5G毫米波的機會和挑戰(zhàn)

毫米波是5G不可或缺的一部分，助力5G釋放全部潛能，全球5G毫米波產業(yè)蓄勢待發(fā)。作為5G的最佳搭檔，毫米波未來將如何發(fā)展？通信世界全媒體與你一起聚焦5G毫米波，共瞻5G毫米波蓄勢待發(fā)。

至2020年年中，5G商用業(yè)務在韓、美等領先市場已經啟用一年左右，媒體、監(jiān)管機構以及產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的參與者都在回顧和評估5G的實際市場表現(xiàn)，網絡速度體驗成為評估的重要指標。網絡測速公司OpenSignal于今年6月對韓國運營商的5G網絡速度進行了測試，其結果顯示韓國三大運營商SKTelecom、KT、LGU+的5G下載速率分別為220.4Mbit/s、214.8Mbit/s和237.2Mbit/s，分別是它們4G網絡下載速率的3.5倍、4.8倍和5.2倍。今年8月韓國監(jiān)管機構也公布了自己的網絡測試結果。在該測試中，韓國5G網絡的平均下載速率是2019年韓國4G網絡平均下載速率的4倍左右。從這些結果來看，5G的網絡速度較4G有了大幅度提高，但距離最初宣傳的10~20倍速率提升仍有較大距離，所以也引起了一些消費者團體對5G建設策略的批評。

從數(shù)據(jù)看5G毫米波的機會和挑戰(zhàn)

不過，OpenSignal和Speedtest同期在美國市場的測試給出了不同的信息。Speedtest在今年第二季度有關美國5G網絡的測試結果顯示，5G毫米波網絡的平均下載速率達到900Mbit/s，約為4G網絡速度的20倍。OpenSignal于6月的測試結果也顯示，Verizon的5G毫米波網絡的平均下載速率是其4G網絡速度的18.7倍?？梢姡诤撩撞l段，5G確實成功兌現(xiàn)了最初的速率承諾，相比4G有了質的提升。

然而，這些測試也顯示出目前5G毫米波發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。OpenSignal的測試報告指出，Verizon的5G毫米波網絡雖然能夠提供超高的數(shù)據(jù)速率，但其可用性（即網絡覆蓋率）僅有0.4%，不僅遠遠低于采用600MHz低頻段部署5G網絡的T-MobileUSA(22.5%)，也遠低于采用中頻段3.5GHz部署5G網絡的韓國運營商(12.5%~15.4%)。

毫米波頻段確實能為運營商帶來超大的頻譜帶寬，從而實現(xiàn)超高的數(shù)據(jù)速率，但這也導致無線電波傳輸損耗顯著增大，從而使單基站的覆蓋面積明顯小于工作于中低頻段的5G基站。一方面其會制約網絡覆蓋，影響用戶體驗，另一方面也意味著如要實現(xiàn)大范圍連續(xù)網絡覆蓋，運營商網絡投資將顯著上升，運營商的投資能力和成本結構將會面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

毫米波頻段的挑戰(zhàn)不僅在于網絡，對于終端生態(tài)也同樣如此。在5G之前，蜂窩移動通信終端設備從未工作于如此高的頻段，終端和元器件產業(yè)鏈缺乏對毫米波產品的開發(fā)測試經驗，毫米波芯片和元器件的成本、體積、功耗等指標都還遠不如中低頻段的對應產品。根據(jù)StrategyAnalytics近日發(fā)布的研究報告，至今年7月，全球市場上已經正式出貨的185個型號5G智能手機中，只有23款支持毫米波頻段，且均使用高通公司的基帶芯片和射頻組件。高通是目前唯一能夠提供商用毫米波芯片組和射頻子系統(tǒng)的芯片廠商。雖然明年華為、三星和聯(lián)發(fā)科可能都會推出毫米波芯片組和射頻子系統(tǒng)，但5G毫米波的終端芯片生態(tài)發(fā)展仍落后于中低頻段產品。

場景化部署可助力5G毫米波揚長避短

可見，毫米波頻段的優(yōu)勢和短板同樣突出。為有效利用這一頻段，實現(xiàn)商業(yè)成功，需要揚長避短，針對性地選擇最適合的部署場景。目前業(yè)界較為公認的適用于5G毫米波系統(tǒng)的部署場景包括如下幾類。

固定無線接入

在產業(yè)界的傳統(tǒng)觀念中，固定無線接入一般僅應用于有線寬帶接入基礎設施無法抵達的區(qū)域。由于無線接入技術的帶寬速率一般都低于有線寬帶技術，而無線電頻譜的稀缺性又使無線接入系統(tǒng)相對有線寬帶不具有成本優(yōu)勢，這些都制約了固定無線接入系統(tǒng)在家庭和企業(yè)寬帶市場的競爭力。但是，5G毫米波的應用可能會改變這一傳統(tǒng)觀念。

從上述網絡測試中可以看出，5G毫米波系統(tǒng)的平均數(shù)據(jù)速率已經與光纖寬帶基本相當。而且這一數(shù)據(jù)還是在帶寬400MHz條件下測得的，如果5G系統(tǒng)帶寬進一步增加到800MHz，數(shù)據(jù)速率還將進一步提升，從而使無線接入系統(tǒng)能夠提供與光纖寬帶媲美的速率體驗。而另一方面，近年來各國5G頻譜拍賣的情況顯示，毫米波頻譜的平均價格要遠低于中低頻段頻譜(如圖1所示)。

可見，毫米波頻段充沛的頻譜資源不但有效提升了用戶體驗，也改善了無線接入系統(tǒng)的經濟指標，使固定無線接入系統(tǒng)在性能和價格方面更具競爭力。加之無線系統(tǒng)天然具有的對基礎設施依賴小、可快速靈活部署特點，基于5G毫米波的固定無線接入系統(tǒng)有望提升寬帶接入服務市場的競爭水平，推動寬帶服務市場的良性發(fā)展。尤其考慮到后疫情時代，遠程辦公、居家學習等需求上升，基于5G毫米波的固定無線接入系統(tǒng)更可能迎來嶄新的發(fā)展機遇。

高業(yè)務密度的室內外開闊空間

在大型體育比賽、文藝演出、商業(yè)展會以及人流密集的機場、車站等交通樞紐或商業(yè)中心區(qū)，人流密集且數(shù)據(jù)流量突發(fā)特征明顯，往往會在短時間內產生極高的數(shù)據(jù)流量，對移動網絡容量構成極大壓力。例如2020年2月，美國Verizon報告稱，在邁阿密舉行的第54屆美式橄欖球超級碗比賽期間，球迷在體育場內和體育場周圍的網絡上共使用了21.5TB數(shù)據(jù)流量，這比2017年第51屆超級碗期間的流量幾乎翻了一番。而2018年韓國平昌冬奧會期間，體育場館內就已試用了多視角重放、VR直播等新型應用。隨著這些應用的逐漸推廣普及，體育賽事中的數(shù)據(jù)流量有望被進一步推高。

在這種情況下，一方面，5G毫米波的大帶寬、大容量優(yōu)勢就得以顯現(xiàn)。通過在體育場、交通樞紐、密集市中心、購物區(qū)等人流密集區(qū)域部署5G毫米波系統(tǒng)，可以幫助運營商應對流量激增，提升用戶體驗。另一方面，這些部署場景往往面積有限，且相對開闊，沒有復雜的障礙物，有利于規(guī)避毫米波系統(tǒng)覆蓋面積小、繞射能力差的弱點，使運營商在提升網絡容量的同時，又能將部署和運營成本控制在合理水平。

企業(yè)和園區(qū)應用

今年3月，富士通宣布其獲得了日本第一張5G專網牌照，并將在川崎縣的富士通辦公區(qū)和櫪木縣的富士通工廠中部署5G專網，服務于智能制造等企業(yè)應用。該5G專網將工作于28.0GHz~28.3GHz的毫米波頻段。去年7月，英國OFCOM也宣布將為5G專網應用分配局域共享頻譜，包括將24.25GHz~26.5GHz的毫米波頻段開放，用于室內環(huán)境下的共享接入，支持企業(yè)用戶采用該頻段，部署自己的專用5G網絡。

面向企業(yè)專用的5G網絡往往需要支持遠程控制、無人運輸、自動缺陷檢測等新型應用，這些應用對網絡性能提出了新的要求。比如智慧工廠的無人運輸系統(tǒng)需要網絡支持超高可靠和超低時延，而遠程控制系統(tǒng)則需要將監(jiān)控視頻實時上傳，對網絡上行帶寬的需要達1Gbit/s以上。同時，工業(yè)園區(qū)或廠房車間也都是相對開闊的有限區(qū)域，適合毫米波系統(tǒng)揚長避短，發(fā)揮大帶寬、高速率的優(yōu)勢，同時把部署和運行成本控制在合理范圍。

5G毫米波的部署和商業(yè)化將為6G研發(fā)奠定基礎

目前，3GPP已決定在Release17中將5GNR的工作頻率拓展至52.6GHz~71GHz，在未來版本中，5GNR的工作頻率還有可能得到進一步的擴展。而在關于6G的早期討論中，THz通信已成為一個重要課題?？梢灶A見，移動通信產業(yè)仍將不斷探索和開拓更高頻段的頻譜資源。

截至目前，全球主流蜂窩網絡部署仍集中于6GHz以下頻段，全球移動通信產業(yè)界對在毫米波頻段部署5G網絡將面對的技術和商業(yè)挑戰(zhàn)，尚未有完全清晰的理解和認識。在這種情況下，又如何能討論確定更高頻段上的市場需求和技術路線呢？

所以，5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經營將是5G后續(xù)演進和6G技術研發(fā)的重要基礎。只有通過5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經營，全球移動通信產業(yè)才能獲得高頻段網絡部署經營的第一手經驗，才有可能提煉出進一步的市場和技術需求，才有可能指引5G后續(xù)演進和6G技術的研發(fā)。

綜上所述，通過選擇適當?shù)牟渴饒鼍?，有望充分發(fā)揮毫米波頻段的優(yōu)勢，同時控制部署和運行成本。5G毫米波不但能擴大網絡容量，提升高業(yè)務量區(qū)域的用戶體驗，使用戶真正感受到5G的高速率，而且還能幫助運營商擴展業(yè)務領域，開拓固定無線接入、企業(yè)專網等新興市場。5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經營還能為5G后續(xù)演進和6G技術的研發(fā)奠定基礎。可以說，毫米波有望從用戶體驗、產業(yè)發(fā)展和長期演進等多個維度幫助5G“快”起來，從而開啟5G發(fā)展的新階段。

（本文來源：《通信世界》2020年第26期，總第854期）

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作者：StrategyAnalytics 楊光

責編/版式：王禹蓉

校對/審核：范范

監(jiān)制：劉啟誠

原文標題：5G毫米波專題 | 他山之石：毫米波將開啟5G發(fā)展新階段

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