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毫米波能否成为运营商“低廉”建网之选?

文章来源:通信产业网 发布时间:2021-05-07 16:03:15 浏览次数:
          5G正成为关键产业和基础设施的数字化支柱,在网络连接不断日益增长的背后,越来越多的国家正开展5G毫米波的部署,无疑,5G毫米波对于释放5G全部潜能以及满足高速增长的移动数据需求至关重要。

         近日,有消息指出,5G毫米波在支持移动运营商成本高效地增加网络容量,以满足人口密集市区、固定无线接入和企业环境日益增长的数据需求的同时,能帮助运营商节省总体拥有成本。

2021年是5G高质量发展之年,在5G高能耗和高建设成本的同时,运营商5G用户数量和流量增长尚未完全匹配,而在适度超前建设5G网络的背景下,运营商势必根据投资和收益等因素综合规划今年的站点建设规模,那么,对于移动运营商来说,作为覆盖效果较差、穿透能力较弱的5G毫米波,因何能成为具有成本效益的覆盖方式?

“低廉”建网之选

频谱资源是移动通信产业发展的核心资源。5G频谱分为FR1FR2FR1的频率范围是450MHz6GHz,也叫Sub-6G(低于6 GHz);FR2的频率范围是24GHz52GHz,这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的,因此也叫毫米波mmWave

其中,FR1的优点是频率低,绕射能力强,覆盖效果好,是当前5G的主用频谱。FR1主要作为基础覆盖频段,最大支持100Mbps的带宽。其中低于3GHz的部分,包括了现网在用的2G3G4G的频谱,在建网初期可以利旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。

FR2的优点是超大带宽,频谱干净,干扰较小,作为5G后续的扩展频率。FR2主要作为容量补充频段,最大支持400Mbps的带宽,因此,业界认为许多未来高速应用将会基于此段频谱实现,5G高达20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大带宽。

5G的建设中,中国和世界上大部分国家5G网络的建设基本优先选择在FR1频段进行,而美国在5G的部署上,选择了FR2频段作为切入点,然而,毫米波频段通信受限于高频器件,支持毫米波的集成电路投入成本更高,美国也在发展毫米波的同时,花重金发展Sub-6G

        需要指出的是,与纯粹3.5 GHz网络相比,3.5 GHz与毫米波混合网络可以为5G业务提供至少 100 Mbps 的下载速度,并具有成本效益。

根据GSMA智库数据显示,一旦中国推出毫米波频谱并进行大规模部署,假设在需求高峰时段,联网用户的比例高于5%,而且每个运营商有800 MHz的毫米波频谱及100 MHz3.5 GHz频谱可用,届时,与在中心场景中只使用3.5 GH 相比,在密集市区场景中部署毫米波解决方案可以提供额外的容量层,从而创造成本效益。

同时,GSMA指出,上行忙时流量占比越高,毫米波的成本效益越好;而在低流量需求的场景下,如果部署地能够为该频段提供良好的传播条件,毫米波也可以发挥成本效益。

值得关注的是,GSMA指出,如果5G固定无线接入(FWA)能够抓住适当比例的住宅宽带市场需求,且数据消耗增长不会放缓,在中心场景中未来毫米波FWA网络的成本在数据消耗低速增长的场景下,成本比3.5 GHz6%,但在数据消耗基线增长的场景下,成本将比3.5GHz2%;在数据消耗高速增长的场景下,成本比3.5 GHz7%

可以说,尽管毫米波的距离较短,设备成本较高,但是凭借高吞吐量和高容量,运营商可以通过毫米波实现有针对性的、具有成本效益的5G网络部署。

目前,中国岁尚未向运营商提供毫米波频谱进行商业部署,然而,无论从短期还是长期来看,毫米波解决方案都将成为5G部署的关键。

日前,工信部通信科技委专职常委、频率专家咨询组组长阚润田援引GSMA的报告称,毫米波频段对GDP存在着巨大的贡献和影响。为了充分发掘5G的潜能,相关规范要求每个运营商在5G中端频段中获得80~100MHz的连续频谱,在毫米波频段每个运营商获得约1GHz的连续频谱。划分这些频段有着充分的社会经济理由,从2020年到2034年的15年间,依赖毫米波的5G业务将为全球国内生产总值增加5650亿美元,5G创造的主要价值将来自毫米波频段。

阚润田指出,我国无线电台站使用频谱资源存在结构性短缺。目前,300~3000MHz 频段台站分布数量占比 86.91%,占主导地位。这表明我国频率资源使用分布不均现象比较突出,中低频段应用密集,高频段频率使用有待开发。

诸多挑战并存

当前,越来越多的国家正支持5G毫米波部署。部分欧洲国家已开始部署毫米波,意大利和俄罗斯也正加速对毫米波的支持,其它欧盟国家也计划于今年晚些时候进行毫米波频谱拍卖,同时,主流的一线设备商也都在着力打造毫米波设备及产品。

可以说,随着5G部署和应用的快速进展,以及毫米波生态系统显示出准备就绪的迹象,但不可忽视的是,移动行业目前所要解决的主要问题,就是毫米波解决方案可以在何处发挥成本效益,以及何时才能实现成本效益。

        并且,尽管毫米波具有潜力,但是在移动通信应用中还需要克服诸多挑战。

阚润田认为,目前5G毫米波仍然面临五大挑战:第一,数据吞吐量仍然不稳定,理论速率实际中还无法达到,需要提升信噪比,提升性能;第二,毫米波传输损耗大,穿透性差,易受干扰,基站需密集部署,导致布站成本急剧上升;第三,毫米波不同系统(卫星、射电天文、无线电导航等)5G系统共存干扰测试指标的确定;第四,5G大容量刚性的需求(杀手级应用)还没有出现;第五,芯片设计、元器件开发整体与欧美发达国家还有差距。

因此,高效分配频谱、尤其是毫米波段的频谱,对于高速、高通量和低时延的应用场景至关重要。首要原因在于大规模工业自动化依赖毫米波下一代制造将产生海量数据,低时延通信至关重要;其次、无线光纤业务将是早期5G的基石,容量将通过毫米波和3GHz频段等中频频谱来满足;第三、大数据量和高密度实时通信必须通过毫米波和低频段的组合来实现;最后、5G毫米波在时延和峰值数据速率方面的要求将有利于虚拟和增强现实。

宏观来看,尽管与现有的低频段和中频段解决方案相比,毫米波无线电设备的基础设施造价较高,但毫米波也已经有可能成为一系列部署场景中的高性价比解决方案,因为它能够容纳比低频段高得多的带宽和流量容量。

“毫米波频段在不同业务之间会出现相互影响,需统一规划协调各个业务系统之间的相互干扰和共存问题,做大量试验研究和探讨协商工作。”阚润田建议,在24.5-27.5GHz频段和37.5-42.5GHz频段各拿出3GHz频谱用于毫米波,同时他也认为该规划要分步实施,无法一步到位。除了直接给5G分配大容量、大带宽的频段之外,还可以考虑6-7GHz频段以满足工业互联网等垂直行业应用需求。

产业链方兴未艾 毫米波加速普及

毋庸置疑,虽然目前全球5G建设主要依然采用的是FR1,但想要把5G甚至未来可能出现的6G网络的性能真正发挥出来,毫米波是绕不过去的硬技术。

在移动通信中,任何技术解决方案所达到的规模都至关重要。由于存在显著的规模经济,以及网络与设备的互操作性需求,更大的规模可以降低部署成本,并增加可负担设备的数量,促进整体采用率的提高。

因此,无论是什么5G频谱频段,都要满足三个主要条件才能实现规模化,从而使5G生态系统中的所有利益相关者都能享受到低成本和广泛可用性的好处,首先是全球统一频段中有充足的频谱,可供许多国家在某一特定频段使用;其次是有支持该频段的丰富廉价的消费者设备可供选择,并在手机和其他移动网络设备的生产和制造中实现范围经济与规模经济;最后是,有种类丰富、具竞争力的网络设备可供选择,这将使移动运营商在技术和经济上都有动力去铺设使用特定频段的网络。

据悉,在我国代表团的大力推动下,WRC-19大会决定将6GHz(6425-7125MHz)频段新增IMT使用标注列入WRC-23议题,对6425-7025MHz成为区域性(阿拉伯国家、非洲、欧洲、独联体国家)IMT新频段和7025-7125MHz成为全球性IMT新频段进行立项研究。

    可以说,3.5 GHz频段正在成为目前部署5G的大多数市场中最常用的频段,然而,5G毫米波的生态系统正方兴未艾,市场蓬勃发展,厂商不断完善5G毫米波设备和的产品。随着5G毫米波解决方案不断扩大规模,实现更广泛的经济效益,未来将会出现更加丰富的消费者设备和装置可供选择,从而进一步降低部署成本,带来更多高性价比的设备,推动5G毫米波加速普及。