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毫米波5G重大进展!

发布时间:2021-12-29作者来源:金航标浏览:342

1. 全球5G商用发展:势头强劲


北京时间7月3日晚间,3GPP宣布Rel-16标准冻结,标志5G[敏感词]个演进版本标准完成。宣布冻结后,业界沸腾,预计5G商用将迎来新一波[敏感词]。


Rel-16是3GPP有史以来[敏感词]个通过线上会议审议完成的移动通信技术标准。由此可见疫情并未影响全球业界对于5G商用的极大热情。这一点,也可以从行业组织、主流设备商、主流芯片商等[敏感词]公布的数据看得出来。


据5G Americas在6月24日发布的统计结果,尽管受疫情影响经济下滑,但全球5G网络部署、5G用户数量仍保持强劲增长势头——截至2020年6月,全球已有82个5G商用网络(全球移动供应商协会在7月1日发布的数据已经达到84个),预计到2020年底时的5G商用网络个数将增加1倍以上,达到206个;2020年[敏感词]季度末,全球5G连接的数量已超过6360万(比2019年第四季度增长308.66%),6月底时的5G用户数已突破1亿。


爱立信6月16日发布的2020年6月版“Mobility Report”预计全球5G用户数量到今年年底将达到1.9亿,而去年11月份发布的2019年11月版“Mobility Report”所预计的数值为1亿。为何将预测数值提高近1倍之多?2020年6月版报告称主要是由于中国5G迅速普及的程度超过了此前的预期。



华为的相关预测显得更为乐观,华为无线网络首席营销官甘斌6月30日在GSMA举办的“新基建与企业数字化”论坛指出,中国5G用户2019年年底600万、2020年6月突破1亿、预计到年底时将突破两亿。


行业组织、主流设备商的乐观预测,表明5G产业链的成熟度已经达到一定水平并将越来越好。5G商用,看终端。据GSA[敏感词]发布的数据,全球5G商用终端已达100多款,其中大多数采用的都是高通骁龙5G解决方案。目前全球已经有超过375款采用高通骁龙5G解决方案的终端(包括5G手机、模组、移动热点、CPE、PC等)已经发布或正在设计中。高通对5G商用前景的相关预测也极具代表性。7月2日,高通总裁安蒙(Cristiano Amon)在GTI线上峰会作主题演讲时介绍,目前有320多家运营商正在投资5G,预计到2022年的5G手机出货量将达到7.5亿部、2023年全球5G连接数将超过10亿(比4G获得同样连接数的速度整整快了两年)、2025年全球5G连接数将达到30亿。



2.  新现象:毫米波5G商用提速


在上文所述的全球5G商用强劲势头下,3GPP Rel-16标准在疫情下仍能较快速冻结,反映出全球业界在5G商用一年多之后对于更大容量、更高速率、更低时延5G新系统的迫切需求。Rel-16标准化了多个毫米波相关的技术,如5G车联网、集成接入与回传(IAB)、5G免许可频谱接入(NR-U)、载波聚合与双连接增强、5G终端节电技术等。


在5G商用过程中,随着大容量、高速率、低时延业务开始发展,通信频段正在快速向毫米波方向延伸,据GSA近日发布的相关报告,已有17个国家/地区的97家运营商获得毫米波频谱使用许可、已有22家运营商使用毫米波频谱部署5G商用网络、已有84款得到宣布的5G终端支持毫米波(2019年11月底有59款)。在此强劲势头下,GSA预计,接下来几年,毫米波频谱拍卖/分配、毫米波网络建设、毫米波终端上市将继续加速。另据高通总裁安蒙介绍,截至目前已经有超过120家运营商对毫米波进行了投资,将其引入5G部署。


可见越来越多的国家正在支持对毫米波5G网络的部署。北美运营商去年即开始部署毫米波5G网络,今年进一步大规模部署。部分欧洲国家已开始部署毫米波5G,意大利、俄罗斯正加速对毫米波5G的支持,其它欧洲国家也计划于今年晚些时候面向5G商用拍卖毫米波频谱。韩国、日本、澳大利亚以及东南亚部分国家的运营商计划于今年或明年开始5G毫米波部署。


我国中频段5G在2019年已开始商用,毫米波5G频谱尚未正式发布,但已批准了24.75-27.5 GHz和37-42.5 GHz作为实验频段。基于Massive MIMO的5G毫米波技术趋于成熟,预计在2021-2022年开始商用。目前国内毫米波5G的发展也面临重大机遇。一是诸多政策给力,比如5G新基建;又如工信部2020年49号文明确“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划”,要求“结合国家频率规划进度安排,组织开展毫米波设备和性能测试,为5G毫米波技术商用做好储备”。二是三大运营商正积极进行大规模5G网络建设。三是毫米波5G的商用将带来潜在巨大效益,GSMA相关报告预计:到2034年,毫米波5G将为中国带来1000多亿美元的经济效益。在上述三大机遇下,预计国内今年会陆续开展毫米波5G相关的测试工作,进一步加快毫米波频谱分配,进一步推动毫米波5G在国内的商用。



3.  五方面:毫米波5G表现给力


毫米波5G商用发展目前之所以有着上述强劲的势头,5G微信公众平台(ID:angmobile)认为是由于以下一些因素给全球运营商大力发展毫米波5G带来了信心。


 技术进步令业界兴奋


在室外环境部署毫米波5G基站时,由于是在密集市区等高价值区域,这些区域建站困难,能选的站址大都在3G/4G时代已经建站。这一巨大挑战已经得到了解决。通过先进的波束成型技术,目前能够实现超过150米的毫米波传输。相关技术不仅通过仿真实验得到了验证,而且在外场测试中也得到了验证,这意味着毫米波5G基站能够实现与现有热点和小基站的共址部署。


此外,除了视距传输和固定传输,毫米波5G NR目前也已能实现非视距传输,因为物理层信号能够支持快速调整并切换附近的波束,从而就能很好地利用多路径和反射。高通工程技术高级总监季庭方在“GSMA Thrive • 万物生晖”毫米波论坛上介绍,如果一个传输路径被手部或身体其它部位遮挡,通过激活手机上的另一个模块就可以快速找到一条新的传输路径。“我们还将这种转换从基站内扩展到不同基站之间,这意味着毫米波传输在不同基站之间的切换也能够快速实现。这是毫米波的一个关键解决方案。”


“得益于我们先进的波束管理算法,即使在种种极具挑战性的环境下,毫米波手机仍然能够保持高速网络连接。”季庭方介绍。


 现网实测印证高速率


随着无线网络的快速演进升级,移动新业务数据量和用户数呈现指数型增长的井喷态势,对移动数据流量的需求也呈现爆炸式增长,各种新兴移动通信业务对通信带宽和通信速率的需求也急速提升。在毫米波频段可以构建[敏感词]达800MHz的超大带宽通信系统,通信速率高达10Gbps,可以满足ITU对5G通信系统的要求。已经建设的毫米波5G网络充分证明了毫米波5G能够在实际使用环境中为用户带来更高速的连接体验。


比如,一家网络测试公司Opensignal在7月初发布的报告显示,全球所有的5G商用网络中,Verizon的5G下行速率[敏感词]。这正是由于Verizon一直以来采用毫米波建设5G网络。面向大众消费者市场,Verizon的毫米波5G网络部署专注于极大增强价值区域——人口稠密城市地区(例如商业区、公园和地标性场所)的室外移动5G网络速率及时延,截至2020年6月,Verizon毫米波5G移动服务在美国35个城市运行(计划年底时达到60多个城市),已经在17个体育馆和7个室内竞技场中的部分场馆部署了毫米波5G。


又如,全球领先网络洞察和测试机构Ookla通过其[敏感词]Speedtest应用进行大量用户网络性能评估测试的结果表明:在美国,搭载高通骁龙移动平台的5G毫米波终端峰值速率超过2Gbps,平均下载速率超过900Mbps,这相当于5G中频段频谱速率的4倍以上。(注:相关数据是基于目前部署的400MHz带宽毫米波频谱测试获得的。预计毫米波部署会将带宽扩展至800MHz,届时速率将提高一倍。而骁龙5G产品已经能够支持800MHz带宽的毫米波连接。)


毫米波5G部署带来的网络容量提升,可降低单位带宽成本,支持运营商在数据流量消费规模不断扩大的背景下继续提供无限流量套餐。此外,速率的极大增强能够使5G终端用户获得全新的移动体验。


 在垂直领域表现优异


全球运营商都希望把垂直领域发展成5G系统价值的[敏感词]增长点,这就需要满足千行百业的定制化需求,从而面临不小的挑战。Verizon的成功实践表明,毫米波5G系统与MEC、AI技术等融合后,可以面向各类新服务开创新的部署模式,为覆盖区域提供“大容量高速率+本地化”的智能解决方案,满足垂直行业客户低时延、大带宽、安全隔离的需求。


Verizon在美国建立了6个5G实验室,在伦敦建立了1个5G实验室,并与初创公司、大学和知名公司合作开发毫米波5G用例。每个实验室都分别专注于一个垂直领域,如金融服务、机器人技术、公共安全、娱乐和信息技术。截至目前,Verizon毫米波5G已有多家垂直行业客户。比如康宁公司与Verizon合作创建未来的5G工厂——最初的用例侧重于工厂自动化、无接触质检和近实时供应链跟踪等。又如,Emory Healthcare与Verizon合作加快5G医疗应用的开发,包括基于AR/VR的医学培训、远程物理治疗、患者监测和急诊室准备等。


这些实例表明,移动通信网络运营商通过部署室内毫米波5G专网能够为企业、机构、场馆和交通枢纽等室内环境带来数Gbps速率、超低时延和极大容量。


 终端产业表现很给力


上述毫米波5G商用的强劲发展势头,终端的大力支撑是关键因素之一。据GSA近日发布的相关报告,全球已有84款支持毫米波频段的终端已经发布或者正在设计中(2019年11月底有59款)。几乎采用的都是骁龙5G解决方案。5G微信公众平台(ID:angmobile)了解到,很多国内企业已经开始基于骁龙芯片打造支持毫米波的5G智能终端,比如一加在北美市场推出的支持毫米波的5G智能手机取得了较好的反响;又如中兴等也在基于骁龙5G解决方案生产支持毫米波的CPE。


毫米波5G智能终端之所以能如此蓬勃发展,据悉,截至目前高通已经推出了三代骁龙5G调制解调器及射频系统,每一代都支持毫米波;而且为了使支持毫米波的5G智能终端紧凑纤薄化、降低手机厂商设计难度、满足功耗需求、提供[敏感词]化的性能、加快终端上市时间等,高通还陆续推出了多款在非常紧凑的尺寸中集成了天线、射频前端、收发器的毫米波模组。


从目前发展态势看来,预计在未来一段时间,将会有越来越多支持毫米波的终端进入市场。


 毫米波后续发展可期


在部署毫米波5G基站时,如果光纤资源缺乏,通过IAB(集成接入与回传)可解决问题。相比传统光纤部署,IAB除了可增强部署的灵活性、降低成本、大幅缩短部署时间,而且还具有更令业界兴奋的能力——据季庭方介绍,高通在德国法兰克福市区进行毫米波系统仿真(最初部署了4个gNodeB基站,之后增加了15个IAB节点)的测试结果表明,网络吞吐量提升了3.4倍;另外,对Rel-16及未来版本中的先进节电算法(包括唤醒信号、高效载波聚合管理)进行的仿真性测试结果表明,在引入增强的节电机制后,终端能够节省37%的电量。


此外,毫米波5G终端也将有望进一步高质量发展,其中通过提高测试能力来提高终端的可靠性和质量显得至关重要。高通技术标准高级总监李俨在“GSMA Thrive • 万物生晖”毫米波论坛小组讨论上介绍,包括国内很多测试厂商最近一段时间在毫米波测试方面的进展非常快。但是如何在移动环境下让终端快速捕获毫米波的波束并且完成可靠的波束追踪尚为一大挑战,为了在产品上实现更好的支持,需要引入新的测试方法。“因此,我们也和3GPP一起推动一些动态的毫米波测试方法,在实验室环境、在可重复的环境下测试终端对波束的捕获和追踪,来进一步提高终端在现网运行中的可靠性。”李俨说道。


放眼更为长远,根据Rel-17的规划,5G经过3个版本的演进,将[敏感词]频率支持到71GHz。5G微信公众平台(ID:angmobile)了解到,Rel-17中52.6GHz-71GHz频段的研究项目内容包括:现有NR的上下行波形基础上的必要增强——适用的子载波间隔信道带宽、与射频器件匹配的必要的物理层功能设计、现有物理层信道和信号支持该频段传输的关键问题;基于波束的信道接入方法,考虑与其他接入点的干扰,并满足52.6GHz-71GHz免许可频段的频率监管规则。



4.  高中低频联合支撑5G改变社会


5G系统实现了中低频与毫米波的统一设计,毫米波的使用扩展了5G的应用空间,不仅可以对传统的eMBB业务带来极大性能的提升,也给各种垂直行业的应用提供了潜在广阔前景。从全球已经部署的毫米波5G商用网络看来,毫米波技术相对于5G中低频的带宽、时延和灵活弹性空口配置等独特的优势,已经开始发挥出来,可以有效满足未来无线通信系统容量、传输速率和差异化应用等需求。


由此,采用中低频段和毫米波频段相结合的高中低频混合组网方式和灵活弹性的毫米波通信网络部署正在成为未来移动通信系统的基本架构趋势。可以预见在不久的将来,5G网络将通过高中低频的联合应用,带来整个社会信息化、数字化的巨大提升。

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