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5G毫米波的“苦”与“甜”

时间:2021-10-15 作者:邵乐峰 阅读:
5G毫米波具备频率宽带容量大,易与波束赋形结合,超低时延等多个突出优势,有利于推动工业互联网、AR/VR、云游戏、实时计算等行业的发展。同时,毫米波可以支持密集区域的部署,进行高精度定位,设备集成度高,将有利于促进基站和终端的小型化发展。
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随着世界开始走出新冠疫情的阴影,5G渗透率的持续提升正成为全球经济的重要增长驱动力。根据GSMA的预测,2021年至2025年,全球移动运营商的资本支出将达到9000亿美元,其中80%将用于5G业务;到2025年底,5G移动连接数将占全球总数的五分之一,接近20亿。而中国也将继续领跑全球,不但用户数量全球最多(超过8.3亿),5G连接总数也将超过8亿,2100亿美元运营商资本支出中的90%被用于5G。

中国的5G移动经济(图片来源:GSMA)

GSMA大中华区总裁斯寒在《第二届5G毫米波产业高峰论坛》致辞中指出,毫米波频谱的发放是5G发展路途上的重要节点。对于亚太区域和全球市场来说,5G作为新的经济增长点,将进一步推动数字经济发展,期待中国政府和产业尽快深入推进毫米波频谱规划,提前布局。 

5G毫米波具备频率宽带容量大,易与波束赋形结合,超低时延等多个突出优势,有利于推动工业互联网、AR/VR、云游戏、实时计算等行业的发展。同时,毫米波可以支持密集区域的部署,进行高精度定位,设备集成度高,将有利于促进基站和终端的小型化发展。她表示,在《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》的推动下,中国将会很快迎来5G在消费者和行业应用上的百花齐放和规模化的成熟发展。  

来自工信部的最新数据显示,截至今年8月,我国累计建成5G基站达到103.7万个,占世界的70%以上;5G终端用户突破4亿,是全球最大的用户群体;今年1-8月份,国内5G手机出货量达到1.68亿部,同比增长80%;5G应用案例超过1万个,“5G+工业互联网”成为应用创新最活跃的领域之一,覆盖了电子设备制造、钢铁、电力、矿山等22个重要行业。

“如果说5G上半场是体现电信运营商单人技术的乒乓球赛,那么进入下半场面临不断扩大的应用需求,5G就成为和垂直行业共同参与、角色不同的足球赛。”中国通信标准化协会副理事长兼秘书长闻库表示,中国虽然打好了乒乓球赛,但是踢足球困难较大,希望产业链协同配合,既打好乒乓球赛,也能踢好足球赛。同时,“做好5G才能做好6G”,毫米波的发展需要加强产学研合作,共同推动毫米波产业成熟,为以后6G太赫兹的可能使用积累经验。

行业需要怎样的5G网络

2021年GSMA发布的《5G毫米波经济性分析》报告显示,通过对5G毫米波发展成本增益和经济效益等进行综合分析,表明5G毫米波在高密度城市部署和固定无线接入场景里,与中频C波段结合将为运营商带来明显的成本优化和增益。

根据中国电信首席专家、电信研究院专家委员会主任,美国贝尔实验室院士毕奇介绍,截至目前,我国共有5G垂直行业应用4500多个,50%以上应用于工业,20%应用在政府服务,交通、医疗行业各占10%,其余则分别落地于教育、金融等领域。

“现在要做好垂直行业应用,两方面的挑战必须重视起来:一是如何解决垂直行业的碎片化问题,使得无线通信产业链在垂直行业得到快速发展;二是怎样更好地降低5G终端和模组的价格。”毕奇表示,未来,中国电信和中国联通将在3.5GHz TDD和2.0GHz FDD网络基础之上,继续部署5G毫米波网络,以满足各个行业的需求。

创造收入和节约成本仍然是检验物联网成功与否的首要标准;但对于中国企业来说,合性在疫情过后变得同样重要(图片来源:GSMA)

中国联通科技创新部总经理马红兵则提出了毫米波将帮助运营商在组网时“多一条腿,也多一条路”的观点。他表示,毫米波在精准定位方面相比其他波段有着更大的优势,可以做到厘米级甚至更高精度的定位,这使得毫米波在VR等应用的前景被广泛看好。

但他也提醒产业界说,5G属于组合技术,尽管具备大带宽、低时延、高速率、高可靠等特性,但仍需要边缘云或者UPF下沉才能满足网络需求。这意味着,5G面临的不仅是基站和带宽的改善,还需要在网络架构上进行调整配合,才能真正起到支持千行百业的作用。

同时,工信部《“扬帆”行动计划》的推出,也表明5G和行业应用现在正从“破冰”阶段驶向“深蓝”,难度很大,运营商自身对于行业的理解还不足够深入,5G网络和各垂直行业之间必须要形成紧密的联合体,才有可能继续迈向深水区。

当然,与毕奇观点相同,马红兵也指出,要想进行规模化推广,尽快将毫米波的成本降下来显得尤为重要。

中国移动研究院无线与终端技术研究所所长丁海煜表示,中国移动目前已建成5G基站70万个,并从2020年开始,面向矿山、港口、医疗、工厂等18个重点行业推出了“优享、专享、尊享”的行业专网产品体系。不过,在他看来,网络性能不够成熟、成本不够低、网业协同不够深、端到端标准化不够快,是5G行业应用最亟待解决的四大挑战,而毫米波恰恰在高可靠、高性能、低延时等方面有着出色的性能提升,可以加速行业高质量发展。

“5G应用到汽车行业需要注意三大问题:成本、技术成熟度、5G网络的规模部署。运营商是否能够提供稳定、高效、安全的5G网络,决定了汽车行业与5G的深度融合程度。”北汽福田汽车IT基础设施部/信息安全部高级经理张志强结合汽车行业特点分享了自己的观点。

医疗行业代表,国家远程医疗与互联网医学中心办公室主任、中日友好医院发展办主任卢清君指出,“5G+医疗”对网络的需求在高通量低时延的基础上,更强调确定性和安全性,也可以说是对5G综合属性(确定性、移动性、安全性、实时性、快捷性、专属性)等的多元需求。其中也包括对MEC、AI能力的迫切需求,MEC对医疗AI的支撑作用具有不可替代性。但目前AI系统成熟度不足,MEC资源也未下沉到医疗机构,应用于临床还有很长的路要走。

“医疗是最复杂的行业之一,我们此前和中国移动、中国电信就如何建立医疗专网进行过深度探讨,也做了大量的方案,但没有一套方案是让我们满意的。”卢清君说,他们曾做过一个粗略统计,出于安全、性能、费用等多重因素考虑,目前全国230000多家二级以上医院中开通5G的不超过800家,占比还不到三百分之一。即便开通使用的,也只是一些局部的小场景应用,在医患两用都没有开通的背景下,很难看到一些刚性的、不可替代的需求。

“很多基层和偏远地区的医院连5G是什么都还不太清楚,很多医生也没有5G手机,这就给工作协同带来了很大的不便。”他强调说,医疗行业的特点就是不能出错,相比技术的“先进性”,医院更青睐“成熟的”网络体系。因此,在不久前刚刚结项的医疗专项研究中,通过与运营商、电信设备商和科研机构的共同努力,会展、远程诊断、移动查房等12大类比较成熟的应用被纳入其中。

不过,值得关注的是,“远程操控手术”一项被排除在外。卢清君解释说,尽管此前有几家医院实现了5G时延仅仅5毫秒的结果,数字很漂亮,但这是在花费巨大代价做出重度保障之后产生的结果,成本不具备可复制性;其次,它真正带来的256毫秒时延全部来自于终端,这是医生无法接受的,因为他在这一过程中完全无法实施操控;第三,成本依旧居高不下,很难深入基层医院的临床应用。 

 “现在迫切需要解决的是5G应用从‘一到N’的突破,而之所以选择12大类应用场景,核心原因就在于这些属于能够快速推广的应用,未来在大规模使用时会很快产生规模化效应。“卢清君说。

毫米波如何持续蓄力向前

GSA总裁Joe Barett分享的数据显示,目前已有48个国家的186家运营商正在26-28GHz、37-40GHz和47-48GHz的毫米波频谱上规划发展5G,23个国家的134家运营商持有许可证,可以进行毫米波部署,北美、欧洲和亚洲占据所有频谱部署的75%。其中,26-28GHz是被部署和发放牌照最多的毫米波频段,37-40GHz频段紧随其后,48GHz以上的超高频段频率尚属于行业关注的热点。

毫米波设备方面,如下图所示,现在已有134种毫米波设备,这比2021年初增加了22种,n257、n258、n260、n261四大关键频段中,厂家已经分别发布了33/20/56/58种毫米波设备,占已发布5G设备总数的13.5%。在5G毫米波商用方面,共有85种设备投入了商用,比2021年初增加了21种,其中38款为手机,占所有商用设备的45%。

众所周知,毫米波和Sub-6GHz频段都是5G的重要技术,在高通公司中国区研发负责人徐晧看来,很多传统意义上被视作毫米波所面临的移动化挑战,例如覆盖范围有限且成本高昂、仅支持视距传输、仅可用于固定用例、RFIC技术不成熟等,通过最近20多年的持续研发和创新,都得到了非常好的解决。

5G毫米波面临的移动化挑战(图片来源:高通)

针对毫米波的应用场景,徐晧强调称,并不是所有应用场景都需要毫米波覆盖,其最重要的应用场景可以用四个字概括:热点覆盖,包括企业室内部署、室内/室外场馆、交通枢纽、固定无线接入、工业物联网等领域。

5G毫米波最重要的应用场景是热点覆盖(图片来源:高通)

“我常跟同事说,中国非常适合毫米波的应用,因为中国人口密度比较大,机场、地铁站、体育场馆等人员密集的场所都是毫米波非常合适的应用场景。”徐晧以2021美国橄榄球赛季总决赛为例,介绍了高通支持运营商在大型体育场馆进行毫米波商用测试的情况。数据显示,通过5G毫米波能够支持总的流量是4.5TB,部分场景峰值下载速度达到3Gbps,是4G LTE峰值下载速度的20倍,也是Sub-6GHz无法实现的容量和速率峰值。

5G毫米波标准还在持续演进中,在已完成的R16项目中增加了集成接入及回传(IAB)、增强型波束管理、节电特性、双连接优化、定位等功能,在R17以及未来版本项目中,推动优化IAB支持分布式部署、优化的网络覆盖和波束管理、拓展频谱支持、eMBB之外的全新用例、定位增强等将成为重点。

不过,尽管5G毫米波具备很多优势,前进道路上很多挑战都已得到解决,但OPPO标准研究部部长杨宁仍然指出,从中国的实际情况来看,5G毫米波基础资源的分配,例如能在哪个频段做试验?运营商具体能够部署哪些频段?仍然不够明确,这样,对于产业的推动作用效果就还不显著。

第二,毫米波典型的缺点是覆盖相对有限,如何保证网络和终端的连接,克服覆盖有限的缺点,是需要解决的问题。同时,考虑到毫米波有大带宽、多天线的优势,但会对终端,尤其是终端的发热和功耗带来挑战,如何从技术的角度避免发热和功耗带来的挑战,也是产业发展中需要考虑的问题。

第三,5G毫米波的整体部署无论是网络侧还是终端侧,器件和芯片的成本相对于sub-6GHz还是较高,如何把网络和终端成本降下来,也是产业面临的挑战。

中国信息通信研究院无线电研究中心无线电资源研究部主任刘琪则从研究的角度进行了补充。他指出,一是要从供给侧加强毫米波技术的供给。标准方面,除了3GPP的5G毫米波标准之外,还要推动5G应用的标准化进程,包括核心的芯片、器件,特别是毫米波大带宽的芯片器件,都需要重点要突破;二是需求侧。“从行业的角度来说,需求是存在的,但是如何通过供给满足行业的需求,是双方甚至多方共同努力的结果,需要共同加速推动标准化进程以解决行业碎片化的问题。”

责编:Luffy Liu

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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