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打造高质量5G 离不开这对“超强组合”

来源:科技日报    时间:2020-03-26    

  5G时代,微小基站的建设将与宏基站齐头并进。两者相互配合,才有望“织”出一张立体化、全覆盖的5G网络。

  去年以来,全球5G规模化商用步伐加快,预计2020年即将发布的由全球通信行业标准化组织3GPP制定的5G R16 标准将支持和催生更多5G行业应用。

  最近,我国首个5G微基站射频芯片YD9601研发流片成功,进入封装测试阶段。领衔这项开发的国家特聘专家、美国麻省理工学院博士王俊峰介绍说,5G基站分为宏基站和微小基站两种,宏基站主要用于室外覆盖,微小基站发射功率较小,主要用于室内场景。

  从2G到4G,运营商只需要建设一个高高的铁塔,搭载一个宏基站,就能满足方圆数平方公里内的通信需求。到了5G时代,为何在宏基站之外还要建设微小基站?微基站的发展,将对人们的无线通信、工业互联网的数据传输和我国的通信产业带来哪些改变?科技日报记者为此走访了相关高校和企业,听听专家怎么说。

  不同基站类型功率容量大不相同

  “根据3GPP组织的规则,无线基站分为4类,分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站。” 中科智达物联网系统有限公司董事长许欣说。

  划分基站主要依据是功率和容量。其中,宏基站的功率在10W以上,可同时接入用户数视基站规模而定,一般在1000个以上;微基站功率为500mW—10W,同时接入用户数为128—512个;皮基站功率为100—500mW,同时接入用户数为64—128个;飞基站功率小于100mW,同时接入用户数8—16个。微基站、皮基站和飞基站,通常合称“微小基站”,也就是我们谈到与宏基站所对应时的概念。

  从名字上也可以判断,“宏基站”是高大威猛,“微小基站”则是小巧玲珑。

  宏基站适用于广域覆盖,微基站偏向局域覆盖,皮基站相当于企业级WiFi,而飞基站则与家庭路由器相当。

  针对不同的室内场景,比如高铁站、飞机场、大商场等,必须布置多个微基站才能满足需求;而在写字楼、工厂园区等场所,人流量相对固定,皮基站就可以胜任;飞基站则是满足家庭、咖啡馆等场景的需要。

  宏微交错 “织”出更密5G网络

  翻开人类无线通信发展史,会发现频率越来越高,这是因为人们对无线通信提出的要求也越来越高。以我国为例,2G的工作频段主要是900MHz和1.8GHz,3G和4G的工作频段主要为1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz,而即将到来的5G则主要集中在两个频段:3.3—3.6GHz、4.8—5GHz。

  “过去的无线通信是语音网,现在则是数据网,频率越高所能提供的带宽也就越大,就好比4车道的高速公路比2车道的高速公路跑的车多,而且车速还快。”东南大学信息科学与工程学院教授张川说。

  然而无线信号的传输速率与穿透性往往不可兼得。“无线频率越高,穿透性就越差,同等面积必须建设更多的基站来完成覆盖,组网成本就比较高。”许欣介绍说。

  目前我国正在规模建设的基站,以宏基站为主。一个5G宏基站的成本有多高呢?一般来说,宏基站的建设成本是由主设备、动力配套设备设施、土建施工共同组成。此前广东省拟建设2.4万个宏基站,计划投资60亿元,每个基站的投资额约为25万元。而据上海市的网络建设规划,2020年累积建设2万个5G基站,累计总投资超过200亿元,每个5G基站的建设成本超过了100万元。中国移动也曾经表示,建成一个5G宏基站,成本大约是4G的3倍左右。除去建设成本之外,后续的维护、使用成本等,又是一大笔开销。

  在5G性能与建设成本间寻求最优解,是运营商势必要解决的问题,因此他们将目光转向了微小基站。

  许欣告诉记者,微小基站不像宏基站需要专用的机房和回程网络,所以设备简单、部署灵活、成本较低。它甚至能够直接钉在墙上,或者藏身路灯杆、公交站牌等任何不起眼的角落,可以根据需求在人流密集、信号较差的地方建设。

  而且有媒体做过抽样调查,几乎80%以上的用户流量来自室内,80%以上的用户投诉也来自室内,这些投诉主要集中在信号质量上。 “因此可以大力在室内建设微小基站,增强室内网络覆盖的质量。”张川说。

  值得一提的是,德国和日本等工业强国已经或正在为工业等行业5G应用分配频谱,打造行业专有5G网络,并且主要的设备形态就是微小基站。

  当然,微小基站也不是那么尽善尽美。由于微小基站发射的信号是散射的,各微小基站之间的信号还会相互干扰,造成大量资源浪费。并且微小基站的可靠性远不如宏基站,目前还不能稳定应对室外环境,因此目前主要用于解决室内覆盖。张川认为,5G时代,微小基站的建设将与宏基站齐头并进。两者相互配合,才有望“织”出一张立体化、全覆盖的5G网络。

  将微小基站核心技术牢牢抓在自己手里

  无人车间、黑灯工厂、智能机器人……在高速率、低时延的5G时代,许多工业互联网的应用场景不断呈现,一个生产车间只需架设若干微小基站即可低成本接入5G网络,实现远程控制与精密制造。

  微小基站的核心元器件是基带芯片和射频芯片,两者的物料成本占整个基站的50%左右,而利润可能高达90%。许欣认为,如果谁能攻克这两个核心器件,就能将发展微小基站的主动权牢牢掌握在自己手中。而当前我国在这方面的产业链比较薄弱,成为制约5G微小基站产业发展的重要因素。

  王俊峰告诉记者,南京宇都通讯科技有限公司自主研发成功的YD9601射频芯片,不光覆盖700MHz广电频段,也兼容了工信部2月初刚刚颁发许可的3.3—3.4GHz的电信、联通、广电共享室内频段,可以说是为5G时代室内共享微小基站量身定做的芯片。

  目前,以工业互联网为核心的智能制造浪潮,已经席卷全球。“以机械加工行业为例,目前中国有1000万台机床,但从事零部件机械加工的中小企业在设备联网和现场实时管理方面还比较落后,而工业互联网对于远程数据采集和机器控制的要求非常之高,传统网络接入方式无法满足,西门子、博世等国际巨头提出了‘5G工业内网’的解决方案。但是,工业网络对安全性要求更高,5G工业内网基站的核心器件必须自主研发,不能再受制于人。”许欣说。

  据不完全统计,目前全球关于5G的专利约1.5万个,与5G工业互联网相关的仅有100多个。与5G工业互联网密切相关的5G微小基站也处于刚刚起步阶段,但是到目前为止,我国还没有出现专门的研发机构与骨干企业领衔开展微小基站的设计开发,微小基站产业发展呈现出散乱局面。

  “我国拥有世界最大的5G网络和庞大的工业体系,如果中小型科技企业能抓住微小基站的机遇,我认为一定会实现我国在5G无线通信领域的又一个突破。”许欣说。

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