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5G频段扩容 毫米波成“兵家必争之地”

来源:科技日报    时间:2020-02-11    

  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。

  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。”

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