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5G毫米波(mmWave)释放全部潜能,毫米波标准、频谱基本就绪

毫米波是5G不可或缺的一部分,助力5G释放全部潜能,全球5G毫米波产业蓄势待发。作为5G的最佳搭档,毫米波未来将如何发展?通信世界全媒体与你一起聚焦5G毫米波,共瞻5G毫米波蓄势待发!

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毫米波(mmWave)正在成为5G时代的热门词汇。几年前,毫米波还只是实验室阶段的小众技术,如今,毫米波已经成为全球运营商都在研究和试点的热门技术。

根据3GPP协议规定,5G网络主要使用两段频率:FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz~6GHz,又称Sub-6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz~52.6GHz,通常被称为毫米波。如果说低频段是5G的基础覆盖网络,那么毫米波就是5G重要的热点补盲技术。毫米波将与Sub-6GHz技术相辅相成,共同释放5G的全部潜能。

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覆盖距离短?是劣势也是优势

与Sub-6GHz相比,毫米波具有四大优势:一是毫米波频谱资源丰富,用户体验速率更高;二是技术实现上毫米波通信时延更小;三是毫米波天线小、设备轻、量化容易实现,部署更加方便;四是毫米波由于点对点通信的机理,定位精度较Sub-6GHz更高。

毫米波传播主要以视距传播和非视距传播为主。但是,毫米波传播损耗更大,容易被遮挡,是优势也是劣势。优势在于,在应用中容易形成隔离,便于覆盖的控制,从而实现覆盖岛之间的不同配置。例如,工厂园区覆盖摄像头监控区域可配置为上行优先,而在厂房传送软件下载则可配置为下行优先。劣势在于,在服务2C用户时,由于传播穿透效果差,因此基站覆盖范围小,要实现与Sub-6GHz接近的连续覆盖需要部署更多的站点,所以毫米波仅适合应用于热点区域与Sub-6GHz联合组网使用。

毫米波商业前景广阔

毫米波技术频谱丰富、潜力大、应用前景广阔,但由于当前处在5G产业初期,应用较少,市场空间不明朗。但预计到5G中后期,在Sub-6GHz频段充分应用后,毫米波将是必然选择。毫米波增强5G服务社会的能力是可以预期的,可很大程度上扩展5G系统的服务能力区间,以适应日趋增长的数据流量需求,并激活面向垂直行业的创新,从而促进全社会的数字化转型。

GSMA数据显示,5G毫米波作为高速接入、工业自动化、医疗健康、智能交通、虚拟现实等方面的核心使能技术之一,预计将在2035年之前对全球GDP做出5650亿美元的贡献,占5G总贡献的25%,而在2034年之前,在中国使用5G毫米波频段所带来的经济收益将达到约1040亿美元。

从全球部署情况来看,全球运营商都在积极推进毫米波商用。GSA 6月报告显示,全球有123个运营商在投资毫米波,其中21个运营商正在计划实施或部署5G毫米波网络。根据GSMA的报告,目前北美在应用28GHz(n261)、39GHz(n260)两个频段,规划分配24GHz、47GHz频段。日、韩在用28GHz(n257)频段,并规划40GHz频段,欧洲、澳大利亚与中国均在考虑26GHz(n258)频段。美国、日本、韩国已经开始在商用网络中部署毫米波频段。

毫米波标准、频谱基本就绪

毫米波在频谱和标准方面也基本成形。2019年11月,国际电联世界无线电通信会议(WRC-19)为5G确定了更多的频段,包括24.25~27.5GHz、37~43.5GHz、45.5~47GHz、47.2~48.2GHz和66~71GHz,这为各国规划毫米波频段提供了很好的参考依据。

在标准方面,毫米波标准化程度在R15版本已经相对较高,能够支持商用,已经能充分应用毫米波的大带宽特性,并定义了用户配对、用户跟踪、多载波管理等与Sub-6GHz不同的部分。目前毫米波基站与终端(包括手机与CPE)均有成熟的商用产品。R16版本对毫米波做了增强,进一步进行了优化,通过减少系统开销、增强性能、提高网络覆盖来提升频谱效率,如引入高阶的256QAM调制,同时完善了场景,如采用IAB回传。

毫米波的主要应用场景

毫米波应用主要分为2C和2B两种。

在2C的应用场景中,毫米波更适合应用于业务量密集的街道,如比赛场馆、演出场馆等场景服务手机终端,另外也可以作为回传补充实现IAB,用Backhaul来实现回传达成5G基站的部署,从而扩展网络的服务范围。

基于毫米波在5G网络中的特殊物理特性,运营商普遍对毫米波场景定位有一定的共识,即商业步行街区、各类场馆、车站、机场等的业务极热点。目前绝大部分运营商在做早期的测试验证,部署策略是城市的高业务热点区的容量吸收层。

未来,毫米波由于设备小、易于部署、容量极大、随着技术的更新可以提供单点超过10Gbit/s的速率能力,为应用提供了非常好的传送能力,将加速更逼真影像技术的产生,如全息通信、沉浸式VR云游戏、网联机器人等业务。

例如,2020年初,Verizon就在赛场利用毫米波5G实现了几个4G无法承载的业务:VR实时观赛让观众可以在场内选择不同的视角来利用VR头盔、手机观看比赛;AR赛事解说,利用手机实时与后台的数据分析联动,可以叠加影像来查看球员信息、比赛数据;Verizon还与Fox媒体合作,直接将比赛实况利用5G网络对接卫星分发。

在2B应用中,毫米波以高速率、低时延、容易隔离、定位精度更高的特性,可以应用于智能工厂、园区、码头、交通等领域。此外,毫米波的超大带宽属性也可以应用于实时媒体转播、快速布放监控等业务。

在行业应用方面,欧洲、日本等对毫米波规划了商业应用并积极开展试点,以2B的差异化应用为主,以应用需求为导向,表现出区域性优化特征,配置要求的多样性。毫米波在这类应用场景下,是独立承载业务或作为具备特殊物理特性的网络层来满足部分或某几类终端的应用需求。

Wi-Fi为何不能替代毫米波?

也许有读者问,作为短距离高速率传输技术,Wi-Fi也可以用来配合5G中频段信号补盲,成本也较低,为何非要选择毫米波呢?

对此,一位中国移动专家对记者表示,毫米波与同频段的Wi-Fi相比,由于带宽都很大,所以速率基本相当。但5G毫米波的波束管理、多用户调度、资源分配/负载控制/站间协作/高低频协作等方面的协议和算法更加完善,使得5G毫米波通信的可靠性更高、连续性更好、用户体验更好。2B将是毫米波未来的主要应用场景,2C的室内和室外热点区域也都是毫米波发挥作用的场景,毫米波应用到2B场景中,更可靠、更稳定、更安全。

“Wi-Fi是竞争性接入,在多用户场景下因缺少集中调度,QoS会恶化。而5G毫米波有集中调度能力,而且因为毫米波大带宽和Massive MIMO功能,对多用户并发下的性能支持更好。”一位终端行业的专家表示。

应该说在频谱效率相似的情况下,近距离(室内)通信的速率差异在于带宽大小。如果近距离通信的用户数比较多、移动性比较强,则采用蜂窝网络更有优势、有保障;如果用户数不多,移动性不强,则Wi-Fi的价格更有竞争力。

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