譜就是種植這些水稻的土地。隨著人口增多、糧食需求提升,想要每個人都“吃飽飯”就需要提高產量,而面對有限的土地,想要實現高產無非只有兩種途徑——優化存量與開墾新地。
  優化存量主要體現在2G、3G加速退網及運營商頻譜共享兩個層面。

  首先,2G、3G退網已成定局,而過去幾年中,全球運營商在陸續推進2G、3G減頻退網,騰退出頻譜資源給4G和物聯網使用,或者將部分4G頻段重耕用于5G,已取得了一定成效。例如,中國移動目前所擁有的2.6GHz頻段的5G資源,其中2575-2635MHz頻段為重耕中國移動已有的4G頻段。
  第二,頻譜共享模式正在向深水區探索,目前主要有兩種方式,一個是運營商內不同網絡間頻譜共享,目前的技術發展完全可以實現不同代際網絡之間的頻譜共享;另一個是不同運營商之間頻譜共享,“共建共享”已經逐漸成為了目前5G發展的創新模式,例如,中國電信與中國聯通分別持有100MHz中頻頻譜,共享后雙方都可以使用200MHz的頻譜資源。
  開墾新地則是指向著還未開發且資源豐富的頻段進軍,毫米波脫穎而出。

  為何是毫米波?
  首先,最簡單的原因便是毫米波頻段資源豐饒。毫米波一般指頻率在30GHz到300GHz這段范圍內的無線電頻譜,而5G實際所用的頻段則是在24GHz到100GHz之間,相較于2G、3G、4G、WiFi扎堆的Sub-6G頻譜,毫米波頻譜資源的優越性毋庸置疑。
  其次,毫米波可支持超低時延。5G采用OFDM技術,會把載波帶寬劃分成一個個的子載波,同時,在時間上也會分成一個個的時隙,用子載波和時隙這兩個維度一起來傳數據。子載波寬度和時隙長度成反比,毫米波采用的子載波間隔比Sub-6G寬得多,一般為120KHz,因此每個時隙的長度就可以很短。而5G是以時隙為單位調度數據的,時隙長度越短,意味著5G在物理層的時延越小。
  此外,毫米波可支持高精度定位。毫米波有波束賦形的加持,波束窄、方向性好,有極高的空間分辨力,同時由于時延小,可以實現超高精度的定位。
  毋庸置疑,基于國內頻譜資源現狀及相關利好政策推動,處于超高頻段的毫米波作為5G時代最具價值潛力的頻譜資源,于移動產業及各大運營商而言,像是一塊資源豐饒且尚未開墾的凈土。
  早在2020年3月,工信部發布的《關于推動5G加快發展的通知》中就提出了適時發布部分5G毫米波頻段頻率使用規劃,結合國家頻率規劃進度安排,組織開展毫米波設備和性能測試,為5G毫米波技術商用做好儲備。隨后,2021年4月30日,工信部網站發布了“公開征求對《5G應用”揚帆“行動計劃(2021-2023年)》的意見”,明確提出加強5G頻率資源保障,其中亮點之一是探索新的頻率供應制度,一方面是5G毫米波頻率制度的探索,另一方面是5G供應互聯網專用頻率探索。
  然而,功過參半,毫米波雖然是5G時代的珍貴資源,但其自身也同樣存在缺點,致使其發展速度并未如預想中氣貫長虹。其中,覆蓋差則是毫米波的致命弱點——由于毫米波頻率高,波長短,自由空間傳播損耗、穿透損耗和繞射損耗大,且繞射能力差,導致單小區覆蓋范圍很小。實測顯示,即使終端處于視距(LoS)環境,毫米波小區的覆蓋范圍不過100米左右,幾乎與Wi-Fi覆蓋范圍差不多。
  此外,毫米波的基站單價、建設及運營成本相較Sub-6GHz而言高出很多,而面對毫米波本就需要建設更多基站的窘境,高成本無疑進一步為其產業落地增高了門檻。
  盡管如此,毫米波在5G時代的優勢仍舊吸引了產業鏈上下的高度關注,其早日落地商用的呼聲一浪高過一浪。
  在此背景下,高通公司作為行業領軍企業,也同樣關注到了5G毫米波的巨大發展空間,并將于7月15日在西安舉辦2021高通5G&AIoT技術開放日活動,特邀高通技術專家、合作伙伴與業界明星企業專家,就5G應用趨勢、5G及毫米波技術進展和發展趨勢、5G通信模組及終端發展趨勢等熱點話題及行業優秀案例進行分享探討。




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