5G频段扩容 毫米波成“兵家必争之地”


5G频段扩容 毫米波成“兵家必争之地”



近期, 著名苹果分析师郭明錤发布报告称, 2020年苹果将发布5款新iPhone, 支持毫米波/sub-6GHz技术, 给一批关注5G毫米波应用的人士带来了小小的惊喜 。
【5G频段扩容 毫米波成“兵家必争之地”】国际标准化组织3GPP把5G频段分为FR1频段和FR2频段, FR1频段就是范围为450MHz—6GHz的sub-6GHz频段, 而FR2频段则是24.25GHz—52.6GHz的毫米波频段 。 因此, 全球5G部署的频段只有两种, sub-6GHz和毫米波 。 不管苹果是否能让预测变为现实, 5G对毫米波频谱资源挖掘的商用前景日渐深入人心 。 2019年世界无线电通信大会(WRC-19大会), 全球移动通信系统协会(GSMA)首席监管官约翰·朱斯蒂(John Giusti)对5G毫米波业务前景撰文:“从2020年到2034年, 在15年的时间里, 对毫米波频谱资源的利用有望推动全球GDP增长5650亿美元 。 ”毫米波因5G受宠无线信号的传播以无线电波的形式存在, 就像车辆必须行驶在路上, 所有的无线电业务都离不开无线电频率, 它以Hz(赫兹)为计量单位 。 如果每个Hz的无线电波是一个琴键, 钢琴的琴键就是全部的无线电频率, 整个无线电频谱被分为9段(频段), 分别有着不同的应用空间 。 如中国信息通信研究院副院长王志勤所言, 频谱是无线移动通信技术发展的基础 。 如果从意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行的无线电通信试验算起, 频谱被认识、开发和利用已超过百年, 在这个不断征服更多频段获得更大带宽的过程中, 5G的出现终于让毫米波成了香饽饽 。 毫米波是指1—10毫米之间的电磁波, 通常对应30GHz—300GHz间的无线电频谱, 目前毫米波主要应用于卫星通信、雷达和军事等领域 。 除了30GHz之内的频谱资源已被运营商和各类机构瓜分殆尽外, 5G使用毫米波的理由简单极了, 因为这部分频谱拥有连续可用的超大带宽, 可以满足5G对超大容量和极高速率的传输需求 。 但是, 频率越高的电磁波传播距离越近, 属于“极高频”的毫米波在传播时有很大的路径损耗, 不但难以穿过建筑或障碍物, 甚至一片叶子、一滴雨水都有可能将它吸收 。 高通中国区董事长孟樸说:“5G几乎将用到包括毫米波在内的全球所有可用的频率, 5G发展的每一阶段都会出现很多新的技术挑战 。 比如, 5G射频将有超过1万种可能的频段组合, 这种复杂性比4G时代高出一个数量级 。 ”而且, 随着新材料、新技术和新工艺的提升, 毫米波在5G时代大规模应用的种种掣肘也将逐步被解决 。 频谱焦点之争未休当中低频段(6GHz以下)可用的频谱资源再难被释放, 毫米波频段成为支撑和保障5G应用的新希望 。 国际电信联盟(ITU)为不久前举办的WRC-19大会专设的1.13议题便聚焦于24.25GHz—86GHz频段范围内的11个候选频段, 寻找5G新增频段 。 1.13议题的重要任务还包括在开展兼容性研究的基础上, 修改相关国际规则或制定保护措施, 以避免5G业务与已使用这个频段范围的卫星通信、地球资源和气候变化监测及射电天文学等无线电业务发生干扰, 求得和谐共存 。 中国代表团5G毫米波议题主要负责人、国家无线电监测中心王坦博士强调, 上述两项任务的结果将对信息通信技术产业产生深远影响, 因此, 5G毫米波议题成为WRC-19大会世界各国及国际组织博弈的主战场 。 虽然此次大会上, 26GHz频段(24.25GHz—27.5GHz)、40GHz频段(37GHz—43.5GHz)以及66GHz—71GHz频段全部或部分标识为全球统一的5G频段, 但围绕这3个频段的使用条件争论未休 。 比如, 全球5G产业极力争取的26GHz频段具有频点低、带宽大、设备实现难度相对较小等优点, 但该频段与卫星地球探测业务相邻, 制定全球统一的5G基站带外无用射频限值, 是降低5G系统干扰可能性的重要技术手段 。 限值越小, 技术指标越严格, 意味着设备器件研发投入、组网成本越高, 频率保护相应也会增加;限值越宽松, 越会对邻频气象业务带来干扰隐患 。 带外射频限值是宽是严, 不仅关系到产业利益和人类观测自然之间的权衡, 也关系到各国战略布局 。 而被细分为3个连续频段的40GHz频段, 分布着各种卫星业务、定位业务、射电天文、空间研究等无线电业务 。 争论的焦点在于, 是把3个频段都用于5G, 还是只明确其中一段 。 中国希望空间和地面产业均衡发展, 将其中一部分用于5G, 认为给卫星产业发展空间与保护其他无线电业务正常运转同样重要 。 商用部署尚待成熟时机适时发布5G毫米波频段频率使用规划, 是引导5G毫米波产业发展的关键 。 按照全球移动通信系统协会(GSMA)大中华区公共政策总经理关舟的预测, 5G毫米波频段落锤, 工信部将很快开启毫米波在国内的规划 。 作为中国毫米波规划工作的重要支撑, 我国IMT-2020(5G)推进组(以下简称推进组)组织的中国5G增强技术研发试验毫米波频段的测试试验中, 全球产业链中的系统、芯片、仪表等主要企业均有不同程度的参与 。 推进组5G试验工作组组长、中国信通院技术与标准研究所副总工程师徐菲称, 测试进展比预期计划大大提前 。 那么, 5G毫米波什么时候才可在我国部署商用?推进组的测试计划划出了大致时间线:2019年8月—12月, 验证5G毫米波关键技术和系统特性;2020年, 计划验证毫米波基站和终端的功能、性能和操作, 开展高低频协同组网验证;2020—2021年, 计划开展典型场景验证 。 从运营商的角度来看, 中国移动研究院首席专家刘光毅在2019年5G毫米波技术创新研讨会上透露, 中国移动已完成5G毫米波关键技术验证, 计划在2022年逐步进行5G毫米波商用 。 显然, 中国的5G毫米波计划不像美国那么激进 。 美国在5G试验和商用部署时使用了毫米波, 中国工程院院士刘韵洁曾分析称, 关键原因在于美国6GHz以下的频段全部归军方使用 。 与美国相反, 中国未陷在频谱“困境”中, 在3GHz和4GHz频段的频谱使用和6GHz以下频段的5G系统、终端设备均领先全球, 为5G初期的大规模快速部署提供了保障 。 毫米波的典型使用场景是自回传, 不需要光纤链路 。 从网络基础设施的角度看, 美国和欧洲部分地区的光纤覆盖远不如中国, 使用微波技术做回传是经济可行的方案 。 因此, 在5G毫米波产业链尚不成熟的情况下, 中国当前的5G部署策略是更为成熟的选择 。 正如工信部部长苗炜所强调的:“尊重市场规律, 推动5G应用渐进式发展 。 5G应用涉及很多新兴领域, 更需要我们不断探索、不断总结, 在培育过程中采取‘沿途下蛋’的策略, 使5G应用不断落地 。 ”

推荐阅读