日前,高通和中兴通讯联合宣布,为配合和支持IMT-2020(5G)推进组制定的支持200MHz载波带宽的5G毫米波测试和部署需求,双方成功展示了基于26GHz毫米波频段200MHz载波信道的双连接和载波聚合等技术特。这是我国“迈向5G毫米波商用的一项关键成果”,同时也为全球毫米波5G产业的进一步发展壮大奠定了基础。

毫米波5G的产业生态逐渐发展

根据GSA数据,截至2021年8月中旬,全球已有超过160个电信运营商投资于毫米波5G技术,而支持毫米波5G的终端设备已达84款。这些数字均较一年前有大幅度上升,例如在一年前的2020年8月,仅有30余款终端设备支持毫米波5G技术。StrategyAnalytics预测,毫米波5G智能手机在全球智能机销售中的占比,将从2020年的2%,上升至2026年的14.8%。随着5G网络和业务在全球市场的不断扩展,毫米波5G凭借其技术经济特,也必将成为电信运营商拓展业务应用和网络部署模式的得力工具。

毫米波5G的技术经济特点

相较传统上常用于移动通信的6GHz以下的频谱资源,毫米波频段的可用频谱数量更多、载波带宽更大。美、韩等国运营商在毫米波频段都获得了800MHz的频谱资源,远远超过中低频段几十至百兆量级的频谱带宽,这为运营商提供可与光纤接入相媲美的接入数据速率奠定了基础。

另一方面,毫米波频段的无线传播特制约了其基站的覆盖范围,将显著影响运营商的网络建设成本或部署进度。美国Verizon在启动5G部署两年之后,其毫米波5G的可用仅为0.7%,而其竞争对手T-Mobile的600MHz5G网络的可用则已达到36.3%。可见,毫米波5G并不适用于广域移动的应用场景。

同时,供应充足而又应用受限的特点也显著影响了毫米波频谱的拍卖价格。下表给出了年来部分国家5G频谱拍卖的单位成本,可见毫米波频谱的获取成本远远低于中低频段频谱,这为电信运营商发展新的业务应用提供了更大的灵活度。

上述特点使毫米波频段具有独特的技术经济特征,既制约了毫米波5G在传统部署模式中的应用,又使运营商有机会利用毫米波5G开拓新的业务与应用。

毫米波5G助力固定无线宽带接入发展

得益于灵活的部署能力,固定无线接入一直是有线宽带接入的有益补充,是宽带运营商实现“最后一公里”接入的重要技术选项,但受限的带宽和高昂的使用成本也一直制约着固定无线接入的进一步推广普及。毫米波5G的技术经济特点使之可以显著提升固定无线接入的竞争力,从而为宽带运营商提供更为灵活的技术和市场选项,也将有助于提升宽带市场竞争水

自Verizon启动毫米波5G部署之后,固定无线接入就是一个重要的应用场景。至2021年8月,Verizon已在全美52个城市提供了基于毫米波5G的家庭宽带接入服务,同时也将这一宽带接入服务扩展到了政企市场,在42个城市提供基于毫米波5G的商业宽带服务。

虽然毫米波频段的无线电传播损耗较大,但在固定接入场景下通过提高发射功率和采用高增益天线,仍能实现较远距离覆盖,从而可以帮助运营商和消费者克服数字鸿沟,实现普遍服务。美国运营商USCellular就与高通、爱立信等厂商合作,将毫米波5G用于偏远地区的无线宽带连接,在距离基站7公里的地点实现了下行1Gbps、上行55 Mbps的均接入速率。

StrategyAnalytics预计,基于5G的固定宽带无线接入在全球家庭宽带市场中的占比,将从2020年的0.1%上升至2026年的4.5%,用户年均复合增长率接95%。

毫米波5G可提供高质量的流量热点服务

在大型体育比赛、文艺演出、商业展会,以及人流密集的机场、车站等交通枢纽或商业中心区,人流密集且数据流量突发特征明显,往往会在短时间内产生极高的数据流量,历来是无线网络设计和优化的热点和难点。工作于中低频段的蜂窝移动通信网络,由于频谱总量有限,往往不足以支持突发的高数据流量。Wi-Fi系统虽然频谱带宽较宽,但非授权频谱的特点及其系统接入机制使Wi-Fi系统在面对大量并发接入时,系统效率会急剧下降。而毫米波5G的技术经济特点使之能够从容应对突发的高数据流量,成为运营商提供流量热点服务的有力工具。

在今年2月的美式橄榄球超级碗的比赛场地,美国三大运营商AT&T、Verizon和T-Mobile就分别动用了800MHz、600MHz和400MHz的毫米波频谱资源,部署5G无线接入系统,从而显著提升了现场观众的使用体验。据Global Wireless Solutions (GWS)的现场测试结果,AT&T5G网络的均下载速率达到了1.26 Gbps,Verizon和T-Mobile也分别实现了432 Mbps和388 Mbps的均速率。

当前,2022北京冬奥会正处于紧锣密鼓的准备之中,高清视频直播、VR沉浸式体验等新型应用必将在冬奥会期间得到广泛采用,这也将对无线通信网络提出更高要求,而毫米波5G则可在服务奥运的过程中发挥重要作用。

毫米波5G可为工业互联提供有效支撑

5G服务千行百业已成为社会共识。在政企市场,5G网络往往需要支持远程控制、无人运输、自动缺陷检测等新型应用,这些应用对网络能提出了新的要求。比如智慧工厂的无人运输系统需要网络支持超高可靠和超低时延,而远程控制系统则需要将监控视频实时上传,对网络上行带宽的需要可达1Gbps以上。另一方面,工业园区或厂房车间也都是相对开阔的有限区域,适合毫米波系统扬长避短,发挥大带宽高速率的优势,同时把部署和运行成本控制在合理范围。

Verizon就已经为Corning、WeWorks和美军的若干军事基地提供了基于毫米波5G的专用网络服务。在德、英、日、韩等国,监管机构还在毫米波频段分配了专供企业用户申请使用的专用频谱,供企业部署自有的5G专网。下表列举了部分在毫米波频段为企业用户分配专用5G频谱的国家或地区。可以预见,毫米波5G将在政企专网市场获得新的发展空间。

毫米波使能新型部署模式

除了直接服务于终端用户,毫米波5G还可作为回传链路,降低5G网络部署初期对光纤回传链路的需求,提高部署灵活度。3GPPRelease16中定义了名为“集成接入回传”(Integrated Access and Backhaul, IAB)的新特,可以在一个载波上同时支持终端用户接入和为其它基站提供回传链路,并根据实际业务需求在这两个应用之间灵活调配无线电资源。回传链路部分还可通过“多跳”的拓扑结构,扩展网络覆盖范围。IAB特既能充分利用毫米波频段充沛的频谱资源,又可以较低成本快速提升毫米波5G的网络覆盖,有望在未来的毫米波5G部署中发挥重要作用。今年7月,Verizon与爱立信合作,成功进行了IAB特的现场试验。我们期待看到IAB产业链的进一步成熟,从而能为毫米波5G的部署提供更有力的支持。

小结

全球毫米波5G产业生态已趋于成熟。毫米波5G独特的技术经济特点使之可以很好地服务于固定宽带无线接入、流量热点覆盖、以及工业互联等场景,并可利用IAB模式提升自身的网络覆盖能力。可以预见,随着5G业务在全球市场的不断发展,毫米波5G的应用也必将逐渐扩展,成为运营商拓展业务应用和部署模式的得力工具,并为未来6G的研发奠定基础。