毫米波與Sub-6GHz優勢互補,賦能千行百業
當前,推動5G毫米波發展成為各國共識,美國、韓國、日本以及歐洲等國家和地區已率先實現5G毫米波商用。中國也在積極推動5G毫米波發展,逐步打造5G毫米波融入千行百業的外部條件。
在賦能千行百業的應用過程中,毫米波更適合與Sub-6GHz頻段結合使用,Sub-6GHz頻段提供覆蓋,5G毫米波提供容量,優勢互補之下可進一步賦能千行百業。
全球已有160家運營商投資毫米波技術
隨著5G網絡和業務在全球市場的不斷擴展,5G毫米波憑借其技術經濟特性必將成為電信運營商拓展業務應用和網絡部署模式的得力工具。根據GSA數據,截至2021年8月中旬,全球已有超過160家電信運營商投資5G毫米波技術,而支持5G毫米波的終端設備已達84款。這些數字均較一年前有大幅度上升,在一年前的2020年8月,僅有30余款終端設備支持5G毫米波技術。
行業分析機構也對毫米波終端給出積極預測。GSMA預測,在2021年發布的智能手機中支持毫米波技術的將超100種,相較于去年有近10倍增長,并且支持毫米波的FWA CPEs設備也將超50種。Strategy Analytics預測,5G毫米波智能手機在全球智能機銷售中的占比將從2020年的2%,上升至2026年的14.8%。
毫米波標準還在持續演進,目前已完成的5G第二個版本R16項目有集成接入及回傳(IAB)、增強型波束管理、節電特性、雙連接優化、定位等。在R17以及未來版本項目中,還可能會實現優化IAB支持分布式部署、優化的網絡覆蓋和波束管理、拓展頻譜支持、eMBB之外的全新用例、定位增強等。
毫米波頻譜劃分也是全球關注的焦點。毫米波可以作為一種有效的解決方案,滿足增強型移動數據服務的需求,而如果使用其他頻譜,將帶來更大的挑戰或者更高的成本。2019年,國際電聯世界無線電通信會議(WRC-19)為5G確定了更多的頻段,包括24.25~27.5GHz、37~43.5GHz、45.5~47GHz、47.2~48.2GHz和66~71GHz。
毫米波主要應用于三大類場景
相較于4G,5G不僅是網速更快。GSMA大中華區技術總經理劉鴻表示,5G毫米波有六大技術優勢,包括頻率資源豐富、易于與波束賦形技術相結合、可實現極低時延、可支持高密度小區部署、可進行高精度定位、設備集成度高等。根據覆蓋范圍,GSMA發布的《5G毫米波技術白皮書》大致將5G毫米波的應用分為3個方面:室內覆蓋、室外覆蓋、固定無線寬帶接入。
室外覆蓋一直是運營商優先考慮的場景,典型的室外場景主要有UMi和UMa兩種。UMi典型場景包括密集城區的街道、高山滑雪賽道和較開闊的廣場;UMa場景是較為典型的宏基站部署場景,但由于其站間距一般較大,如果運營商在室外毫米波應用場景下仍希望提供連續覆蓋,需要進一步評估站間距。
室內覆蓋將是5G毫米波的重點覆蓋領域,據統計在4G移動網絡中有80%的數據交換發生在室內,據此測算用戶在5G毫米波中的數據交換將不少于85%。室內覆蓋細化分為3個領域:辦公室、商用場所(商場、火車站、飛機場)、大型場館。辦公室場景下的典型網絡需求包括多方電話/視頻會議、數據下載和云存儲等,對數據傳輸的穩定性和時延性要求較高;對于商用場所而言,其室內面積很大且相對空曠、阻擋物少、用戶密度高、流量需求大,因此對毫米波的要求是在提供高速率的同時,滿足室內高吞吐量需求;大型場館主要為上下行高容量、高速率業務,以視頻類業務為主。
在固定無線寬帶接入方面,毫米波的覆蓋方式是目前較為成熟的,也是成本較為低廉的一種。毫米波系統可以提供高達800MHz帶寬、10Gbit/s的系統峰值速率,使毫米波可以作為無線回傳鏈路。例如毫米波可用于LTE/5G低頻基站的回傳,或者通過毫米波CPE為家庭或企業提供寬帶服務。
此外,5G毫米波在工業領域有較多應用場景,可以廣泛應用在大帶寬、低時延場景中。例如在遠程操控機械臂時,任何一個動作指令都需要得到最快的反饋,這時就需要應用毫米波技術。通過高清攝像頭和人工智能實現的工業質檢,也可以由毫米波技術提供攝像頭與邊緣云之間的高速連接。此外,毫米波還能提供更高精度的定位,通過優化可以達到一米左右甚至厘米級定位精度。
我國毫米波產業發展逐步成熟
5G毫米波具有帶寬資源豐富、時隙短、波長極短、易與波束賦形技術結合的特點,可實現密集化部署、高精度定位等,但也有信號衰減大、易受阻擋、傳輸距離短、對硬件要求高等缺點。因此,目前我國部署5G毫米波系統主要依托4G、5G中頻大網,作為大網的容量補充和能力提升,提供eMBB和uRLLC業務。
在頻譜劃分方面,我國早已開展試點工作。工信部在2017年7月批復24.75~27.5GHz和37~42.5GHz頻段用于我國5G技術研發毫米波試驗頻段,試驗地點為中國信息通信研究院MTNet試驗室以及北京懷柔、順義的5G技術試驗外場。2021年7月13日,十部門聯合印發的《5G應用“揚帆”行動計劃(2021-2023年)》提出,適時發布5G毫米波頻率規劃,探索5G毫米波頻率使用許可實行招標制度。
在政策支持下,我國主要設備廠家均能提供毫米波關鍵功能支持,在24.75~27.5GH頻段、NSA/SA組網、800MHz帶寬上下行同時工作、MU-MIMO能力、DSUUU幀結構等關鍵功能方面,國內廠家研發進度要快于國外廠家。終端也逐步支持5G毫米波,華為、中興、OPPO已有支持24.25~27.5GHz頻段CPE終端可用于網絡測試,vivo、OPPO等也正在推進手機終端開發,可保證在試驗頻率許可后具備產品化能力。
據了解,今年8月27日中興攜手高通成功測試了毫米波AAU網絡基礎設備。9月3日,華為攜手行業伙伴完成了全球首個5G高低頻CA(載波聚合)技術的實驗室測試,實現單用戶下載速率5.2Gbit/s。在我國龍頭企業不斷取得進展的同時,三大運營商也正在開展相關試驗,建設試點網絡,為5G毫米波在2022年北京冬奧會上做好示范準備。
雖然發展勢頭良好,但目前我國毫米波產業發展還存在多方面問題。如目前我國毫米波產業鏈相對國外還比較薄弱;當前毫米波設備核心技術和核心器件國產化程度低,規格和具體指標有待統一;部分功能如波束管理、移動性等有待進一步完善;系統能力距離需求有一定差距,相對于Sub-6GHz的優勢不明顯。
但總體來看,毫米波全球產業鏈已具備商用能力,設備功能和性能尚需完善,終端能力有待提高。具體而言,從目前對毫米波設備進行理論分析和實驗室端網對接測試的情況來看,毫米波單用戶下行峰值接近理論,但上行峰值由于支持載波數較少,上行單用戶速率距離運營商的需求有一定的差距;在小區容量方面,毫米波在多用戶MIMO空分復用上支持程度不高,設備研發和實際性能有待進一步提高;從行業發展的角度看,我國需要進一步聚焦業務領域,明確毫米波應用場景,并且從融合組網角度對毫米波的業務能力進行驗證,以充分發揮毫米波業務能力優勢,促進網絡部署和產業發展。