2021年，全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展取得了不俗的成績,。
根據(jù)GSA于8月發(fā)布的數(shù)據(jù),，已有70多個國家及地區(qū)的超過175家運營商，推出了5G商用服務(wù),。還有285家運營商,，正在投資部署5G。
中國的5G建設(shè)步伐,，更是走在了世界的前列,。國內(nèi)5G基站數(shù)已經(jīng)突破百萬，達(dá)到驚人的115.9萬個,，占比全球70%以上,。也就是說，全球每3個5G基站,，就有2個位于中國,。
5G基站
5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，加速了5G在消費互聯(lián)網(wǎng)及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的落地,。尤其是垂直行業(yè)方面,，目前國內(nèi)已經(jīng)擁有超過1萬個5G應(yīng)用案例，覆蓋了工業(yè)制造,、能源電力,、港口礦山、物流運輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域,。
毫無疑問,，5G已經(jīng)成為國內(nèi)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的利器，也是整個社會數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的引擎,。
然而,，就在5G應(yīng)用加速落地的同時,，我們會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的5G技術(shù),，在一些特殊的行業(yè)應(yīng)用場景中，已經(jīng)開始表現(xiàn)出“力不從心”的狀態(tài),。速率,、容量、時延以及可靠性方面,，并不能100%滿足場景的需求,。
這是為什么呢？難道被人們寄予厚望的5G,，還是難當(dāng)大任,？
當(dāng)然不是。之所以會出現(xiàn)5G“力不從心”的情況,，主要原因在于——我們現(xiàn)在只用了“半個5G”,。
相信很多人都知道，5G雖然標(biāo)準(zhǔn)是唯一的,，但頻段卻有兩種,。一種叫Sub-6 GHz頻段，頻率范圍是6GHz以下（準(zhǔn)確來說,，是7.125GHz以下）,。另一種叫毫米波頻段，頻率范圍是24GHz以上,。
2個頻段的范圍對比
我們國內(nèi)目前只商用了Sub-6 GHz頻段的5G,，沒有商用毫米波頻段的5G。所以,，5G的全部能量,，并沒有得到徹底釋放。
█ 毫米波的技術(shù)優(yōu)勢
Sub-6 GHz頻段的5G,，和毫米波頻段的5G,，雖然都是5G，但性能特點差異巨大,。
根據(jù)中學(xué)物理課本上的知識,，無線電磁波，頻率越高,，波長越短,，繞射能力越差。而且,，頻率越高,，穿透損耗越大,。所以，毫米波頻段的5G,，覆蓋能力明顯弱于前者,。這是國內(nèi)沒有第一時間商用毫米波的主要原因，也是人們質(zhì)疑毫米波的理由,。
其實,，這個問題的深層次邏輯和事實真相，和大家的想象并不太一樣,?；蛘哒f，我們對毫米波,，其實存在一些錯誤的偏見,。
首先，從技術(shù)的角度來說,，我們必須擁有一個共識,，那就是——在現(xiàn)有通信基礎(chǔ)理論沒有革命性變化的前提下，想要進(jìn)一步顯著提升網(wǎng)絡(luò)的速率帶寬,，只能在頻譜上做文章,。
向更高的頻段尋求更豐富的頻譜資源，是移動通信技術(shù)發(fā)展的必然選擇?，F(xiàn)在的毫米波是如此,，將來6G可能采用的太赫茲，也是如此,。
目前,，Sub-6 GHz頻段最大100MHz的頻寬（國外有的地方甚至只有10MHz或20MHz），想要實現(xiàn)5Gbps乃至10Gbps的速率,，難度實在太大,。
而5G毫米波，頻帶達(dá)到200MHz-800MHz,，實現(xiàn)上述目標(biāo)就變得容易很多,。
不久前，2021年8月,，高通攜手中興通訊,，實現(xiàn)國內(nèi)首次采用5G SA雙連接（NR-DC），基于26GHz毫米波頻段的200MHz載波信道以及3.5GHz頻段的100MHz帶寬,，合力實現(xiàn)超過2.43Gbps的單用戶下行峰值速率,。
兩家公司還基于26GHz毫米波頻段的四個200MHz載波信道，利用載波聚合技術(shù),，實現(xiàn)了超過5Gbps的單用戶下行峰值速率,。
今年6月,，在MWC巴塞羅那展上，高通利用驍龍X65,，基于n261毫米波頻段的8路聚合（單載波帶寬為100MHz）以及n77頻段的100MHz帶寬,，實現(xiàn)了高達(dá)10.5Gbps的峰值速率。這是目前業(yè)界最快的蜂窩通信速率,。
單載波帶寬100MHz和200MHz就能達(dá)到這樣的效果,，未來基于單載波400MHz、800MHz,，無疑能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)超10Gbps的速率！
除了速率的顯著提升之外,，毫米波的另外一個優(yōu)勢,，就是更低的時延。
因為子載波間隔方面的原因,，5G毫米波的時延可以做到Sub-6GHz的四分之一,。根據(jù)測試驗證，5G毫米波的空口時延可以做到1ms,，往返時延可以做到4ms,，表現(xiàn)極為出色。
毫米波的第三個優(yōu)勢,，就是體積小巧,。
毫米波的波長很短，所以,，它的天線非常短,。這樣一來，毫米波設(shè)備的體積就可以進(jìn)一步縮小,，擁有更高的集成度,。廠商設(shè)計產(chǎn)品的難度有所降低，有利于促進(jìn)基站和終端的更加小型化,。
更加密集的大規(guī)模天線陣列,，更多的天線振子，對波束賦形的運用也極為有利,。毫米波天線的波束可以打得更遠(yuǎn),，抗干擾能力更強(qiáng),，有利于彌補(bǔ)覆蓋劣勢,。
振子越多，波束越窄,，距離越長
毫米波的第四個優(yōu)勢,，就是高精度的定位能力,。
無線系統(tǒng)的定位能力,，和它的波長有密切的關(guān)系。波長越短,，定位精度越高,。
毫米波的定位，可以精確到厘米級甚至更低,。這也是為什么現(xiàn)在很多汽車都在采用毫米波雷達(dá)的原因,。
說完了毫米波的優(yōu)點，我們再回過頭來,，說說毫米波的缺點,。
任何（通信）技術(shù)都有自己的優(yōu)點和缺點。毫米波的缺點,，大家應(yīng)該都很清楚,，就是穿透能力弱，覆蓋距離短,。
前文中,，我們提到，毫米波可以通過波束賦形增強(qiáng)的方式,，增強(qiáng)覆蓋距離,。也就是說，將大量天線的能量都集中到某個方向,，從而使信號向特定的方向增強(qiáng),。
現(xiàn)在的毫米波，都采用了高增益定向陣列天線,，通過多波束技術(shù),，應(yīng)對移動性挑戰(zhàn)。根據(jù)實踐結(jié)果,，支持窄波束的模擬波束賦形,，可以有效克服24GHz以上頻段的顯著路徑損耗。
高增益定向天線陣列
除了波束賦形之外,，毫米波的多波束,，還可以更好地實現(xiàn)波束切換、波束導(dǎo)向和波束追蹤,。
波束切換,，是指終端在持續(xù)變化的環(huán)境中，可以選擇更適合的候選波束,，進(jìn)行合理切換,，達(dá)到更好的信號效果。
波束導(dǎo)向,，則是指終端可以改變上行波束方向,，以匹配來自gNodeB的入射波束方向,。
而波束追蹤，是指終端可以區(qū)分來自gNodeB的不同波束,。波束可以隨著終端的移動而移動,，從而實現(xiàn)很強(qiáng)的天線增益。
毫米波增強(qiáng)的波束管理能力,，可以有效改善信號的可靠性,，實現(xiàn)更強(qiáng)的信號增益。
毫米波還可以采用路徑分集的方式,，通過垂直分集和水平分集,，應(yīng)對阻擋問題。
路徑分集的仿真效果演示
在終端側(cè),，通過終端天線分集,，也可以提升信號的可靠性，緩解手部阻擋問題,，并降低用戶隨機(jī)方位造成的影響,。
終端分集的仿真效果演示
綜上所述,，隨著毫米波反射技術(shù)和路徑分集的深入研究,，通過更先進(jìn)的多波束技術(shù)，已經(jīng)極大地改善了毫米波的覆蓋問題,，實現(xiàn)了非視距（NLOS）傳輸,。毫米波在技術(shù)方面，已經(jīng)解決了此前的瓶頸,，變得越來越成熟,，完全可以滿足商用需求。
在產(chǎn)業(yè)鏈方面,，5G毫米波也遠(yuǎn)比大家想象中更成熟,。
上個月，中國聯(lián)通研究院無線技術(shù)研究中心總監(jiān)李福昌就明確表示：“目前,，毫米波產(chǎn)業(yè)鏈能力已趨于成熟,。”
在年初的MWC上海展上,，國內(nèi)運營商也表示：“在頻譜,、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)的支持下，毫米波已經(jīng)取得積極的商業(yè)化進(jìn)展,，到2022年,，5G毫米波將具備規(guī)模化的商用能力,?！?/p>
█ 毫米波的應(yīng)用場景
說完了毫米波的技術(shù)優(yōu)勢,，我們再來看看它的具體應(yīng)用場景。
眾所周知,，對技術(shù)進(jìn)行運用,，最重要的就是“揚長避短”。也就是說,，一個技術(shù),，要用在最能發(fā)揮它優(yōu)勢的場景下。
5G毫米波的優(yōu)勢是速率,、容量,、時延。所以,，它最適合的地方,，就是機(jī)場、車站,、劇院,、體育館等人員密集場所，以及工業(yè)制造,、遠(yuǎn)程控制,、車聯(lián)網(wǎng)等對時延非常敏感的垂直行業(yè)場景。
從具體的應(yīng)用領(lǐng)域來說,，虛擬現(xiàn)實,、高速接入、工業(yè)自動化,、醫(yī)療健康,、智能交通等，都是5G毫米波的用武之地,。
我們先來看看消費互聯(lián)網(wǎng)場景,。
對于普通個人用戶來說，最大的帶寬需求來自視頻,，最大的時延需求來自于游戲,。對帶寬和時延有雙重需求的，就是VR/AR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實）,。
VR/AR技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展迅速,，包括最近非常火的元宇宙,，也和它們有著密不可分的關(guān)系,。
想要獲得完美的沉浸式體驗，徹底消除眩暈感，VR的視頻分辨率必須在8K以上（甚至16K,、32K）,，時延必須在7ms以內(nèi)。毫無疑問,，5G毫米波是最適合的無線傳輸技術(shù),。
高通和愛立信基于5G毫米波，進(jìn)行了XR測試,，為每位用戶帶來了每秒90幀,、2K×2K分辨率的XR體驗，并實現(xiàn)低于20ms的時延,，下行鏈路平均吞吐量超過50Mbps,。
測試結(jié)果表明，僅部署1個系統(tǒng)帶寬為100MHz的gNodeB,，就可以同時支持6個XR用戶的5G接入,。在未來5G特性的支持下，更有望支持超過12位用戶同時接入,。
XR測試
5G毫米波面向C端消費者用戶的另一個重要應(yīng)用場景,，就是大型體育賽事的直播。
2021年2月,，美國橄欖球賽季總決賽“超級碗”在雷蒙德·詹姆斯體育場舉辦,。
美國知名運營商Verizon在高通的助力下，利用5G毫米波技術(shù),，把該體育場打造成了世界上網(wǎng)速最快的體育場,。
比賽期間,，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)承載了超過4.5TB的總流量,，部分場景下峰值速率高達(dá)3Gbps，約為4G LTE的20倍,。
上行速度方面,，這屆超級碗是全球首個使用5G毫米波上行鏈路傳輸?shù)闹匾愂隆：撩撞ǖ膸Y(jié)構(gòu)靈活,，可以調(diào)整上下行幀配比,，實現(xiàn)更高的上行帶寬。
根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù),，即便是高峰時刻,，5G毫米波都比4G LTE快50%以上。借助強(qiáng)大的上行能力,，球迷可以上傳照片和視頻,，分享比賽精彩瞬間。
Verizon還打造了一款應(yīng)用，支持球迷同時觀看7路串流高清賽事直播,，7個攝像頭從不同角度呈現(xiàn)比賽,。
2022年，第24屆冬奧會將在北京開幕,。屆時,，現(xiàn)場既會有觀眾手機(jī)帶來的接入和流量需求，也會有媒體轉(zhuǎn)播帶來的回傳數(shù)據(jù)需求,。尤其是多路4K高清視頻信號,，全景攝像機(jī)視頻信號（用于VR觀賽），對移動通信網(wǎng)絡(luò)的上行帶寬提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),。
針對這些挑戰(zhàn),，中國聯(lián)通就打算使用5G毫米波技術(shù)，進(jìn)行積極應(yīng)對,。
今年5月,，中興、中國聯(lián)通和高通做過測試,，采用5G毫米波+大上行幀結(jié)構(gòu),，可以將實時采集的8K視頻內(nèi)容實現(xiàn)穩(wěn)定的回傳，并最終在接收端成功接收進(jìn)行回放,。
再來看看垂直行業(yè)應(yīng)用場景,。
5G毫米波在toB方面，應(yīng)用前景更為廣闊,，可以說是如魚得水,。
首先，前面說的VR/AR,，其實也是可以用于toB行業(yè)的,。
例如，工程師可以通過AR,，對異地的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢,，對異地工程師進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，還可以對異地貨物進(jìn)行遠(yuǎn)程驗收,。在疫情期間,，這些應(yīng)用可以幫助企業(yè)解決實際問題，大幅削減成本,。
再看看視頻回傳應(yīng)用?，F(xiàn)在很多工廠生產(chǎn)線都安裝了大量的攝像頭，包括一些用于質(zhì)檢的高清攝像頭,。這些攝像頭通過拍攝大量的高清產(chǎn)品圖片,，進(jìn)行缺陷分析,。
例如，中國商飛公司就通過這種方式,，對產(chǎn)品焊點以及噴涂表面進(jìn)行金屬裂縫分析,。照片拍攝之后，需要上傳到云端或MEC邊緣計算平臺,，需要700-800Mbps的上行速度,。采用5G毫米波大上行幀結(jié)構(gòu)，可以輕松應(yīng)對,。
還有一個和5G毫米波技術(shù)關(guān)系密切的場景,，那就是AGV無人車。
5G毫米波支持AGV運行
AGV其實就是一個小型化的無人駕駛場景,。AGV的定位導(dǎo)航,、調(diào)度避障，對網(wǎng)絡(luò)時延和可靠性要求很高,，對精確定位能力的要求也很高,。大量AGV的實時地圖更新，也對網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了要求,。
采用5G毫米波,，能夠充分滿足AGV應(yīng)用場景的上述要求。
2020年1月,，愛立信和奧迪在瑞典基斯塔的工廠實驗室,，成功地測試了基于5G毫米波的5G uRLLC功能和實際工業(yè)自動化應(yīng)用。
其中,，他們共同構(gòu)建了一個機(jī)器人單元,，采用5G毫米波進(jìn)行連接。
如上圖所示,，機(jī)器人手臂在制造方向盤的時候,，激光幕可以保護(hù)著機(jī)器人單元的開口側(cè)。如果工廠工人伸手進(jìn)來,，基于5G uRLLC的高可靠性,，機(jī)器人將立即停止工作,，避免工人受到傷害,。
這種保證可靠性的即時響應(yīng)，在傳統(tǒng)Wi-Fi或4G中是不可能實現(xiàn)的,。
以上所舉的例子,，只是5G毫米波的部分應(yīng)用場景。除了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域之外,，像智慧醫(yī)療里的遠(yuǎn)程手術(shù),，車聯(lián)網(wǎng)里的無人駕駛，都是5G毫米波的強(qiáng)項。
作為一個擁有高速率,、大容量,、低時延、高可靠性,、高定位精度等諸多優(yōu)點的先進(jìn)技術(shù),，5G毫米波已經(jīng)得到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。
█ 結(jié)語
21世紀(jì),，是屬于數(shù)據(jù)的世紀(jì),。
數(shù)據(jù)中所蘊含的巨大商業(yè)價值，已經(jīng)被世人所認(rèn)可,。如今,，幾乎所有的產(chǎn)業(yè)，都在尋找自身與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,，參與數(shù)據(jù)價值的挖掘,。
以5G為代表的連接技術(shù)，以及以云計算,、大數(shù)據(jù),、人工智能為代表的計算技術(shù)，都是挖掘數(shù)據(jù)價值不可或缺的重要工具,。
充分運用5G,，尤其是毫米波頻段的5G，無異于掌握了一把數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“金鑰匙”,，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)力的革新飛躍,，也能夠在未來的激烈競爭中立于不敗之地。
總而言之,，5G毫米波的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)全面走向成熟,。隨著5G行業(yè)應(yīng)用逐漸走入深水區(qū)，我們應(yīng)該加緊推動5G毫米波的國內(nèi)商用落地,，實現(xiàn)Sub-6與毫米波的協(xié)同發(fā)展,。
唯有如此，我們才能真正釋放5G全部的潛能,，為整個社會注入5G之心,！
