趨于成熟布局提速　毫米波在5G建設中的意義解析

隨著通信技術(shù)的不斷升級發(fā)展，5G正在改變著人們的生活和工作方式。在to C領域，傳統(tǒng)的視頻和直播業(yè)務體驗得到升級，同時出現(xiàn)了一些新的業(yè)務，比如360°自由視角視頻，AR/VR以及云游戲等，這些業(yè)務的發(fā)展對網(wǎng)絡能力的要求甚至到了Gbps級別。同時，個人業(yè)務未來逐漸會向交互式、沉浸式體驗發(fā)展，比如全息通信，可見單用戶體驗要求也將高達10Gbps。而在to B領域，各大設備廠商與運營商一起做了大量探索研究和創(chuàng)新應用，例如，智慧鋼鐵，港口，醫(yī)療等。行業(yè)數(shù)字化全面升級需要5G使能行業(yè)核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這對大上行、高精度定位和短時延提出了更高的網(wǎng)絡能力需求，這就需要5G往5.5G進一步演進來滿足這些需求。而要達成這個結(jié)果，5G毫米波相關標準和全球產(chǎn)業(yè)進展是一個很關鍵的因素。目前5G毫米波規(guī)范已日趨完善，并在國外多個市場有實際部署，我國在毫米波技術(shù)上起點較高，在載波帶寬、SA能力上后發(fā)先至，DSUUU大上行、200M載波帶寬等特性開發(fā)上全球領先。所以，布局提速勢在必行。

毫米波優(yōu)勢客觀存在

5G正式商用已經(jīng)兩年過去，在中國5G建設過程中，最先得到發(fā)展的是5G基礎建設的核心部分，也就是5G基站。在消費終端，智能手機為主的市場也得到蓬勃發(fā)展。觀察具體數(shù)據(jù)，中國已經(jīng)處于全球5G建設絕對領先位置，5G基站全球占比超70%，5G終端全球占比更是達到80%。而最近，5G建設方向也顯著的發(fā)生變化，此前7月印發(fā)的《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》，像是拉響號角，引領5G建設由消費終端向行業(yè)應用拓展。

我們知道，自5G出現(xiàn)之后，人們就對5G時代的殺手級應用提出了很多猜想，廣泛涉及VR、云游戲、5G消息甚至多個垂直行業(yè)應用。這其中，包括VR、AR、MR等在內(nèi)的擴展現(xiàn)實（XR）應用，因為能夠帶來沉浸式的全新感觀體驗，也伴隨著5G商用持續(xù)推進受到了越來越多的關注。數(shù)據(jù)顯示，目前全球已經(jīng)有超過175家運營商部署了5G，在中國，累計建成的5G基站超過100萬個，5G終端也超過4.2億。隨著5G商用初步實現(xiàn)規(guī)?；撩撞ǖ刃录夹g(shù)的應用正在成為重點，由于具有大帶寬、高速率、低時延等特性，5G毫米波能夠為VR、AR等應用提供更好的網(wǎng)絡支持，進而改善用戶體驗。

我們知道，5G網(wǎng)絡不但要建得好，更要用得好。目前我們的運營商都在積極落實工信部5G應用“揚帆”行動計劃，提升5G大上行、高可靠低時延、高精度定位等關鍵技術(shù)支撐能力，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、港口、煤炭、醫(yī)療等多個行業(yè)進行了諸多實踐，后續(xù)將進一步提高5G ToB行業(yè)實踐的規(guī)?；统墒旎潭?。

很多人不明白毫米波為什么直到現(xiàn)在才被應用普及，實際上幾十年前毫米波就已經(jīng)開始了討論和應用，但那個時候的毫米波覆蓋范圍小，元器件昂貴，只能視距傳輸，因此也就無人將其應用于移動通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)在業(yè)內(nèi)頭部品牌已經(jīng)用天線陣列、波束成型，實現(xiàn)5G毫米波波束成型，實現(xiàn)毫米波的長距離和非視距傳輸。在技術(shù)和成本問題都被解決后，5G毫米波就自然而然地開始進入商用部署。而且在低頻可用頻譜資源逐漸減少之后，5G必然要向高頻5G毫米波發(fā)展。

當然，5G毫米波基站系統(tǒng)架構(gòu)方案、5G毫米波大規(guī)模天線陣列的天線單元設計和組陣設計，以及毫米波關鍵的前端射頻芯片設計考慮，這些要素是需要直接面對的。針對目前主流混合波束賦形架構(gòu)，需要高增益低剖面天線單元及合適的天線陣列布陣方式，以及要支持模擬波束賦形的集成多通道前端射頻芯片、變頻器、頻率源等系列芯片。其中集成多通道前端射頻芯片需要集成功放、低噪放、射頻開關、調(diào)幅、調(diào)相器等多種功能，該類芯片功能復雜，用量大，是產(chǎn)業(yè)界發(fā)展的關鍵;面對不同應用場景覆蓋需求，5G毫米波也有宏基站和小基站等多種類型設備，存在有不同輸出功率等級要求，因此毫米波前端射頻集成芯片也會有多種不同工藝方案，甚至是組合式的異質(zhì)集成方案。

相比低頻和中頻，高頻毫米波天線射頻一體設計是5G毫米波基站研究的重點之一。段滔指出，一方面，毫米波波長短、天線單元小，單位面積內(nèi)可以集成大量的天線;另一方面由于毫米波系統(tǒng)工作頻段高，盡量縮短天線到模擬通道的距離是減小饋電損耗的有效手段。目前來看，針對5G毫米波基站設計而言，由于場景的多樣性和天線陣列的組合多，基于AiP的天線射頻一體設計是一種較為合理的設計方式。

融入建設與及時布局

要知道，目前工業(yè)領域是5G應用發(fā)揮重要作用的主場景，而毫米波的出現(xiàn)提供了一個契機。以工業(yè)制造為例，5G毫米波達到光纖級的大帶寬和低時延，可以替代現(xiàn)在工廠里的有線以太網(wǎng)，對工業(yè)制造的靈活性提供更大的支持。在重新設備生產(chǎn)線的時候，無須修改有線網(wǎng)絡，就能實現(xiàn)工廠的重構(gòu)，更加快速地實現(xiàn)生產(chǎn)。5G毫米波還能在許多工業(yè)場景里提高工人工作安全性。在一些危險的工業(yè)場景，例如高壓電輸變電線路的運維，可以通過機器人上的高清相機來實現(xiàn)巡查，而只有5G毫米波的帶寬，才能傳輸超清畫面，滿足中控室通過畫面檢查設備運營情況的要求，這個應用大大提高巡查效率，也大大減少工人受傷的可能性。

另外，開篇提到的“5.5G”概念，這里也可以簡單聊聊。5.5G在原有3GPP定義的三種業(yè)務基礎上進行擴充，新增三種業(yè)務類型：上行超寬帶（UCBC），寬帶實時交互（RTBC）和通信融合感知（HCS），網(wǎng)絡能力將增強10倍，其中，就包含上行能力，時延能力和定位精度等。要知道，毫米波具備更寬的頻譜資源，更高的空域隔離度，更窄的波束，更精準的波束協(xié)同等特征，這將使得上下行靈活時隙配比更容易實現(xiàn)并大幅提升定位和感知能力，從而滿足大上行和通信融合感知業(yè)務需求。同時，毫米波TTI（傳輸時間間隔）更小，這將大幅降低網(wǎng)絡時延，使能寬帶實時交互業(yè)務，極大地豐富人們的生活娛樂方式。

畢竟，毫米波具有大容量、大帶寬等天然優(yōu)勢，不僅能滿足人流密集區(qū)域的網(wǎng)絡容量需求，還可以為自動控制、VR/AR、檢測等業(yè)務提供支撐，有望在5G網(wǎng)絡部署中發(fā)揮重要作用。在高層來說，工信部高度重視5G毫米波的發(fā)展，提前組織、積極儲備，持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)成熟。

一是依托新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)重大專項，支持5G毫米波關鍵技術(shù)研究和產(chǎn)品研發(fā)攻關，著力提升我國5G毫米波技術(shù)產(chǎn)業(yè)能力;二是組織愛立信、華為、中興、高通、聯(lián)發(fā)科等國內(nèi)外系統(tǒng)、芯片企業(yè)，聯(lián)合開展5G毫米波技術(shù)試驗，解決技術(shù)難題，驗證產(chǎn)品性能;三是協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)界各方就5G毫米波的載波帶寬、幀結(jié)構(gòu)等關鍵參數(shù)達成一致，已經(jīng)奠定了很好的基礎。目前，主流廠商已經(jīng)陸續(xù)立啟動了單載波帶寬為200兆的5G毫米波設備的研發(fā)和測試工作。

另外，加強技術(shù)攻關，夯實5G毫米波產(chǎn)業(yè)基礎，也是一個重點。圍繞個人用戶及垂直行業(yè)需求，技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)等各項工作，持續(xù)優(yōu)化波束管理等關鍵技術(shù)，進一步提升5G毫米波產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性，持續(xù)推進5G毫米波技術(shù)試驗，進一步暢通系統(tǒng)、芯片、終端等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，加速5G毫米波產(chǎn)業(yè)鏈的熟悉。

業(yè)內(nèi)有專家提出，挖掘應用場景助力5G毫米波商用落地，也是當前的一個布網(wǎng)核心考慮要素。聚焦工業(yè)、交通、傳媒等重點行業(yè)，加速5G毫米波在室內(nèi)展館、室外場館、高人流街區(qū)等典型場景的應用演示和驗證，探索可推廣、可復制的網(wǎng)絡部署模式、商業(yè)運營模式，積極拓展5G毫米波應用場景，與Sub-6G形成有效的互補。更重要的是，5G毫米波、XR等技術(shù)的落地應用，離不開產(chǎn)業(yè)鏈相關環(huán)節(jié)的深入合作。今年5月，在中國IMT-2020（5G）推進組和中國聯(lián)通的支持下，高通、中興通訊、TVUNetworks等共同完成了5G毫米波8K視頻回傳業(yè)務演示，充分發(fā)揮出5G毫米波高速率、低時延等優(yōu)勢，能夠為XR應用所涉及的3D畫面數(shù)據(jù)高速、實時傳輸提供更好的支持。

后記

5G的快速發(fā)展是產(chǎn)業(yè)界共同努力的結(jié)果，要積極開展跨行業(yè)、跨領域的溝通交流。深化各方在5G毫米波技術(shù)創(chuàng)新、應用探索等方面的合作，緊密跟蹤全球5G毫米波發(fā)展態(tài)勢，吸收國際先進經(jīng)驗，加強雙邊多邊協(xié)作，共同營造優(yōu)勢互補、互利共贏的良好產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在各方的共同努力，我國5G毫米波發(fā)展取得積極成效。但在產(chǎn)品研發(fā)、應用場景探索等方面仍存在一定挑戰(zhàn)，需要產(chǎn)業(yè)界繼續(xù)努力。

額外提一下。我們常說，為了縮小數(shù)字鴻溝問題，從太空衛(wèi)星，到高空熱氣球，從大型太陽能飛機，到小型無人機熱點，各種高科技創(chuàng)意層出不窮。其中有一種此前被忽視的傳統(tǒng)技術(shù)，又因為5G毫米波的成熟，而重新獲得青睞，那就是固定無線接入FWA，通過CPE設備將移動通信信號轉(zhuǎn)為局域網(wǎng)寬帶信號，這種技術(shù)在4G時代就極為常見，但受限于4G網(wǎng)絡帶寬上限，一直只能作為Wi-Fi網(wǎng)絡的補充，部署在廠區(qū)宿舍等場景。這個話題我們之后再討論。

總之，超大帶寬、超低時延、超大用戶容量三大特性，讓5G毫米波可以用于高清視頻、AR/VR、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等多個垂直領域，5G在智慧廠區(qū)、智慧園區(qū)和智慧碼頭等場景的應用也將隨著毫米波的成熟而普及開來。