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5G頻段擴容 毫米波成“兵家必爭之地”
2020-02-11 10:22:31 來源: 科技日報
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  近期,著名蘋果分析師郭明錤發布報告稱,2020年蘋果將發布5款新iPhone,支持毫米波/sub-6GHz技術,給一批關注5G毫米波應用的人士帶來了小小的驚喜。

  國際標準化組織3GPP把5G頻段分為FR1頻段和FR2頻段,FR1頻段就是范圍為450MHz—6GHz的sub-6GHz頻段,而FR2頻段則是24.25GHz—52.6GHz的毫米波頻段。因此,全球5G部署的頻段只有兩種,sub-6GHz和毫米波。

  不管蘋果是否能讓預測變為現實,5G對毫米波頻譜資源挖掘的商用前景日漸深入人心。2019年世界無線電通信大會(WRC-19大會),全球移動通信係統協會(GSMA)首席監管官約翰·朱斯蒂(John Giusti)對5G毫米波業務前景撰文:“從2020年到2034年,在15年的時間裏,對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。”

  毫米波因5G受寵

  無線信號的傳播以無線電波的形式存在,就像車輛必須行駛在路上,所有的無線電業務都離不開無線電頻率,它以Hz(赫茲)為計量單位。如果每個Hz的無線電波是一個琴鍵,鋼琴的琴鍵就是全部的無線電頻率,整個無線電頻譜被分為9段(頻段),分別有著不同的應用空間。

  如中國信息通信研究院副院長王志勤所言,頻譜是無線移動通信技術發展的基礎。如果從意大利人馬可尼和俄國人波波夫同在1895年進行的無線電通信試驗算起,頻譜被認識、開發和利用已超過百年,在這個不斷徵服更多頻段獲得更大帶寬的過程中,5G的出現終于讓毫米波成了香餑餑。

  毫米波是指1—10毫米之間的電磁波,通常對應30GHz—300GHz間的無線電頻譜,目前毫米波主要應用于衛星通信、雷達和軍事等領域。

  除了30GHz之內的頻譜資源已被運營商和各類機構瓜分殆盡外,5G使用毫米波的理由簡單極了,因為這部分頻譜擁有連續可用的超大帶寬,可以滿足5G對超大容量和極高速率的傳輸需求。

  但是,頻率越高的電磁波傳播距離越近,屬于“極高頻”的毫米波在傳播時有很大的路徑損耗,不但難以穿過建築或障礙物,甚至一片葉子、一滴雨水都有可能將它吸收。

  高通中國區董事長孟樸説:“5G幾乎將用到包括毫米波在內的全球所有可用的頻率,5G發展的每一階段都會出現很多新的技術挑戰。比如,5G射頻將有超過1萬種可能的頻段組合,這種復雜性比4G時代高出一個數量級。”

  而且,隨著新材料、新技術和新工藝的提升,毫米波在5G時代大規模應用的種種掣肘也將逐步被解決。

  頻譜焦點之爭未休

  當中低頻段(6GHz以下)可用的頻譜資源再難被釋放,毫米波頻段成為支撐和保障5G應用的新希望。國際電信聯盟(ITU)為不久前舉辦的WRC-19大會專設的1.13議題便聚焦于24.25GHz—86GHz頻段范圍內的11個候選頻段,尋找5G新增頻段。

  1.13議題的重要任務還包括在開展兼容性研究的基礎上,修改相關國際規則或制定保護措施,以避免5G業務與已使用這個頻段范圍的衛星通信、地球資源和氣候變化監測及射電天文學等無線電業務發生幹擾,求得和諧共存。

  中國代表團5G毫米波議題主要負責人、國家無線電監測中心王坦博士強調,上述兩項任務的結果將對信息通信技術産業産生深遠影響,因此,5G毫米波議題成為WRC-19大會世界各國及國際組織博弈的主戰場。

  雖然此次大會上,26GHz頻段(24.25GHz—27.5GHz)、40GHz頻段(37GHz—43.5GHz)以及66GHz—71GHz頻段全部或部分標識為全球統一的5G頻段,但圍繞這3個頻段的使用條件爭論未休。

  比如,全球5G産業極力爭取的26GHz頻段具有頻點低、帶寬大、設備實現難度相對較小等優點,但該頻段與衛星地球探測業務相鄰,制定全球統一的5G基站帶外無用射頻限值,是降低5G係統幹擾可能性的重要技術手段。

  限值越小,技術指標越嚴格,意味著設備器件研發投入、組網成本越高,頻率保護相應也會增加;限值越寬松,越會對鄰頻氣象業務帶來幹擾隱患。帶外射頻限值是寬是嚴,不僅關係到産業利益和人類觀測自然之間的權衡,也關係到各國戰略布局。

  而被細分為3個連續頻段的40GHz頻段,分布著各種衛星業務、定位業務、射電天文、空間研究等無線電業務。爭論的焦點在于,是把3個頻段都用于5G,還是只明確其中一段。中國希望空間和地面産業均衡發展,將其中一部分用于5G,認為給衛星産業發展空間與保護其他無線電業務正常運轉同樣重要。

  商用部署尚待成熟時機

  適時發布5G毫米波頻段頻率使用規劃,是引導5G毫米波産業發展的關鍵。按照全球移動通信係統協會(GSMA)大中華區公共政策總經理關舟的預測,5G毫米波頻段落錘,工信部將很快開啟毫米波在國內的規劃。

  作為中國毫米波規劃工作的重要支撐,我國IMT-2020(5G)推進組(以下簡稱推進組)組織的中國5G增強技術研發試驗毫米波頻段的測試試驗中,全球産業鏈中的係統、芯片、儀表等主要企業均有不同程度的參與。推進組5G試驗工作組組長、中國信通院技術與標準研究所副總工程師徐菲稱,測試進展比預期計劃大大提前。

  那麼,5G毫米波什麼時候才可在我國部署商用?

  推進組的測試計劃劃出了大致時間線:2019年8月—12月,驗證5G毫米波關鍵技術和係統特性;2020年,計劃驗證毫米波基站和終端的功能、性能和操作,開展高低頻協同組網驗證;2020—2021年,計劃開展典型場景驗證。

  從運營商的角度來看,中國移動研究院首席專家劉光毅在2019年5G毫米波技術創新研討會上透露,中國移動已完成5G毫米波關鍵技術驗證,計劃在2022年逐步進行5G毫米波商用。

  顯然,中國的5G毫米波計劃不像美國那麼激進。

  美國在5G試驗和商用部署時使用了毫米波,中國工程院院士劉韻潔曾分析稱,關鍵原因在于美國6GHz以下的頻段全部歸軍方使用。

  與美國相反,中國未陷在頻譜“困境”中,在3GHz和4GHz頻段的頻譜使用和6GHz以下頻段的5G係統、終端設備均領先全球,為5G初期的大規模快速部署提供了保障。

  毫米波的典型使用場景是自回傳,不需要光纖鏈路。從網絡基礎設施的角度看,美國和歐洲部分地區的光纖覆蓋遠不如中國,使用微波技術做回傳是經濟可行的方案。

  因此,在5G毫米波産業鏈尚不成熟的情況下,中國當前的5G部署策略是更為成熟的選擇。正如工信部部長苗煒所強調的:“尊重市場規律,推動5G應用漸進式發展。5G應用涉及很多新興領域,更需要我們不斷探索、不斷總結,在培育過程中採取‘沿途下蛋’的策略,使5G應用不斷落地。”(記者 劉 艷)

 

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