淺析毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

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(méi)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(yùn)營(yíng)商在全球范圍內(nèi)部署了毫米波5G系統(tǒng)，美國(guó)、日本和韓國(guó)重點(diǎn)在28GHz頻段部署了商用網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)美國(guó)還在考慮26GHz頻段商業(yè)化的情況?？傮w而言，毫米波產(chǎn)業(yè)尚未成熟，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備廠商而言，機(jī)遇與挑戰(zhàn)相伴相生。為探究毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)度，解決毫米波在發(fā)展過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)，展望毫米波產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，通信世界全媒體記者采訪了中國(guó)移動(dòng)研究院無(wú)線與終端技術(shù)研究所高級(jí)研究員張儷。

毫米波具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)

與6GHz以下頻段相比，毫米波具有頻譜豐富、時(shí)延小等優(yōu)勢(shì)。張儷表示，第一，毫米波頻譜資源豐富，載波帶寬可達(dá)400MHz/800MHz，無(wú)線傳輸速率可達(dá)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(zhǎng)短、天線尺寸小，大規(guī)模陣列的小型化、輕量化更易于實(shí)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(shí)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(shí)消除室內(nèi)外干擾。

毫米波最大的特點(diǎn)是大帶寬。在張儷看來(lái)，相較6GHz以下頻段，毫米波可提供更高的用戶體驗(yàn)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(jìn)一步提升5G網(wǎng)絡(luò)能力?？紤]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(bǔ)充、熱點(diǎn)覆蓋及固定無(wú)線接入等多類場(chǎng)景，如公網(wǎng)室內(nèi)高容量熱點(diǎn)場(chǎng)景，如機(jī)場(chǎng)、火車站、大型商圈等；公網(wǎng)室外高容量熱點(diǎn)覆蓋，如遮擋不嚴(yán)重可舉行大型集會(huì)的廣場(chǎng)、體育場(chǎng)館、核心主干道等；行業(yè)網(wǎng)上/下行高流量、低時(shí)延需求，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、高鐵站點(diǎn)、媒體、醫(yī)療等；固定無(wú)線接入FWA場(chǎng)景，解決獨(dú)棟或多層公寓商鋪的無(wú)線寬帶服務(wù)等。此外還有其它應(yīng)用場(chǎng)景有待進(jìn)一步探索。

“但我們?nèi)孕杩吹?，毫米波頻段傳播損耗大、覆蓋能力偏弱，因此連續(xù)覆蓋難度大，應(yīng)用場(chǎng)景受限?！睆垉珡?qiáng)調(diào)，這會(huì)導(dǎo)致毫米波網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)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(shí)高頻段器件相對(duì)6GHz以下頻段的器件功耗效率低，將導(dǎo)致整機(jī)功率效率偏低。總體來(lái)看，不論是運(yùn)營(yíng)商的毫米波組網(wǎng)方案，還是設(shè)備廠商的成本控制都會(huì)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(shí)延等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)毫米波定位較為清晰，即應(yīng)用于公網(wǎng)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)及高流量、低時(shí)延需求的高價(jià)值行業(yè)網(wǎng)。在張儷看來(lái)，美國(guó)由于5G初期無(wú)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(guó)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(guó)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(zhǔn)備。

具體而言，全球自2018年上半年啟動(dòng)毫米波頻譜拍賣，目前已有北美、亞太、歐洲等多個(gè)區(qū)域進(jìn)行了毫米波頻段的頻譜分配，如美國(guó)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(guó)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(guó)家已經(jīng)完成頻譜拍賣工作。中國(guó)臺(tái)灣在2020年1月完成28GHz頻譜拍賣。張儷表示，WRC-19大會(huì)為IMT劃分了17.25GHz頻段，我國(guó)涵蓋了26GHz頻段和40GHz頻段，共9.75GHz帶寬頻率，目前國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)是26GHz（24.75GHz～27.5GHz）。

“目前3GPP已經(jīng)完成了Rel-15、Rel-16兩個(gè)版本的協(xié)議制定工作，并在進(jìn)行Rel-17的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作?！睆垉硎?，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(jī)制，天線端口的準(zhǔn)共址映射關(guān)系、層一的RSRP測(cè)量與上報(bào)、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(duì)毫米波的系統(tǒng)配置進(jìn)行了降低時(shí)延與開銷的優(yōu)化工作，在Rel-17中針對(duì)移動(dòng)性、更多場(chǎng)景以及更高頻段正在展開研究工作。具體的商用時(shí)間、商用版本和各國(guó)的頻率分配策略、時(shí)間相關(guān)，需要參考各個(gè)地區(qū)的政策法規(guī)而定。

毫米波的成熟尚需時(shí)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(dāng)前仍處于5G產(chǎn)業(yè)初期，毫米波的成熟尚需時(shí)間。張儷認(rèn)為，毫米波在技術(shù)方案、電性能指標(biāo)、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(guó)產(chǎn)芯片的量產(chǎn)能力有待驗(yàn)證，目前主要集中于高校及研究所開發(fā)，亟待推動(dòng)國(guó)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(jī)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(chǎng)推廣，有待進(jìn)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(cè)試方案方面，毫米波的基站測(cè)試技術(shù)與6GHz以下頻段存在較大差異，部分性能、指標(biāo)和可靠性測(cè)試方案還需進(jìn)一步完善。

但張儷認(rèn)為，毫米波增強(qiáng)5G服務(wù)公眾、服務(wù)社會(huì)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益研究》中預(yù)測(cè)，2020—2034年，毫米波5G對(duì)全球GDP的貢獻(xiàn)將呈指數(shù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2034年將為全球GDP貢獻(xiàn)5650億美元、貢獻(xiàn)稅收達(dá)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(wú)線接入、高清視頻通信、虛擬/增強(qiáng)/混合現(xiàn)實(shí)），5G前傳/回傳，以及服務(wù)垂直行業(yè)如交通運(yùn)輸（火車和公共汽車）、制造/工業(yè)自動(dòng)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(guó)移動(dòng)積極推動(dòng)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(jī)及CPE）的端到端測(cè)試，測(cè)試涵蓋直射徑覆蓋能力、穿透能力、速率時(shí)延等多類指標(biāo)。此外，中國(guó)移動(dòng)結(jié)合試點(diǎn)及測(cè)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(duì)比分析多種基站硬件架構(gòu)，并調(diào)研國(guó)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(jìn)行了充分的技術(shù)積累。
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