Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)全面鋪開，中國為什么還要發(fā)展5G毫米波？
全球5G網(wǎng)絡(luò)頻段主要分為Sub-6GHz頻段和毫米波（mmWave）頻段。5G毫米波網(wǎng)絡(luò)與Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)并不是“二者只能選其一”的對立關(guān)系，而是“魚和熊掌可以得兼”的互補關(guān)系，各國選擇先走何種技術(shù)路線，更多是基于自身的國情來考慮。而中國在5G Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成熟之后，對于5G毫米波網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也已經(jīng)被提上了日程。
2020年3月，工信部就發(fā)布了“關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知”，通知明確提到“適時發(fā)布部分5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，組織開展毫米波設(shè)備和性能測試，為5G毫米波技術(shù)商用做好儲備”。2021年4月30日，工信部又發(fā)布了《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》征求意見稿（以下簡稱“意見稿”），該意見稿提出，到2023年，我國5G個人用戶普及率將超40%，用戶數(shù)超過5.6億。同時，意見稿提出，將“適時發(fā)布5G毫米波頻率規(guī)劃，探索5G毫米波頻率使用許可實行招標(biāo)制度”。這也意味著繼5G Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)全面鋪開之后，5G毫米波在國內(nèi)的建設(shè)也即將起航。此外，工信部總工程師田玉龍在3月國新辦新聞發(fā)布會上在談到推動信息通信業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的時候強調(diào)，“將有序推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，加快6G的布局”。
5G毫米波與Sub-6GHz是互補關(guān)系
毫米波是指波長為1mm至10mm，頻率為30GHz至300GHz的電磁波。而在移動通信領(lǐng)域，通常將24GHz-100GHz的電磁波稱為毫米波。
2019年國際電信聯(lián)盟（ITU）的世界無線電通信大會（WRC-19）已確定24GHz至86GHz之間的毫米波頻段將用于國際移動通信（IMT），其中24.25-27.5GHz、37-43.5GHz和66-71GHz頻段為全球融合一致的IMT頻段。
相對于Sub-6GHz（6GHz以下頻段）的5G系統(tǒng)，5G毫米波通信擁有從24GHz到100GHz范圍的超大帶寬，使得其具有更高速率、更低時延和靈活彈性空口配置等獨特的優(yōu)勢，可以有效滿足未來無線通信對于系統(tǒng)容量、傳輸速率和差異化應(yīng)用等需求。
比如在傳輸速率上，Ookla基于其旗下Speedtest應(yīng)用的大量實測數(shù)據(jù)的最新分析顯示，5G毫米波頻段可達(dá)Sub-6GHz頻段的16倍。
其次，5G采用子載波和時隙兩個維度一起來傳輸數(shù)據(jù)，毫米波具有高帶寬的特點，子載波間隔大，對應(yīng)時隙較小，這也使得5G毫米波時延僅為Sub-6GHz頻段的25%左右；同樣由于毫米波擁有更大的可利用帶寬、更高的傳輸速率，這也使得其能夠提供更大的容量以滿足更廣泛的終端接入。
此外，5G毫米波的更高下行速率，可以在減少干擾的同時支持密集的空間復(fù)用，能夠更好的解決同一區(qū)域同一時間大量用戶上網(wǎng)的擁堵問題，特別適合是在車站、機場、體育場館等人口密集的場景應(yīng)用。
在相關(guān)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如超高清視頻直播、安防監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及部分工業(yè)應(yīng)用等對上傳速率及低時延存在較高要求的場景下，5G毫米波大上行、更低時延的特性則可以更好的滿足這些需求。
特別需要指出的是，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)自回傳，無需借助于光纖網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)的連接。基于Sub-6GHz的5G網(wǎng)絡(luò)，依然是需要依賴于傳統(tǒng)的光纖回傳方案，即每個5G基站與核心網(wǎng)之間都需要通過光纖連接，而這也增加了部署成本。5G毫米波IAB (Integrated Access and Backhaul，集成接入和回傳)技術(shù)，可以支持5G毫米波基站借助其他5G毫米波基站作為中繼節(jié)點，通過多跳功能，最終以無線傳輸?shù)男问交貍鞯胶诵木W(wǎng)，這將極大節(jié)省部署成本。而這也使得5G毫米波基站能夠支持更具成本效益的密集部署。
此外，毫米波技術(shù)還可被應(yīng)用于 5G 車聯(lián)網(wǎng) (V2X)，提供遠(yuǎn)超 GPS 和 LTE 精度的定位服務(wù)（精度可達(dá)亞米級）。
中國聯(lián)通科技創(chuàng)新部總經(jīng)理馬紅兵介紹：“5G毫米波通過與MEC、AI技術(shù)結(jié)合，毫米波可以為目標(biāo)客戶提供定制化專網(wǎng)服務(wù)，可廣泛應(yīng)用于智慧廠區(qū)、智慧園區(qū)和智慧碼頭等場景?！?/p>
雖然毫米波相比Sub-6GHz頻段在速度和時延等方面更具優(yōu)勢，但也有其局限性，比如信號易衰減，穿透力差，易受阻擋；雖然目前已有波束成形、波束追蹤等技術(shù)可以很好地解決這些問題。但是Sub-6GHz頻段在覆蓋范圍和部署成本上，還是具有更大的優(yōu)勢。
總而言之，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)與Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)部署并不是相互競爭和替代的關(guān)系，而是相互補充的關(guān)系。利用Sub-6GHz實現(xiàn)5G的廣覆蓋，利用毫米波系統(tǒng)實現(xiàn)室內(nèi)場館（體育賽事、演唱會、大型會議）、交通樞紐（地鐵站、高鐵站）及辦公區(qū)域覆蓋，以及室外熱點覆蓋、無線寬帶接入等。毫米波與Sub-6GHz協(xié)同部署，可以實現(xiàn)大容量和廣覆蓋的有機結(jié)合。
中國5G毫米波部署前期準(zhǔn)備早已開始，進(jìn)展順利
如果說Sub-6GHz網(wǎng)絡(luò)解決了5G的覆蓋問題，那么5G毫米波網(wǎng)絡(luò)則更能夠最大限度地發(fā)揮出5G的優(yōu)勢，從而釋放更大的價值。
高通中國區(qū)董事長孟樸也表示：“要想達(dá)到5G最初的設(shè)計目標(biāo)，需要利用所有的頻譜資源。Sub-6GHz的中低頻段能夠?qū)崿F(xiàn)覆蓋范圍、容量和性能的平衡，而24GHz以上的高頻毫米波，則可支持極致的5G性能和容量，為眾多場景和行業(yè)帶來下一代無線連接體驗，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直領(lǐng)域帶來超可靠低時延的移動通信。”
根據(jù)去年9月GSMA發(fā)布的《5G毫米波技術(shù)白皮書》預(yù)測，到2035年之前，5G毫米波將對全球GDP做出5650億美元的貢獻(xiàn)。其中，在2034年之前，在中國使用5G毫米波頻段所直接帶來的經(jīng)濟受益將達(dá)到約1040億美元。
目前美國、日本、歐洲和東南亞均開展了5G毫米波部署。而根據(jù)GSA今年3月公布的數(shù)據(jù)顯示，目前全球已有超過150家運營商正在投資5G毫米波技術(shù)。
根據(jù)中國IMT-2020（5G）推進(jìn)組的5G毫米波測試規(guī)劃，2019年已經(jīng)開始了對毫米波進(jìn)行測試，驗證5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)特性；2020年開始，進(jìn)一步驗證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作，開展高低頻協(xié)同組網(wǎng)驗證；與此同時，中國IMT-2020（5G）推進(jìn)組還適時開展了典型場景驗證。
2019年10月，在IMT-2020（5G）推進(jìn)組的組織下，中興和高通實現(xiàn)了中國首個基于智能手機的5G毫米波互操作性測試（IoDT）。在2020年7月初發(fā)布的3GPP Rel-16版本中明確了全新的毫米波MIMO OTA測試方法的兩個月后，9月底，在IMT-2020（5G）推進(jìn)組的組織下，高通在信通院MTNet實驗室，率先完成基于3GPP Rel-16 MIMO OTA測試方法的毫米波性能測試。至此，高通也成為在中國首家參與并通過全部十項26GHz 5G毫米波射頻測試的芯片廠商。
在毫米波測試工作有序推進(jìn)的同時，芯片產(chǎn)品的特性也面向中國毫米波部署需求不斷優(yōu)化。2021年5月19日，高通宣布專門針對其2月發(fā)布的全球首個10Gbps 5G調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)——驍龍X65，推出升級特性和功能：支持毫米波200MHz帶寬、毫米波SA模式，從而滿足中國毫米波網(wǎng)絡(luò)部署所需的關(guān)鍵需求。
針對毫米波將大展身手的行業(yè)應(yīng)用場景，中國毫米波產(chǎn)業(yè)上下游廠商正在發(fā)力。2021年5月21日，在IMT-2020（5G）推進(jìn)組和中國聯(lián)通的技術(shù)指導(dǎo)下，中興、中國聯(lián)通、高通與TVU Networks在實驗室環(huán)境下成功在26GHz(n258) 頻段上完成全球首次基于大上行幀結(jié)構(gòu)的5G毫米波8K視頻回傳業(yè)務(wù)演示。
在本次演示中，中興提供了5G毫米波基站，TVU Networks的5G多網(wǎng)聚合路由器通過搭載高通驍龍 X55 5G調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)和高通QTM527毫米波天線模組的CPE形態(tài)的測試終端提供的5G毫米波連接，將實時采集的8K視頻內(nèi)容通過5G毫米波上行鏈路實現(xiàn)穩(wěn)定的回傳，并最終在接收端成功接收進(jìn)行回放。
根據(jù)IMT-2020（5G）推進(jìn)組的5G毫米波測試計劃，2021年將推動毫米波大上行幀結(jié)構(gòu)，支持差異化應(yīng)用場景。超高清視頻尤其是8K視頻的實時回傳，對移動網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路帶寬有非常高的要求。此次演示所采用的DSUUU幀結(jié)構(gòu)，通過為上行鏈路分配更多時隙，將現(xiàn)有毫米波技術(shù)的上行鏈路峰值速率提高到了3倍。演示驗證了5G毫米波的超級上行能力，對于滿足未來眾多5G行業(yè)應(yīng)用的上行大帶寬需求具有重要意義。
值得一提的是，在2021年MWC上海展期間，由中國聯(lián)通和GSMA主辦、高通支持的5G毫米波展區(qū)，全面展示了由39家業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)支持的5G毫米波應(yīng)用及終端，展出的多廠商5G毫米波終端覆蓋模組、手機、CPE、PC、AR（增強現(xiàn)實）和XR（擴展現(xiàn)實）設(shè)備、直播背包、機器人等豐富品類。
其中展出的5G毫米波支持的多樣化應(yīng)用場景包括：運動員競技體驗、5G混合現(xiàn)實智慧雪場、8K視頻傳輸、5G全視角賽事服務(wù)和自由視角賽事直播、5G毫米波全景體驗等?；诤撩撞ǖ?G多視角賽場直播方案，直接取景張家口國際越野滑雪中心外場，將無人機、頭戴攝像機、專業(yè)攝影相機通過無線網(wǎng)絡(luò)與基站通信，多角度實時回傳運動員在國家越野滑雪中心賽場上的颯爽英姿，實現(xiàn)多角度賽場直播，為實際觀賽者提供多樣化的觀賽體驗。目前中國聯(lián)通是2022年北京冬奧會唯一官方通信服務(wù)合作伙伴。5G毫米波相關(guān)終端及應(yīng)用的成熟，有助于在2022年北京冬奧會利用毫米波技術(shù)提供更好的5G服務(wù)。
5G毫米波技術(shù)仍在持續(xù)演進(jìn)，或成6G重要組成
目前毫米波技術(shù)仍在持續(xù)演進(jìn)當(dāng)中。比如前面提到的集成接入及回傳（IAB）技術(shù)；還有可支持精確終端定位的寬帶定位技術(shù)；擴展頻譜支持：支持52.6GHz以上頻段及面向許可輔助和獨立運行的免許可頻譜；增強型波束管理：通過全波束優(yōu)化和多天線面板波束支持，改善時延、穩(wěn)健性和性能；雙連接優(yōu)化：降低終端初始接入時延，并在連接多個節(jié)點時改善覆蓋；節(jié)電特性：通過最大化終端休眠期，以改善功耗井支持更快的鏈路反饋。
而通過對于5G毫米波相關(guān)技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，將可帶來功能、效率、頻譜和部署方面的全新機遇。此外，5G毫米波技術(shù)也有望成為下一代的6G技術(shù)的重要組成。
根據(jù)去年三星發(fā)布的6G白皮書《下一代超連接體驗》，6G峰值速率將達(dá)到1000Gbps，延遲低至100us。最早可能在2028年完成并實現(xiàn)商業(yè)化，而大規(guī)模商業(yè)化則可能在2030年左右實現(xiàn)。對于這幾個關(guān)鍵指標(biāo)和時間節(jié)點，其他通信廠商的看法也是基本一致的。
三星還提出了6G標(biāo)準(zhǔn)可能用到的候選技術(shù)，比如THz太赫茲頻段，增強高頻信號覆蓋的新型天線技術(shù)，先進(jìn)的雙工技術(shù)，發(fā)展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、頻譜共享以提高網(wǎng)絡(luò)利用率、提升AI的應(yīng)用等。
而紫光展銳發(fā)布的《6G：無界，有AI》白皮書中則認(rèn)為，6G核心技術(shù)將呈現(xiàn)多元化，太赫茲通信、可見光通信、先進(jìn)調(diào)制解碼、星地協(xié)同傳輸或?qū)⒊蔀?G核心技術(shù)。
而高通則強調(diào)了相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，比如AI/ML數(shù)據(jù)驅(qū)動型設(shè)計、全雙工、更高頻段的毫米波、增強定位、太赫茲頻段、智能界面、綠色網(wǎng)絡(luò)、射頻傳感、全新拓?fù)洹O致解耦、云端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搜索、超安全通信、全新共享范式等。
可以看到，不少廠商都認(rèn)為太赫茲通信技術(shù)將是6G通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。太赫茲頻段通常是指300GHz～10000GHz頻段，而300GHz左右的電磁波也可以看做的是更高頻段的毫米波。也只有掌握了毫米波通信技術(shù)，才能夠有機會在太赫茲通信技術(shù)上突破。
2020年中，華為中國運營商業(yè)務(wù)部副總裁楊濤也曾公開透露，華為已經(jīng)在參與6G相關(guān)預(yù)研工作，已預(yù)研的6G是以用毫米波段為主，正處于場景挖掘和技術(shù)尋找階段。
值得一提的是，在2019年底之時，日本 NTT 集團(tuán)旗下設(shè)備技術(shù)實驗室就有研發(fā)了磷化銦(InP)化合物半導(dǎo)體制造的 6G 超高速芯片，并在300GHz頻段進(jìn)行了高速無線傳輸實驗，當(dāng)采用16QAM 調(diào)制時可達(dá)到高達(dá)100Gbps的無線傳輸速率。如果使用 MIMO 和 OAM 等空間復(fù)用技術(shù)組合，有望實現(xiàn)超過400Gpbs大容量無線傳輸，這已經(jīng)接近了6G峰值速率要求。
另外，6G要實現(xiàn)空天地海的一體化高速通信網(wǎng)，毫米波頻段也將是星間鏈路、衛(wèi)星向下覆蓋的用戶鏈路、衛(wèi)星到地面站的饋電鏈路的首選。
編輯：芯智訊-浪客劍
華為哈勃投資持股7%，山東天岳科創(chuàng)板IPO獲受理！擬募資20億元擴大碳化硅襯底產(chǎn)能
馬來西亞再度宣布“封國”！半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈再遭暴擊：產(chǎn)線只能保留10～20%員工
目標(biāo)年出貨1000萬臺！英眾科技攜13家供應(yīng)商揭秘PC產(chǎn)業(yè)新機遇
股價大漲近60%！和輝光電登陸科創(chuàng)板：市值一度超過670億！
傳三星/小米/OPPO/vivo下修今年出貨目標(biāo)，砍單幅度達(dá)10%～20%
ARMv9指令集加持，Cortex-X2/A710/A510詳解！還有四款全新Mali GPU
規(guī)劃總投資598億元，濟南泉芯也要“爛尾”了？
韓國為美國送上394億美元大禮包：除了5nm晶圓廠，還有電動車廠和電池廠等
520億美元！美國公布芯片投資法案，加速組建“排華供應(yīng)鏈”！
行業(yè)交流、合作請加微信：icsmart01
芯智訊官方交流群：221807116