5G正成為關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化支柱，在網(wǎng)絡(luò)連接不斷日益增長(zhǎng)的背后，越來越多的國家正開展5G毫米波的部署，無疑，5G毫米波對(duì)于釋放5G全部潛能以及滿足高速增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求至關(guān)重要。

近日，有消息指出，5G毫米波在支持移動(dòng)運(yùn)營商成本高效地增加網(wǎng)絡(luò)容量，以滿足人口密集市區(qū)、固定無線接入和企業(yè)環(huán)境日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求的同時(shí)，能幫助運(yùn)營商節(jié)省總體擁有成本。

2021年是5G高質(zhì)量發(fā)展之年，在5G高能耗和高建設(shè)成本的同時(shí)，運(yùn)營商5G用戶數(shù)量和流量增長(zhǎng)尚未完全匹配，而在適度超前建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的背景下，運(yùn)營商勢(shì)必根據(jù)投資和收益等因素綜合規(guī)劃今年的站點(diǎn)建設(shè)規(guī)模，那么，對(duì)于移動(dòng)運(yùn)營商來說，作為覆蓋效果較差、穿透能力較弱的5G毫米波，因何能成為具有成本效益的覆蓋方式?

“低廉”建網(wǎng)之選

頻譜資源是移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心資源。5G頻譜分為FR1和FR2，F(xiàn)R1的頻率范圍是450MHz到6GHz，也叫Sub-6G(低于6 GHz);FR2的頻率范圍是24GHz到52GHz，這段頻譜的電磁波波長(zhǎng)大部分都是毫米級(jí)別的，因此也叫毫米波mmWave。

其中，F(xiàn)R1的優(yōu)點(diǎn)是頻率低，繞射能力強(qiáng)，覆蓋效果好，是當(dāng)前5G的主用頻譜。FR1主要作為基礎(chǔ)覆蓋頻段，最大支持100Mbps的帶寬。其中低于3GHz的部分，包括了現(xiàn)網(wǎng)在用的2G、3G、4G的頻譜，在建網(wǎng)初期可以利舊站址的部分資源實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署。

而FR2的優(yōu)點(diǎn)是超大帶寬，頻譜干凈，干擾較小，作為5G后續(xù)的擴(kuò)展頻率。FR2主要作為容量補(bǔ)充頻段，最大支持400Mbps的帶寬，因此，業(yè)界認(rèn)為許多未來高速應(yīng)用將會(huì)基于此段頻譜實(shí)現(xiàn)，5G高達(dá)20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大帶寬。

在5G的建設(shè)中，中國和世界上大部分國家5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)基本優(yōu)先選擇在FR1頻段進(jìn)行，而美國在5G的部署上，選擇了FR2頻段作為切入點(diǎn)，然而，毫米波頻段通信受限于高頻器件，支持毫米波的集成電路投入成本更高，美國也在發(fā)展毫米波的同時(shí)，花重金發(fā)展Sub-6G。

需要指出的是，與純粹3.5 GHz網(wǎng)絡(luò)相比，3.5 GHz與毫米波混合網(wǎng)絡(luò)可以為5G業(yè)務(wù)提供至少 100 Mbps 的下載速度，并具有成本效益。

根據(jù)GSMA智庫數(shù)據(jù)顯示，一旦中國推出毫米波頻譜并進(jìn)行大規(guī)模部署，假設(shè)在需求高峰時(shí)段，聯(lián)網(wǎng)用戶的比例高于5%，而且每個(gè)運(yùn)營商有800 MHz的毫米波頻譜及100 MHz的3.5 GHz頻譜可用，屆時(shí)，與在中心場(chǎng)景中只使用3.5 GH 相比，在密集市區(qū)場(chǎng)景中部署毫米波解決方案可以提供額外的容量層，從而創(chuàng)造成本效益。

同時(shí)，GSMA指出，上行忙時(shí)流量占比越高，毫米波的成本效益越好;而在低流量需求的場(chǎng)景下，如果部署地能夠?yàn)樵擃l段提供良好的傳播條件，毫米波也可以發(fā)揮成本效益。

值得關(guān)注的是，GSMA指出，如果5G固定無線接入(FWA)能夠抓住適當(dāng)比例的住宅寬帶市場(chǎng)需求，且數(shù)據(jù)消耗增長(zhǎng)不會(huì)放緩，在中心場(chǎng)景中未來毫米波FWA網(wǎng)絡(luò)的成本在數(shù)據(jù)消耗低速增長(zhǎng)的場(chǎng)景下，成本比3.5 GHz高6%，但在數(shù)據(jù)消耗基線增長(zhǎng)的場(chǎng)景下，成本將比3.5GHz低2%;在數(shù)據(jù)消耗高速增長(zhǎng)的場(chǎng)景下，成本比3.5 GHz低7%。

可以說，盡管毫米波的距離較短，設(shè)備成本較高，但是憑借高吞吐量和高容量，運(yùn)營商可以通過毫米波實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的、具有成本效益的5G網(wǎng)絡(luò)部署。

目前，中國歲尚未向運(yùn)營商提供毫米波頻譜進(jìn)行商業(yè)部署，然而，無論從短期還是長(zhǎng)期來看，毫米波解決方案都將成為5G部署的關(guān)鍵。

日前，工信部通信科技委專職常委、頻率專家咨詢組組長(zhǎng)闞潤田援引GSMA的報(bào)告稱，毫米波頻段對(duì)GDP存在著巨大的貢獻(xiàn)和影響。為了充分發(fā)掘5G的潛能，相關(guān)規(guī)范要求每個(gè)運(yùn)營商在5G中端頻段中獲得80~100MHz的連續(xù)頻譜，在毫米波頻段每個(gè)運(yùn)營商獲得約1GHz的連續(xù)頻譜。劃分這些頻段有著充分的社會(huì)經(jīng)濟(jì)理由，從2020年到2034年的15年間，依賴毫米波的5G業(yè)務(wù)將為全球國內(nèi)生產(chǎn)總值增加5650億美元，5G創(chuàng)造的主要價(jià)值將來自毫米波頻段。

闞潤田指出，我國無線電臺(tái)站使用頻譜資源存在結(jié)構(gòu)性短缺。目前，300~3000MHz 頻段臺(tái)站分布數(shù)量占比 86.91%，占主導(dǎo)地位。這表明我國頻率資源使用分布不均現(xiàn)象比較突出，中低頻段應(yīng)用密集，高頻段頻率使用有待開發(fā)。

諸多挑戰(zhàn)并存

當(dāng)前，越來越多的國家正支持5G毫米波部署。部分歐洲國家已開始部署毫米波，意大利和俄羅斯也正加速對(duì)毫米波的支持，其它歐盟國家也計(jì)劃于今年晚些時(shí)候進(jìn)行毫米波頻譜拍賣，同時(shí)，主流的一線設(shè)備商也都在著力打造毫米波設(shè)備及產(chǎn)品。

可以說，隨著5G部署和應(yīng)用的快速進(jìn)展，以及毫米波生態(tài)系統(tǒng)顯示出準(zhǔn)備就緒的跡象，但不可忽視的是，移動(dòng)行業(yè)目前所要解決的主要問題，就是毫米波解決方案可以在何處發(fā)揮成本效益，以及何時(shí)才能實(shí)現(xiàn)成本效益。

并且，盡管毫米波具有潛力，但是在移動(dòng)通信應(yīng)用中還需要克服諸多挑戰(zhàn)。

闞潤田認(rèn)為，目前5G毫米波仍然面臨五大挑戰(zhàn)：第一，數(shù)據(jù)吞吐量仍然不穩(wěn)定，理論速率實(shí)際中還無法達(dá)到，需要提升信噪比，提升性能;第二，毫米波傳輸損耗大，穿透性差，易受干擾，基站需密集部署，導(dǎo)致布站成本急劇上升;第三，毫米波不同系統(tǒng)(衛(wèi)星、射電天文、無線電導(dǎo)航等)與5G系統(tǒng)共存干擾測(cè)試指標(biāo)的確定;第四，5G大容量剛性的需求(殺手級(jí)應(yīng)用)還沒有出現(xiàn);第五，芯片設(shè)計(jì)、元器件開發(fā)整體與歐美發(fā)達(dá)國家還有差距。

因此，高效分配頻譜、尤其是毫米波段的頻譜，對(duì)于高速、高通量和低時(shí)延的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。首要原因在于大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化依賴毫米波下一代制造將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，低時(shí)延通信至關(guān)重要;其次、無線光纖業(yè)務(wù)將是早期5G的基石，容量將通過毫米波和3GHz頻段等中頻頻譜來滿足;第三、大數(shù)據(jù)量和高密度實(shí)時(shí)通信必須通過毫米波和低頻段的組合來實(shí)現(xiàn);最后、5G毫米波在時(shí)延和峰值數(shù)據(jù)速率方面的要求將有利于虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

宏觀來看，盡管與現(xiàn)有的低頻段和中頻段解決方案相比，毫米波無線電設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施造價(jià)較高，但毫米波也已經(jīng)有可能成為一系列部署場(chǎng)景中的高性價(jià)比解決方案，因?yàn)樗軌蛉菁{比低頻段高得多的帶寬和流量容量。

“毫米波頻段在不同業(yè)務(wù)之間會(huì)出現(xiàn)相互影響，需統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的相互干擾和共存問題，做大量試驗(yàn)研究和探討協(xié)商工作?！标R潤田建議，在24.5-27.5GHz頻段和37.5-42.5GHz頻段各拿出3GHz頻譜用于毫米波，同時(shí)他也認(rèn)為該規(guī)劃要分步實(shí)施，無法一步到位。除了直接給5G分配大容量、大帶寬的頻段之外，還可以考慮6-7GHz頻段以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應(yīng)用需求。

產(chǎn)業(yè)鏈方興未艾 毫米波加速普及

毋庸置疑，雖然目前全球5G建設(shè)主要依然采用的是FR1，但想要把5G甚至未來可能出現(xiàn)的6G網(wǎng)絡(luò)的性能真正發(fā)揮出來，毫米波是繞不過去的硬技術(shù)。

在移動(dòng)通信中，任何技術(shù)解決方案所達(dá)到的規(guī)模都至關(guān)重要。由于存在顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，以及網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的互操作性需求，更大的規(guī)?？梢越档筒渴鸪杀荆⒃黾涌韶?fù)擔(dān)設(shè)備的數(shù)量，促進(jìn)整體采用率的提高。

因此，無論是什么5G頻譜頻段，都要滿足三個(gè)主要條件才能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，從而使5G生態(tài)系統(tǒng)中的所有利益相關(guān)者都能享受到低成本和廣泛可用性的好處，首先是全球統(tǒng)一頻段中有充足的頻譜，可供許多國家在某一特定頻段使用;其次是有支持該頻段的豐富廉價(jià)的消費(fèi)者設(shè)備可供選擇，并在手機(jī)和其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的生產(chǎn)和制造中實(shí)現(xiàn)范圍經(jīng)濟(jì)與規(guī)模經(jīng)濟(jì);最后是，有種類豐富、具競(jìng)爭(zhēng)力的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可供選擇，這將使移動(dòng)運(yùn)營商在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都有動(dòng)力去鋪設(shè)使用特定頻段的網(wǎng)絡(luò)。

據(jù)悉，在我國代表團(tuán)的大力推動(dòng)下，WRC-19大會(huì)決定將6GHz(6425-7125MHz)頻段新增IMT使用標(biāo)注列入WRC-23議題，對(duì)6425-7025MHz成為區(qū)域性(阿拉伯國家、非洲、歐洲、獨(dú)聯(lián)體國家)IMT新頻段和7025-7125MHz成為全球性IMT新頻段進(jìn)行立項(xiàng)研究。

可以說，3.5 GHz頻段正在成為目前部署5G的大多數(shù)市場(chǎng)中最常用的頻段，然而，5G毫米波的生態(tài)系統(tǒng)正方興未艾，市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，廠商不斷完善5G毫米波設(shè)備和的產(chǎn)品。隨著5G毫米波解決方案不斷擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)現(xiàn)更廣泛的經(jīng)濟(jì)效益，未來將會(huì)出現(xiàn)更加豐富的消費(fèi)者設(shè)備和裝置可供選擇，從而進(jìn)一步降低部署成本，帶來更多高性價(jià)比的設(shè)備，推動(dòng)5G毫米波加速普及。