5G使用的頻段分為6GHz以下頻段及毫米波。在6GHz以下頻段，超高速、大容量通信沒有得到明顯改善，而這些特性都符合毫米波波段特性。如今，5G建設(shè)如火如荼，毫米波自然引起業(yè)界關(guān)注。
根據(jù)2020年8月的數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)有22家運營商在全球范圍內(nèi)部署了毫米波5G系統(tǒng)，美國、日本和韓國重點在28GHz頻段部署了商用網(wǎng)絡(luò)。同時美國還在考慮26GHz頻段商業(yè)化的情況。總體而言，毫米波產(chǎn)業(yè)尚未成熟，對于運營商及設(shè)備廠商而言，機遇與挑戰(zhàn)相伴相生。為探究毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展進度，解決毫米波在發(fā)展過程中遇到的挑戰(zhàn)，展望毫米波產(chǎn)業(yè)的未來，通信世界全媒體記者采訪了中國移動研究院無線與終端技術(shù)研究所高級研究員張儷。
毫米波具備多項優(yōu)勢
與6GHz以下頻段相比，毫米波具有頻譜豐富、時延小等優(yōu)勢。張儷表示，第一，毫米波頻譜資源豐富，載波帶寬可達400MHz/800MHz，無線傳輸速率可達10Gbit/s以上；第二，毫米波波束窄、方向性好，有較高的空間分辨力；第三，毫米波波長短、天線尺寸小，大規(guī)模陣列的小型化、輕量化更易于實現(xiàn)；第四，毫米波子載波間隔大，單SLOT周期（120kHz）是低頻Sub-6G（30kHz）的1/4，空口時延降低，可滿足行業(yè)需求；第五，毫米波室內(nèi)外隔離好，更有利于室內(nèi)外使用不同幀結(jié)構(gòu)時消除室內(nèi)外干擾。
毫米波最大的特點是大帶寬。在張儷看來，相較6GHz以下頻段，毫米波可提供更高的用戶體驗速率，可滿足公網(wǎng)及行業(yè)用戶超大容量并發(fā)的業(yè)務(wù)需求，進一步提升5G網(wǎng)絡(luò)能力。考慮到毫米波頻段損耗大，穿透和繞射能力差，易受外界環(huán)境影響，覆蓋距離受限，適用于反射徑豐富及空曠少隔離的區(qū)域，一般被用于容量層的補充、熱點覆蓋及固定無線接入等多類場景，如公網(wǎng)室內(nèi)高容量熱點場景，如機場、火車站、大型商圈等；公網(wǎng)室外高容量熱點覆蓋，如遮擋不嚴重可舉行大型集會的廣場、體育場館、核心主干道等；行業(yè)網(wǎng)上/下行高流量、低時延需求，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、高鐵站點、媒體、醫(yī)療等；固定無線接入FWA場景，解決獨棟或多層公寓商鋪的無線寬帶服務(wù)等。此外還有其它應(yīng)用場景有待進一步探索。
“但我們?nèi)孕杩吹剑撩撞l段傳播損耗大、覆蓋能力偏弱，因此連續(xù)覆蓋難度大，應(yīng)用場景受限?！睆垉珡娬{(diào)，這會導(dǎo)致毫米波網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對基站產(chǎn)品技術(shù)要求較高，在目前尚未形成規(guī)模的情況下，設(shè)備及整體建網(wǎng)成本高。同時高頻段器件相對6GHz以下頻段的器件功耗效率低，將導(dǎo)致整機功率效率偏低?？傮w來看，不論是運營商的毫米波組網(wǎng)方案，還是設(shè)備廠商的成本控制都會面臨更大挑戰(zhàn)。
全球5G毫米波研究如火如荼
由于毫米波具備大帶寬、低時延等技術(shù)優(yōu)勢，目前電信運營商對毫米波定位較為清晰，即應(yīng)用于公網(wǎng)業(yè)務(wù)熱點及高流量、低時延需求的高價值行業(yè)網(wǎng)。在張儷看來，美國由于5G初期無6GHz以下頻譜規(guī)劃，先行以毫米波發(fā)展FWA（固定接入）業(yè)務(wù)為主，隨后提供eMBB業(yè)務(wù)，但部署規(guī)模有限，覆蓋連續(xù)性有待優(yōu)化。日韓、歐洲等區(qū)域正在規(guī)劃商業(yè)應(yīng)用。各國以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，表現(xiàn)出區(qū)域性特征，部署策略多種多樣。國內(nèi)也正在積極開展毫米波頻譜規(guī)劃及技術(shù)研究工作，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)做準備。
具體而言，全球自2018年上半年啟動毫米波頻譜拍賣，目前已有北美、亞太、歐洲等多個區(qū)域進行了毫米波頻段的頻譜分配，如美國于2020年完成24GHz（24.25GHz～24.45/24.75GHz～25.25GHz）、28GHz（27.5GHz～28.35 GHz）、37GHz（37GHz～38.6GHz）、39GHz（38.6GHz～40GHz）以及47GHz（47.2GHz～48.2GHz）頻譜拍賣，為5G商用部署提供了充足的頻率資源。韓國于2019年完成28GHz（26.5GHz～29.5GHz）頻譜拍賣，歐洲毫米波頻譜集中在26GHz（24.25GHz～27.5GHz），部分國家已經(jīng)完成頻譜拍賣工作。中國臺灣在2020年1月完成28GHz頻譜拍賣。張儷表示，WRC-19大會為IMT劃分了17.25GHz頻段，我國涵蓋了26GHz頻段和40GHz頻段，共9.75GHz帶寬頻率，目前國內(nèi)研究的重點是26GHz（24.75GHz～27.5GHz）。
“目前3GPP已經(jīng)完成了Rel-15、Rel-16兩個版本的協(xié)議制定工作，并在進行Rel-17的標準化制定工作。”張儷表示，其中Rel-15的毫米波系統(tǒng)完成了基本功能的定義，包括基于多波束的同步與接入機制，天線端口的準共址映射關(guān)系、層一的RSRP測量與上報、波束失敗恢復(fù)等與毫米波波束管理和傳輸相關(guān)的技術(shù)。在Rel-16中，針對毫米波的系統(tǒng)配置進行了降低時延與開銷的優(yōu)化工作，在Rel-17中針對移動性、更多場景以及更高頻段正在展開研究工作。具體的商用時間、商用版本和各國的頻率分配策略、時間相關(guān)，需要參考各個地區(qū)的政策法規(guī)而定。
毫米波的成熟尚需時間
毫米波技術(shù)頻譜資源豐富、可挖掘潛力深、應(yīng)用前景廣闊，當前仍處于5G產(chǎn)業(yè)初期，毫米波的成熟尚需時間。張儷認為，毫米波在技術(shù)方案、電性能指標、產(chǎn)品成熟度、成本等方面有待逐步優(yōu)化。在芯片方面，5G毫米波國產(chǎn)芯片的量產(chǎn)能力有待驗證，目前主要集中于高校及研究所開發(fā)，亟待推動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟。此外，毫米波功放等器件效率低，導(dǎo)致整機功耗高，不利于規(guī)模商用。
在基站設(shè)備方面，毫米波應(yīng)用技術(shù)和成熟度不高，設(shè)備成本目前偏高，不利于市場推廣，有待進一步研究降本方案；在終端設(shè)備方面，支持毫米波的終端種類和數(shù)量仍需豐富；在測試方案方面，毫米波的基站測試技術(shù)與6GHz以下頻段存在較大差異，部分性能、指標和可靠性測試方案還需進一步完善。
但張儷認為，毫米波增強5G服務(wù)公眾、服務(wù)社會的能力是可以預(yù)期的。GSMA在《在毫米波頻段提供5G服務(wù)的社會經(jīng)濟效益研究》中預(yù)測，2020—2034年，毫米波5G對全球GDP的貢獻將呈指數(shù)增長態(tài)勢，2034年將為全球GDP貢獻5650億美元、貢獻稅收達1520億美元，歐盟在2019年10月發(fā)布的《關(guān)于使用毫米波頻段在歐盟部署5G生態(tài)系統(tǒng)的研究》中指出，毫米波5G可用于提供大容量的eMBB服務(wù)（固定無線接入、高清視頻通信、虛擬/增強/混合現(xiàn)實），5G前傳/回傳，以及服務(wù)垂直行業(yè)如交通運輸（火車和公共汽車）、制造/工業(yè)自動化、電網(wǎng)通信、智慧城市、醫(yī)療應(yīng)用、公共安全等。
張儷表示，中國移動積極推動毫米波技術(shù)的成熟，配合工信部開展了一系列室外站+商用終端（智能手機及CPE）的端到端測試，測試涵蓋直射徑覆蓋能力、穿透能力、速率時延等多類指標。此外，中國移動結(jié)合試點及測試，同步深入研究了毫米波室外傳播模型及波束賦形方案，對比分析多種基站硬件架構(gòu)，并調(diào)研國內(nèi)外芯片及設(shè)備產(chǎn)業(yè)能力，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進行了充分的技術(shù)積累。
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