日前,高通和中興通訊聯合宣布,為配合和支持IMT-2020(5G)推進組制定的支持200MHz載波帶寬的5G毫米波測試和部署需求,雙方成功展示了基于26GHz毫米波頻段200MHz載波信道的雙連接和載波聚合等技術特。這是我國“邁向5G毫米波商用的一項關鍵成果”,同時也為全球毫米波5G產業的進一步發展壯大奠定了基礎。

毫米波5G的產業生態逐漸發展

根據GSA數據,截至2021年8月中旬,全球已有超過160個電信運營商投資于毫米波5G技術,而支持毫米波5G的終端設備已達84款。這些數字均較一年前有大幅度上升,例如在一年前的2020年8月,僅有30余款終端設備支持毫米波5G技術。StrategyAnalytics預測,毫米波5G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%。隨著5G網絡和業務在全球市場的不斷擴展,毫米波5G憑借其技術經濟特,也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。

毫米波5G的技術經濟特點

相較傳統上常用于移動通信的6GHz以下的頻譜資源,毫米波頻段的可用頻譜數量更多、載波帶寬更大。美、韓等國運營商在毫米波頻段都獲得了800MHz的頻譜資源,遠遠超過中低頻段幾十至百兆量級的頻譜帶寬,這為運營商提供可與光纖接入相媲美的接入數據速率奠定了基礎。

另一方面,毫米波頻段的無線傳播特制約了其基站的覆蓋范圍,將顯著影響運營商的網絡建設成本或部署進度。美國Verizon在啟動5G部署兩年之后,其毫米波5G的可用僅為0.7%,而其競爭對手T-Mobile的600MHz5G網絡的可用則已達到36.3%??梢?,毫米波5G并不適用于廣域移動的應用場景。

同時,供應充足而又應用受限的特點也顯著影響了毫米波頻譜的拍賣價格。下表給出了年來部分國家5G頻譜拍賣的單位成本,可見毫米波頻譜的獲取成本遠遠低于中低頻段頻譜,這為電信運營商發展新的業務應用提供了更大的靈活度。

上述特點使毫米波頻段具有獨特的技術經濟特征,既制約了毫米波5G在傳統部署模式中的應用,又使運營商有機會利用毫米波5G開拓新的業務與應用。

毫米波5G助力固定無線寬帶接入發展

得益于靈活的部署能力,固定無線接入一直是有線寬帶接入的有益補充,是寬帶運營商實現“最后一公里”接入的重要技術選項,但受限的帶寬和高昂的使用成本也一直制約著固定無線接入的進一步推廣普及。毫米波5G的技術經濟特點使之可以顯著提升固定無線接入的競爭力,從而為寬帶運營商提供更為靈活的技術和市場選項,也將有助于提升寬帶市場競爭水。

自Verizon啟動毫米波5G部署之后,固定無線接入就是一個重要的應用場景。至2021年8月,Verizon已在全美52個城市提供了基于毫米波5G的家庭寬帶接入服務,同時也將這一寬帶接入服務擴展到了政企市場,在42個城市提供基于毫米波5G的商業寬帶服務。

雖然毫米波頻段的無線電傳播損耗較大,但在固定接入場景下通過提高發射功率和采用高增益天線,仍能實現較遠距離覆蓋,從而可以幫助運營商和消費者克服數字鴻溝,實現普遍服務。美國運營商USCellular就與高通、愛立信等廠商合作,將毫米波5G用于偏遠地區的無線寬帶連接,在距離基站7公里的地點實現了下行1Gbps、上行55 Mbps的均接入速率。

StrategyAnalytics預計,基于5G的固定寬帶無線接入在全球家庭寬帶市場中的占比,將從2020年的0.1%上升至2026年的4.5%,用戶年均復合增長率接95%。

毫米波5G可提供高質量的流量熱點服務

在大型體育比賽、文藝演出、商業展會,以及人流密集的機場、車站等交通樞紐或商業中心區,人流密集且數據流量突發特征明顯,往往會在短時間內產生極高的數據流量,歷來是無線網絡設計和優化的熱點和難點。工作于中低頻段的蜂窩移動通信網絡,由于頻譜總量有限,往往不足以支持突發的高數據流量。Wi-Fi系統雖然頻譜帶寬較寬,但非授權頻譜的特點及其系統接入機制使Wi-Fi系統在面對大量并發接入時,系統效率會急劇下降。而毫米波5G的技術經濟特點使之能夠從容應對突發的高數據流量,成為運營商提供流量熱點服務的有力工具。

在今年2月的美式橄欖球超級碗的比賽場地,美國三大運營商AT&T、Verizon和T-Mobile就分別動用了800MHz、600MHz和400MHz的毫米波頻譜資源,部署5G無線接入系統,從而顯著提升了現場觀眾的使用體驗。據Global Wireless Solutions (GWS)的現場測試結果,AT&T5G網絡的均下載速率達到了1.26 Gbps,Verizon和T-Mobile也分別實現了432 Mbps和388 Mbps的均速率。

當前,2022北京冬奧會正處于緊鑼密鼓的準備之中,高清視頻直播、VR沉浸式體驗等新型應用必將在冬奧會期間得到廣泛采用,這也將對無線通信網絡提出更高要求,而毫米波5G則可在服務奧運的過程中發揮重要作用。

毫米波5G可為工業互聯提供有效支撐

5G服務千行百業已成為社會共識。在政企市場,5G網絡往往需要支持遠程控制、無人運輸、自動缺陷檢測等新型應用,這些應用對網絡能提出了新的要求。比如智慧工廠的無人運輸系統需要網絡支持超高可靠和超低時延,而遠程控制系統則需要將監控視頻實時上傳,對網絡上行帶寬的需要可達1Gbps以上。另一方面,工業園區或廠房車間也都是相對開闊的有限區域,適合毫米波系統揚長避短,發揮大帶寬高速率的優勢,同時把部署和運行成本控制在合理范圍。

Verizon就已經為Corning、WeWorks和美軍的若干軍事基地提供了基于毫米波5G的專用網絡服務。在德、英、日、韓等國,監管機構還在毫米波頻段分配了專供企業用戶申請使用的專用頻譜,供企業部署自有的5G專網。下表列舉了部分在毫米波頻段為企業用戶分配專用5G頻譜的國家或地區??梢灶A見,毫米波5G將在政企專網市場獲得新的發展空間。

毫米波使能新型部署模式

除了直接服務于終端用戶,毫米波5G還可作為回傳鏈路,降低5G網絡部署初期對光纖回傳鏈路的需求,提高部署靈活度。3GPPRelease16中定義了名為“集成接入回傳”(Integrated Access and Backhaul, IAB)的新特,可以在一個載波上同時支持終端用戶接入和為其它基站提供回傳鏈路,并根據實際業務需求在這兩個應用之間靈活調配無線電資源?;貍麈溌凡糠诌€可通過“多跳”的拓撲結構,擴展網絡覆蓋范圍。IAB特既能充分利用毫米波頻段充沛的頻譜資源,又可以較低成本快速提升毫米波5G的網絡覆蓋,有望在未來的毫米波5G部署中發揮重要作用。今年7月,Verizon與愛立信合作,成功進行了IAB特的現場試驗。我們期待看到IAB產業鏈的進一步成熟,從而能為毫米波5G的部署提供更有力的支持。

小結

全球毫米波5G產業生態已趨于成熟。毫米波5G獨特的技術經濟特點使之可以很好地服務于固定寬帶無線接入、流量熱點覆蓋、以及工業互聯等場景,并可利用IAB模式提升自身的網絡覆蓋能力??梢灶A見,隨著5G業務在全球市場的不斷發展,毫米波5G的應用也必將逐漸擴展,成為運營商拓展業務應用和部署模式的得力工具,并為未來6G的研發奠定基礎。