5G商用下半场,毫米波是必由之路:但何时商用仍是未知数

通信小匠 2023-02-14
3449 字丨阅读本文需 8 分钟

近日,工信部对我国微波通信系统频率使用规划进行优化调整,通过新增毫米波频段(E波段,71-76GHz/81-86GHz)大带宽微波通信系统频率使用规划等措施,进一步满足5G基站等高容量信息传输(微波回传)场景需求。

“有些地方布设光纤难度较大,所以选择使用微波回传是比较好的。之前,国内微波可用的频段带宽较窄,无法有效满足移动通信基站回传容量需求,现在毫米波高频段上场,会为5G的回传提供强有力的支撑。”GSMA大中华区技术总经理刘鸿对《IT时报》记者表示。

毫无疑问,发挥毫米波频段的大带宽优势,有助于解决在光纤铺设难、成本高区域的5G回传难题,从而会进一步推动我国5G的发展。只是,毫米波5G何时能“走上前台”仍是悬念,运营商何时能继中频段5G商用之后推出毫米波5G商用,仍是未知数。

5G下半场,毫米波走进现实

在调整后的可用频段规划中,可以看到“71-76GHz / 81-86GHz”赫然在列,而众所周知,毫米波(mmWave)是波长约为1-10毫米、频率范围为30-300GHz的电磁波,因此,可以预见的是,在今后几年中,毫米波将会是发挥及完善5G网络和应用的一个重要方向。

在4G和5G之前,移动通信很少对高频率频谱进行利用,而随着移动互联网和物联网的飞速发展,诸如AR/VR、车联网等新业务的数据量和用户数呈现指数增长的井喷态势,对移动数据流量的需求也呈现爆炸式增长,充足的频谱资源成为保障更高速率数据传输的必要条件。

目前,国内的5G主要为Sub-6GHz频段,而伴随着5G渗透率的进一步提高和应用场景的快速拓展,用户对于5G的需求已经开始向着更加细分的领域拓展,未来将逐渐从低频转向低频和毫米波等高频并重的模式,从而实现5G的最优体验。然而,目前Sub-6GHz的频谱资源已经分配殆尽,很难再找到连续的大带宽频谱来支撑移动通信超高数据传输速率,而毫米波频段有丰富的带宽资源,还可以极大提高通信速率,这些特点为超高速通信业务提供了可能。例如,eMBB用例的数据速率可达10Gb/s,是4G的100倍,鉴于小于6Ghz的频谱已经全部分配,所以超过6Ghz的频谱,特别是在毫米波范围中的频谱就成为应对eMBB用例的绝佳选择。

不过,与5G的其他低频段相比,毫米波技术在落地上面临着诸多难题,频率衰减大导致传输距离有限、不支持没有直射径的场景、高密度部署成本高等问题成为阻拦毫米波商用的几座“大山”。然而,任何一项技术都有优缺点,毫米波也是一样。

首先,毫米波频谱资源充足,能够缓解全球中低频段频谱资源枯竭的困境;其次,毫米波的连续大带宽能够满足应用场景对与容量和性能等方面的要求;此外,毫米波具有天线体积小、设备轻量化等特点,更易于网络部署;最后,毫米波的波束窄、方向性好,能够提升定位的精度。

当前,我国已经建成全球最大的5G网络,而6G网络预计也会在2030年商用,6G时代将通过天地海一体化组网,将实现全域无缝的网络覆盖,这些未来应用也都给毫米波提供了广阔的应用空间,很多政策也都在为毫米波的发展提供良好的条件。

两年前,工信部等十部门联合印发了《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,明确提出未来三年我国5G发展的目标,今年更是该计划的收官之年。在该计划中,就曾提出有关毫米波的相关规划,包括:适时发布5G毫米波频率规划,探索5G毫米波频率使用许可实行招标制度,加快轻量化5G芯片模组和毫米波器件的研发及产业化等。其中,5G产业基础强化行动还提出要组织开展5G毫米波基站研发和端到端测试,加快技术和产品成熟,奠定5G毫米波商用的产业基础。

中频段“单打”难持续

2019年,美国、韩国、中国相继拉开5G商用的帷幕,在技术路线上有着明显差异。

中国坚定选择在中频段部署5G,监管部门只给运营商分配了中频段频率资源。韩国运营商也偏爱中频段,虽然它们通过拍卖时获得了Sub-6GHz频段和28GHz毫米波频段资源,但是实际部署过程中,毫米波频段几乎处于“闲置”状态。所以在2022年11月,韩国科学和信息通信技术部“痛下杀手”,取消了韩国电信(KT)和LG U+这两家运营商的28GHz频段频率分配。

中频段是提供5G的不错选择,因为它既有高容量(支持大规模多输入、多输出或者MIMO)又有良好的覆盖范围,在大多数市场都可以使用。而且结合低频FDD 5G载波,它可以提供全覆盖和移动性。从实际情况来看,选择走中频段路线的韩国和中国,5G发展更为迅速。

和中国、韩国不同,美国5G一开始走的是毫米波技术路线,FWA(固定无线接入)成为美国5G主要应用。5G FWA主要是通过在用户附近部署5G基站,再由5G天线发射波束连接用户家中的5G CPE终端设备,将5G网络信号转换为WiFi或LAN网络连接,然后多个终端设备便可连接5G网络。FWA 5G一定程度上可以解决光纤施工困难的问题,为地广人稀的区域提供灵活快速的宽带及WiFi覆盖,目前已经成为美国移动运营商抢占家庭宽带市场的重要手段。

与此同时,中频段5G近两年来在美国发展非常快速。根据爱立信去年11月份发布的移动市场报告,预计2022年底,美国中频段5G人口覆盖率将达到80%左右,这远远超出全球平均水平,比如在欧洲,中频段5G覆盖率在15%左右。

毫无疑问,在5G上半场阶段,中频段5G更具优势,推动5G用户规模快速提升、应用快速拓展。但随着时间的推移,仅靠中频段已经无法满足5G行业应用需求,未来会转向中频、毫米波以及低频相互结合的模式,从而实现5G的最优体验。

毫米波是必由之路

相比目前在建的5G基站,5G毫米波具有400兆、600兆丰富的频谱资源,RTT环回低于4毫秒的时延和小巧便捷的外观,意味着我们能够用上更高速率、更低时延的网络,上网的体验也会有质的飞跃。

但毫米波是属于较高频率的无线电频段,容易被遮挡且传播损耗更大,加上如今毫米波组网和业务能力尚未得到进一步验证,设备体系并不完善,因此围绕5G毫米波的应用也在近年来争议不断。

与此同时,5G毫米波的相关标准和关键技术仍处于测试阶段,比如移动于2019年完成了5G毫米波关键技术验证;中兴通讯于2021年底首次完成了5G毫米波基站全部功能和外场性能测试项目;电信表示5G“下半场”将结合自身实际需求,展开毫米波射频、性能测试的标准化工作。可以看出5G毫米波距离真正的商用登场仍需一段时间。

在不久前举行的2023ICT趋势年会上,刘鸿表示:“消费者和企业客户的痛点呼唤5G毫米波”。尤其是企业客户方面,目前5G使用痛点包括“上行带宽不足”“网络容量受限”等,而且企业客户对于网络延迟的确定性有着明确和较高的要求,对于定位能力的要求较高,如自动驾驶、自主移动、物品追踪等。

“不管是从消费者还是企业客户的痛点来看,5G毫米波是非常重要且非常适合的解决方案”,刘鸿说道。

随着时间的推移,毫米波的优势越来越受到重视。如:毫米波频谱资源充足,能够缓解全球中低频段频谱资源枯竭的困境;连续大带宽能够满足应用场景对于容量和性能等方面的要求;毫米波的波束窄、方向性好,能够提升定位的精度等等。

中国联通研究院无线技术研究中心总监李福昌曾表示,随着高容量、高效率、低时延业务发展,通信频段必然向毫米波方向延伸,5G移动通信的基本架构将采用低中频段+毫米波频段相结合的通信方式。

中国通信标准化协会副理事长兼秘书长闻库也曾表示,5G毫米波大带宽、低时延等特性,将助力千行百业完成行业数字化转型。

毫无疑问,5G毫米波是5G发展的必然趋势,同时也是5G向6G发展的必经之路。在全球移动数据流量暴增的态势下,最直接的方法是扩大频谱或提高频率,而6GHz以下频谱非常有限,只能向更高的频率要资源,也就是使用5G毫米波。

何时商用仍是未知数

虽然毫米波上场是确定之事,但是何时上场目前仍是未知之事。

相比目前在建的5G基站,5G毫米波具有400兆、600兆丰富的频谱资源,RTT环回低于4毫秒的时延和小巧便捷的外观,意味着我们能够用上更高速率、更低时延的网络,上网的体验也会有质的飞跃。

但毫米波是属于较高频率的无线电频段,容易被遮挡且传播损耗更大,加上如今毫米波组网和业务能力尚未得到进一步验证,设备体系并不完善,因此围绕5G毫米波的应用也在近年来争议不断。

与此同时,5G毫米波的相关标准和关键技术仍处于测试阶段,比如移动于2019年完成了5G毫米波关键技术验证;中兴通讯于2021年底首次完成了5G毫米波基站全部功能和外场性能测试项目;电信表示5G“下半场”将结合自身实际需求,展开毫米波射频、性能测试的标准化工作。可以看出5G毫米波距离真正的商用登场仍需一段时间。

业界曾普遍预期我国会在2022年实现5G毫米波商用。“2022年,在5G推进组的指导下,多家产业链企业先后完成5G毫米波独立组网技术验证和外场性能测试验证”,一位业内人士说道。

只是预期没有成为现实,2022年,主管部门并未向电信运营商分配毫米波频段。

目前来看,26GHz会是我国毫米波5G的主力频段,另外还有39GHz。“我国一定会把毫米波用起来,毫米波频段已经清理出来用于开展实验。”刘鸿表示。

今年我国是否会分配毫米波频段?

2023年是我国《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》的收官之年,这份行动计划中提出“适时发布5G毫米波频率规划,探索5G毫米波频率使用许可实行招标制度”“组织开展5G毫米波基站研发和端到端测试,加快技术和产品成熟,奠定5G毫米波商用的产业基础”。

但目前来看,业界对于2023年我国5G毫米波频段分配及商用,仍未有定论。

“华为5G Advanced预计会在2024年开始进入商用阶段,而毫米波频段是实现5G Advanced愿景不可或缺的频段。当前毫米波产业链日趋成熟,一旦5G毫米波在中国开始部署,相信会有比较快速、比较好的发展。”刘鸿说道。

文章来源: IT时报,物联网智库,通信瞭望

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