《電子技術(shù)應(yīng)用》
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毫米波會成為突破5G發(fā)展枷鎖的“殺手锏”嗎?

2021-07-13
來源:物聯(lián)網(wǎng)智庫
關(guān)鍵詞: 5G 毫米波

  2019年6月6日,,工信部向中國電信,、中國移動,、中國聯(lián)通,、中國廣電四家運營商頒發(fā)了《基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證》。隨著國內(nèi)5G商用元年的開啟,,大規(guī)模的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)全面啟動,,面向各行各業(yè),基于大寬帶,、海量連接,、低延時、高可靠等特性的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用蓄勢待發(fā),。彼時,,作為物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等美好愿景的強(qiáng)大后盾,,產(chǎn)業(yè)鏈上下游對于5G未來的發(fā)展充滿了無限想象空間,。
  如今,距離5G牌照發(fā)放已經(jīng)過去了兩年光景,。據(jù)工信部6月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,,我國已建成 5G 基站近 85 萬個,形成了全球最大的5G獨立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),5G行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新案例已超過 1 萬個,。在5G的加持下,以4K/8K超高清視頻,、VR/AR,、自動駕駛、無人機(jī),、智能機(jī)器人為代表的應(yīng)用場景快速發(fā)展,。
  然而,在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼推進(jìn),、終端應(yīng)用陸續(xù)爆發(fā)之際,,有限的頻譜資源卻在無形中形成了一道制約5G發(fā)展的“枷鎖”。

  “優(yōu)化存量”與“開墾新地”并行
  無線電頻譜作為自然界存在的一種天然資源,,看不見,、摸不著,但可以作為傳輸載體對符號,、文字,、聲音、圖像等信息進(jìn)行收發(fā),。作為一種固定資源,,無線電頻譜在終端用戶規(guī)模與日俱增的智能時代也變得尤為珍貴,近幾十年來,,無線電頻譜已經(jīng)越來越擁擠,,如何在保障通信技術(shù)迭代及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)上,有效,、合理,、充分利用頻譜資源就成為了通信領(lǐng)域必須面對的難題?! ?/p>

       5G時代,,無線電頻譜資源緊缺的原因主要有三:
  首先是移動通信的代際升級緩慢,加劇了頻譜供求矛盾,。目前,,2G、3G加速退網(wǎng),,但其實5G已經(jīng)開始商用兩年之久了,,各大運營商雖然都在極力扭轉(zhuǎn)2G、3G,、4G,、5G的“四世同堂”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),但2G、3G目前仍占用了部分優(yōu)質(zhì)頻譜資源,,如果無法完全退網(wǎng)就很難騰退頻譜資源,。
  其次是無線電頻譜政策局限,加劇頻譜供求矛盾,。以美國頻譜政策為例,,美國運營商目前部署的5G網(wǎng)絡(luò)主要集中在高頻的毫米波上,因為根據(jù)政策,,優(yōu)質(zhì)的中頻頻段已經(jīng)授予軍方使用,,難以騰退,導(dǎo)致其頻譜資源緊張,。
  最后是高額的頻譜獲取成本,,加劇頻譜供求矛盾。這一點在海外運營商身上更為明顯,,他們在拍賣3G,、4G、5G頻譜上的花費已為其建網(wǎng)帶來了巨大壓力,。國內(nèi)頻譜雖是授予運營商,,但各個運營商之間的博弈也會消耗大量成本。
  如果把無線網(wǎng)絡(luò)比作一片稻田的話,,無線頻譜就是種植這些水稻的土地,。隨著人口增多、糧食需求提升,,想要每個人都“吃飽飯”就需要提高產(chǎn)量,,而面對有限的土地,想要實現(xiàn)高產(chǎn)無非只有兩種途徑——優(yōu)化存量與開墾新地,。
  優(yōu)化存量主要體現(xiàn)在2G,、3G加速退網(wǎng)及運營商頻譜共享兩個層面。

  首先,,2G,、3G退網(wǎng)已成定局,而過去幾年中,,全球運營商在陸續(xù)推進(jìn)2G,、3G減頻退網(wǎng),騰退出頻譜資源給4G和物聯(lián)網(wǎng)使用,,或者將部分4G頻段重耕用于5G,,已取得了一定成效。例如,,中國移動目前所擁有的2.6GHz頻段的5G資源,,其中2575-2635MHz頻段為重耕中國移動已有的4G頻段,。
  第二,頻譜共享模式正在向深水區(qū)探索,,目前主要有兩種方式,,一個是運營商內(nèi)不同網(wǎng)絡(luò)間頻譜共享,目前的技術(shù)發(fā)展完全可以實現(xiàn)不同代際網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜共享,;另一個是不同運營商之間頻譜共享,,“共建共享”已經(jīng)逐漸成為了目前5G發(fā)展的創(chuàng)新模式,例如,,中國電信與中國聯(lián)通分別持有100MHz中頻頻譜,共享后雙方都可以使用200MHz的頻譜資源,。
  開墾新地則是指向著還未開發(fā)且資源豐富的頻段進(jìn)軍,,毫米波脫穎而出。

  為何是毫米波,?
  首先,,最簡單的原因便是毫米波頻段資源豐饒。毫米波一般指頻率在30GHz到300GHz這段范圍內(nèi)的無線電頻譜,,而5G實際所用的頻段則是在24GHz到100GHz之間,,相較于2G、3G,、4G,、WiFi扎堆的Sub-6G頻譜,毫米波頻譜資源的優(yōu)越性毋庸置疑,。
  其次,,毫米波可支持超低時延。5G采用OFDM技術(shù),,會把載波帶寬劃分成一個個的子載波,,同時,在時間上也會分成一個個的時隙,,用子載波和時隙這兩個維度一起來傳數(shù)據(jù),。子載波寬度和時隙長度成反比,毫米波采用的子載波間隔比Sub-6G寬得多,,一般為120KHz,,因此每個時隙的長度就可以很短。而5G是以時隙為單位調(diào)度數(shù)據(jù)的,,時隙長度越短,,意味著5G在物理層的時延越小。
  此外,,毫米波可支持高精度定位,。毫米波有波束賦形的加持,,波束窄、方向性好,,有極高的空間分辨力,,同時由于時延小,可以實現(xiàn)超高精度的定位,。
  毋庸置疑,,基于國內(nèi)頻譜資源現(xiàn)狀及相關(guān)利好政策推動,處于超高頻段的毫米波作為5G時代最具價值潛力的頻譜資源,,于移動產(chǎn)業(yè)及各大運營商而言,,像是一塊資源豐饒且尚未開墾的凈土。
  早在2020年3月,,工信部發(fā)布的《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》中就提出了適時發(fā)布部分5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃,,結(jié)合國家頻率規(guī)劃進(jìn)度安排,組織開展毫米波設(shè)備和性能測試,,為5G毫米波技術(shù)商用做好儲備,。隨后,2021年4月30日,,工信部網(wǎng)站發(fā)布了“公開征求對《5G應(yīng)用”揚(yáng)帆“行動計劃(2021-2023年)》的意見”,,明確提出加強(qiáng)5G頻率資源保障,其中亮點之一是探索新的頻率供應(yīng)制度,,一方面是5G毫米波頻率制度的探索,,另一方面是5G供應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)專用頻率探索。
  然而,,功過參半,,毫米波雖然是5G時代的珍貴資源,但其自身也同樣存在缺點,,致使其發(fā)展速度并未如預(yù)想中氣貫長虹,。其中,覆蓋差則是毫米波的致命弱點——由于毫米波頻率高,,波長短,,自由空間傳播損耗、穿透損耗和繞射損耗大,,且繞射能力差,,導(dǎo)致單小區(qū)覆蓋范圍很小。實測顯示,,即使終端處于視距(LoS)環(huán)境,,毫米波小區(qū)的覆蓋范圍不過100米左右,幾乎與Wi-Fi覆蓋范圍差不多,。
  此外,,毫米波的基站單價,、建設(shè)及運營成本相較Sub-6GHz而言高出很多,而面對毫米波本就需要建設(shè)更多基站的窘境,,高成本無疑進(jìn)一步為其產(chǎn)業(yè)落地增高了門檻,。
  盡管如此,毫米波在5G時代的優(yōu)勢仍舊吸引了產(chǎn)業(yè)鏈上下的高度關(guān)注,,其早日落地商用的呼聲一浪高過一浪,。
  在此背景下,高通公司作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè),,也同樣關(guān)注到了5G毫米波的巨大發(fā)展空間,,并將于7月15日在西安舉辦2021高通5G&AIoT技術(shù)開放日活動,特邀高通技術(shù)專家,、合作伙伴與業(yè)界明星企業(yè)專家,,就5G應(yīng)用趨勢、5G及毫米波技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢,、5G通信模組及終端發(fā)展趨勢等熱點話題及行業(yè)優(yōu)秀案例進(jìn)行分享探討。




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