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(chǎn)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(wù)在韓、美等領(lǐng)先市場已經(jīng)啟用一年左右,媒體、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)速度體驗成為評估的重要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)測速公司OpenSignal于今年6月對韓國運營商的5G網(wǎng)絡(luò)速度進(jìn)行了測試,其結(jié)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(wǎng)絡(luò)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(jī)構(gòu)也公布了自己的網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果。在該測試中,韓國5G網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率是2019年韓國4G網(wǎng)絡(luò)平均下載速率的4倍左右。從這些結(jié)果來看,5G的網(wǎng)絡(luò)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(tuán)體對5G建設(shè)策略的批評。
從數(shù)據(jù)看5G毫米波的機(jī)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(guān)美國5G網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)果顯示,5G毫米波網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率達(dá)到900Mbit/s,約為4G網(wǎng)絡(luò)速度的20倍。OpenSignal于6月的測試結(jié)果也顯示,Verizon的5G毫米波網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率是其4G網(wǎng)絡(luò)速度的18.7倍。可見,在毫米波頻段,5G確實成功兌現(xiàn)了最初的速率承諾,相比4G有了質(zhì)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(wǎng)絡(luò)雖然能夠提供超高的數(shù)據(jù)速率,但其可用性(即網(wǎng)絡(luò)覆蓋率)僅有0.4%,不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用600MHz低頻段部署5G網(wǎng)絡(luò)的T-MobileUSA(22.5%),也遠(yuǎn)低于采用中頻段3.5GHz部署5G網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)覆蓋,運營商網(wǎng)絡(luò)投資將顯著上升,運營商的投資能力和成本結(jié)構(gòu)將會面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
毫米波頻段的挑戰(zhàn)不僅在于網(wǎng)絡(luò),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(shè)備從未工作于如此高的頻段,終端和元器件產(chǎn)業(yè)鏈缺乏對毫米波產(chǎn)品的開發(fā)測試經(jīng)驗,毫米波芯片和元器件的成本、體積、功耗等指標(biāo)都還遠(yuǎn)不如中低頻段的對應(yīng)產(chǎn)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(jīng)正式出貨的185個型號5G智能手機(jī)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(chǎn)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(rèn)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(chǎn)業(yè)界的傳統(tǒng)觀念中,固定無線接入一般僅應(yīng)用于有線寬帶接入基礎(chǔ)設(shè)施無法抵達(dá)的區(qū)域。由于無線接入技術(shù)的帶寬速率一般都低于有線寬帶技術(shù),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(yīng)用可能會改變這一傳統(tǒng)觀念。
從上述網(wǎng)絡(luò)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(jīng)與光纖寬帶基本相當(dāng)。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(jìn)一步增加到800MHz,數(shù)據(jù)速率還將進(jìn)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(yuǎn)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(jīng)濟(jì)指標(biāo),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(chǔ)設(shè)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(wù)市場的競爭水平,推動寬帶服務(wù)市場的良性發(fā)展。尤其考慮到后疫情時代,遠(yuǎn)程辦公、居家學(xué)習(xí)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(jī)遇。
高業(yè)務(wù)密度的室內(nèi)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(jī)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(nèi)產(chǎn)生極高的數(shù)據(jù)流量,對移動網(wǎng)絡(luò)容量構(gòu)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(nèi)和體育場周圍的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)就已試用了多視角重放、VR直播等新型應(yīng)用。隨著這些應(yīng)用的逐漸推廣普及,體育賽事中的數(shù)據(jù)流量有望被進(jìn)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(yīng)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(fù)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)用
今年3月,富士通宣布其獲得了日本第一張5G專網(wǎng)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(wǎng),服務(wù)于智能制造等企業(yè)應(yīng)用。該5G專網(wǎng)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(wǎng)應(yīng)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)。
面向企業(yè)專用的5G網(wǎng)絡(luò)往往需要支持遠(yuǎn)程控制、無人運輸、自動缺陷檢測等新型應(yīng)用,這些應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)支持超高可靠和超低時延,而遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)則需要將監(jiān)控視頻實時上傳,對網(wǎng)絡(luò)上行帶寬的需要達(dá)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(chǔ)
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(jìn)一步的擴(kuò)展。而在關(guān)于6G的早期討論中,THz通信已成為一個重要課題。可以預(yù)見,移動通信產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)部署仍集中于6GHz以下頻段,全球移動通信產(chǎn)業(yè)界對在毫米波頻段部署5G網(wǎng)絡(luò)將面對的技術(shù)和商業(yè)挑戰(zhàn),尚未有完全清晰的理解和認(rèn)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(shù)路線呢?
所以,5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經(jīng)營將是5G后續(xù)演進(jìn)和6G技術(shù)研發(fā)的重要基礎(chǔ)。只有通過5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經(jīng)營,全球移動通信產(chǎn)業(yè)才能獲得高頻段網(wǎng)絡(luò)部署經(jīng)營的第一手經(jīng)驗,才有可能提煉出進(jìn)一步的市場和技術(shù)需求,才有可能指引5G后續(xù)演進(jìn)和6G技術(shù)的研發(fā)。
綜上所述,通過選擇適當(dāng)?shù)牟渴饒鼍埃型浞职l(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(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量,提升高業(yè)務(wù)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(kuò)展業(yè)務(wù)領(lǐng)域,開拓固定無線接入、企業(yè)專網(wǎng)等新興市場。5G毫米波系統(tǒng)的規(guī)模部署和商業(yè)經(jīng)營還能為5G后續(xù)演進(jìn)和6G技術(shù)的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。可以說,毫米波有望從用戶體驗、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和長期演進(jìn)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)
END
作者:StrategyAnalytics 楊光
責(zé)編/版式:王禹蓉
校對/審核:范范
監(jiān)制:劉啟誠
原文標(biāo)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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