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导读: 虽然毫米波在各国商业路线分歧犹在,但毫米波终究会成为5G竞争的主战场,而对我国而言,补齐中高频尤其是毫米波产业的短板,也是我国增强5G产业竞争力的必经之路。

5G强大的能力和丰富的连接场景势必会激发各行各业的应用。而满足这些需求仅仅依靠中、低频段是无法实现的,这就需要高、中、低频协同工作,在不同场景下不断创造更佳的用户体验。为此,尽早推动毫米波产业发展和成熟对于5G的成功商用非常重要。毫米波带宽大,可以满足5G高速传输要求。波束窄,可应用于雷达系统,波束窄可以看到更多细节。对于5G来讲,波束窄意味着可以做天线数量更多的天线阵列,增强信号。然而,毫米波在室外部署现阶段难度较大。对于设备的精度要求更高,这无疑会增加建设和维护成本,包括手机。在“提速降费”大背景下,显得有点格格不入。

5G发展:毫米波将是必经之路

毫米波将是5G发展的必经之路

当然严格来说,所谓的毫米波(mmWave)更确切的是指EHF频段,它是频率范围横跨30GHz至300GHz的电磁波,如果从波长来定义,30GHz的电磁波波长为10毫米,而300GHz的电磁波波长则仅为1毫米。但根据FR2频段的播放来计算,24.25GHz的波长已经超过10毫米,虽然我们将它称作毫米波,但许多人认为它更应该划入厘米波的范畴。毫米波曾是蛮荒之地,但现在它却是通向5G最好的桥梁。

相较于LTE所采用的6GHz以下频段,毫米波天生的技术优势让人没有再拒绝的可能。从带宽来看,6GHz频段以下的LTE最大可用带宽仅为100MHz,这意味着数据速率至高只能满足1Gbps的下行。但毫米波频段移动应用最大带宽达到了400MHz,传输速率能够达到10Gbps甚至更多,在以快为先的5G时代,这样的带宽表现才能满足用户的期待。

毫米波本身由于传播距离比6GHz以下频率更短,因此在整个传播路径下,它的定向性将会更具优势,这使得毫米波信号间受到干扰的可能性将会变得更小,传播的精度有所提高。另外,窄波束本身由于传播距离短,它被远距离截获的可能性将变得更低,在通讯安全方面,也有着无可比拟的优势。

5G发展:毫米波将是必经之路

毫米波5G布局中的重要作用

在我国,《2019年全国无线电管理工作要点》明确,将会在2019年适时发布5G系统部分毫米波频段频率使用规划,引导5G系统毫米波产业发展。这将利于支撑2019 年毫米波预商用试验及2020年毫米波大规模商业部署。

毫米波5G的高性能不止于带宽、速率。3.5 GHz频段的TDD 5G有着很好的时延表现(小于5毫秒),但还达不到极低时延,而毫米波5G的时延则可以做到1毫秒——由此,大规模开展一些新兴移动通信服务(360°高/超高清视频、行业应用、FWA)所需的容量、带宽、时延,只有24 GHz以上的毫米波5G系统才能够提供。目前,Telia试验的毫米波5G应用包括:eSports、VR、对远程数据中心进行实时质量分析、为港口附近的游轮提供网络接入等。

毫米波对于5G商用而言,是不可或缺的。这是全球所有移动通信运营商基础网络运营商的共识。ITU召开的世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国代表提出强烈要求把一些毫米波频谱资源识别用于5G。WRC-15最后决议设立5G高频段议题1.13,将针对24.25-86 GHz频段内的11个5G毫米波候选频段开展研究,为5G及其演进的未来发展寻找新的频谱资源。这标志着5G频谱全面迈入毫米波时代。

从运营商们发布的毫米波5G技术试验结果看来,网络吞吐、峰值速率、单用户体验速率、时延等均能满足ITU对于5G系统的关键性能指标要求。在进行毫米波5G技术试验的过程中,运营商、设备商、芯片商、测试测量厂商等逐渐形成共识:未来的5G网络架构必须异构多层且能支持全频段接入的低频、中频、毫米波频段无线协作组网。

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毫米波现阶段的难题

毫米波用在移动通信是5G的目标,不过目前在技术上还有很多问题,穿透障碍物和反射的损耗太大,初期可用于室内或没有遮挡的固定无线宽带接入上,能否广泛用在手机上还看技术的进步,估计要到五年以后。

由于面临诸多技术和设计挑战,很多人都认为毫米波在移动终端和网络中的应用是不切实际且不可实现的。

①毫米波能量发散比较快,容易衰弱,无法传播到很远;

②毫米波频谱容易被楼宇、人体等阻挡、反射和折射;

③毫米波受限于很多空间因素,衰减非常快。

④形成波束后,如果只有一个波束,波束的方向又不变,一旦手机的位置有变动,信号就无法传到基站。

因此,波束必须要通过波束导向技术不断调整,指向传输对象的方向。同时,手机持有者的位置不断移动,基站相对于人的位置也在变,这就需要波束追踪技术来时刻追踪天线移动的位置,并让波束做出相应的调整。

5G发展:毫米波将是必经之路

我国布局的整体环境与现状

我国5G初期会侧重于使用中频段完成5G网络的大规模覆盖,后期再开始建设毫米波网络提升网络容量,这种组网方式更符合我国的商业环境。目前,我国的高频产业几乎没有,中频的器件还算相对成熟,先在中频商用会有利于国内产业发展。

中高频器件主要是指工作在3GHz-6GHz以及6GHz频段以上的滤波器、放大器、天线、射频等器件,基站、终端设备需要依赖这些器件实现信号的接收、发射、处理。这一领域的设计、制造、封装等产业基本被美国、日本企业垄断。中高频器件产业在国内主要集中在军工领域,由于存在一些军民融合障碍,民用产业一直非常薄弱,而且长期面临严密的技术封锁。国内的关键技术、制造工艺、产能都比国外落后很多。

国内5G器件,从2017年开始跟国内终端企业对接,从前期的仿真,到现在不断地测试、修改,现在两年过去了,依然还停留在测试、修改阶段,流程很漫长。并没有哪个整机企业真的想下功夫打造一个能够应对制裁风险的供应链体系。国产器件,还没有给国产相应的机会,尚未进入供应链体系。

5G发展:毫米波将是必经之路

毫米波未来发展预期

GSMA在2018年12月发布的报告《毫米波5G的社会经济效益(2020-2034年)》显示,保守预计,2034年一年,全球2.2万亿美元的GDP中有5650亿美元(约合人民币3.8万亿元)将是由毫米波5G贡献的——占到由(全频谱)5G所创造价值的25%。

调研公司Reportlinker在3月中旬发布最新报告,预计2019-2027年全球毫米波技术市场将以30.64%的年复合增长率上升——其中主要驱动力之一是“毫米波5G的商用普及”。

预计从2017-2025年,毫米波5G无线单元的出货量将呈快速增长态势。2017年与2018年,毫米波5G都有出货,从频段(27.5-29.5 GHz)和时间点看来,估计很可能是Verizon基于其“V5G”技术规范在28 GHz频段所部署的“5G”毫米波固定无线接入网;从2019年到2025年,毫米波5G网络商用部署(符合3GPP R15标准)将会快速铺开。

5G发展:毫米波将是必经之路

总结

5G技术正将再一次推动全人类全产业的进步,无论是工业领域还是普通人的生活,都将因此而改变。在频谱资源进一步被压榨的当下,毫米波技术最终也将登上历史舞台,承担起提供更优质网络的重任。

虽然毫米波在各国商业路线分歧犹在,但毫米波终究会成为5G竞争的主战场,而对我国而言,补齐中高频尤其是毫米波产业的短板,也是我国增强5G产业竞争力的必经之路。

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