一文帶你了解5G毫米波頻譜

毫米波依靠超高的 mmWave 頻率的速度和容量為 5G 應用提供超強動力。

毫米波 5G，也被稱為 mmWave——是下一代移動應用基礎。我們將解釋它是什么，以及在需要高容量、低延遲網絡的地區，它將如何影響 5G 網絡。

下一代 5G 網絡不僅將在大范圍內提供無處不在的可靠覆蓋，還將能夠為關鍵任務應用、大規模物聯網部署和全新業務運營提供動力，所有這些都需要快速、高容量、超低延遲的連接。

為了實現這一目標，移動運營商需要使用比前幾代移動技術更廣泛的頻譜。和低頻段和中頻段混合的 4G 網絡一樣，5G 網絡也是如此。

至關重要的是，頻譜是一種有限的資源。隨著世界各國政府和監管機構認識到 5G 網絡的潛在經濟和社會效益，各方已共同努力釋放盡可能多的頻譜。

目前人們開始注意以前被認為不適合移動網絡的波段，包括高范圍毫米波(mmWave)。

早在移動通信的重要性被認識到之前，許多毫米波頻段就分配給了其他用戶群體，如軍事或公共活動行業，因此毫米波頻譜具有很高的溢價。 

什么是毫米波頻譜?

盡管低頻段 700MHz 可能有助于將 5G 傳播到農村地區，但它不適合在繁忙的城市地區提供所需的可靠連接。

高頻段在有限的地理區域內提供了巨大的容量。所以 mmWave 在 5G 推廣中的關鍵是在人口密集的城市地區，那里需要高容量——換句話說，那里有很多設備。

然而，mmWave 也并非沒有挑戰。首先，這些信號不會走得那么遠。mmWave 之前一直被移動設備所排斥，因為它的短距離和窄波長很容易受到大氣條件的影響。一種被稱為“降雨減弱”的效應，因為降雨吸收無線電信號并造成干擾。

從技術上講，mmWave 指的是微波和紅外線之間的頻率，在 24GHz 到 300GHz 之間。這些電波目前被用于科學研究，武器系統，甚至警察的測速槍。

人們認為 26GHz - 100MHz 頻段是移動網絡的最大機遇。

然而，正是先前不受歡迎的 mmWave 特性使得它非常適合 5G。

這是因為它依賴于微基礎設施的使用，比如分布在密集城市位置的小單元。這一點，加上高頻段頻率將是 5G 網絡的關鍵特征。

因此，mmWave 只需要在有限的范圍內使用，而短波長可以最大限度地減少來自其他蜂窩數據的干擾，從而提高頻譜的效率。

mmWave 頻譜比目前的 4G 技術使用更高的頻率。 

價值潛力

由聯合國下屬的國際電信聯盟組織的四年一次的監管機構和政府會議——2019 年世界無線電通信大會(WRC-19)，與會代表確定了若干個可用于 5G 網絡的 mmWave 頻段。其中包括 24.25-27.5 GHz、37-43.5 GHz、45.5-47 GHz、47.2-48.2 和 66-71 GHz。

對這些波段的正式識別，為全球統一、測試和標準化鋪平了道路——降低了成本，縮短了上市時間。這些協定還確保對鄰近波段的頻譜用戶，例如氣象服務，實行保障措施。

mmWave 頻譜的高容量和超快速度將使許多 5G 應用不太適合低頻段。雖然預計大多數商業 5G 網絡將至少提供 1Gbps，但是 mmWave 理論的最大值傳輸值是 10Gbps。

GSMA 預計，未來 15 年全球將有 5650 億美元的 GDP 和 1520 億美元的稅收來自 mmWave 5G 服務。這相當于該時期所有 5G 網絡預計經濟價值的四分之一。

mmWave 5G 拍賣

每個國家都有自己的分配頻譜給那些希望在這些頻段上運營的公司的方式。在美國 3 月 5 日舉行的最后一輪毫米波拍賣會上，37 千兆赫、39 千兆赫和 47 千兆赫頻段被拍賣。總銷售額達到了 75.58 億美元，幾乎是之前兩次 mmWave 拍賣的總和的三倍，24GHz 頻段的總銷售額為 20 億美元，28GHz 頻段的總銷售額為 7 億美元。威瑞森和美國電話電報公司(AT&T)占據了最大的市場份額，共花費 30 億美元，獲得了數千個新的 mmWave 許可證。

盡管出現了疫情大流行，各國仍在推進各自的計劃，將 mmWave 頻譜分配給出價最高的國家。例如，芬蘭電信監管機構 Traficom 已經宣布，它計劃在 5 月份繼續拍賣 5G 頻譜。

此次拍賣將包括 3 張 26GHz 頻段的牌照，每張牌照提供覆蓋整個芬蘭大陸的 800MHz 頻段，起拍價為 700 萬歐元。注冊必須在 2020 年 5 月 20 日前提交給芬蘭交通和通信機構 Traficom，獲勝者可以在 7 月 1 日開始網絡建設。 

固定無線接入

最早使用 5G 毫米波的例子是固定無線接入(FWA)[1]寬帶。4G 驅動的 FWA 的速度、可靠性和固定連接的體驗往往無法與之相比。數據上限也是一個巨大的障礙，尤其是當你考慮到家庭寬帶用戶比移動用戶消耗更多的數據。

Ovum 表示，目前英國家庭平均每月消費 190GB，到 2023 年，由于視頻流服務、在線游戲和其他應用程序的普及，這一數字將增加到 516GB。5G 不受 4G 的限制，可以幫助滿足這一需求。

商用 5G FWA 網絡使用 mmWave 頻譜的試驗已經達到了 1-3Gbps，而分析人士認為，在真實世界環境下，80 - 100mbps 的一致性速度是可以達到的。在美國，AT&T 和 Verizon 都在美國主要城市提供 5G FWA，為只有一家固定電纜供應商的地區提供了一個現實的選擇。

盡管如此，英國目前有三家公司在倫敦市中心提供 5G FWA 網絡，而政府則希望在英國一些地區提供最低標準的寬帶網絡，因為在這些地區，光纖的商業化推廣在經濟上并不可行。 

對工業和社會進行新一輪變革

mmWave 5G 在工業領域的使用案例非常強大，該技術能夠在世界任何地方提供可靠、高性能的連接。智能端口技術是 5G 最發達的工業應用之一，有望通過機器的自動化和遠程操作來提高效率和降低成本。物流、礦業和其他行業也將通過流程的數字化和勞動力生產率的提高而轉型。

社會將受益于智能城市的應用，如交通，醫療保健的提供和基本服務的獲取也將發生革命性的變化。虛擬培訓將幫助工作人員改進，同時專家也可以遠程協助診斷和治療。這意味著位置將不再是護理的障礙。

教育也是如此。遠程學習將成為一種可能，這要歸功于利用遠程會議、虛擬現實(VR)和增強現實(AR)技術的交互式課程。 

mmWave 和無線回程 

受益于 mmWave 頻譜的不僅僅是終端用戶應用程序——移動網絡本身也將變得更加高效。移動運營商計劃將 mmWave 頻譜用于無線回程，它是移動基站和核心網絡之間的連接。

傳統的回程依賴于高質量的固定連接，這在農村地區可能不存在。在農村地區的網絡建設方面，無線回程提供了更大的靈活性和成本效率，而對于由小單元和其他微基礎設施組成的密集的 5G 網絡來說，這將是必不可少的。

測試表明，在延遲、可靠性和速度方面，mmWave 頻譜可以提供“類似光纖”的性能，40Gbps 傳輸是現實可性的。 

發展狀況 

如上所述，美國的運營商已經在使用 mmWave 頻率為他們的 FWA 服務供電。然而，由于缺乏已發布的頻譜和兼容設備，想完全實現全部功能還需要時間。

盡管國際電信聯盟在全球范圍內分配了波段，但發放這些波段牌照的過程是由各國政府和監管機構決定的。例如，英國監管機構 Ofcom 仍在研究 26GHz 的戰略。

還有標準化的問題。目前的 5G 網絡使用的是一種名為 Release-15 (R15)的早期標準技術，該技術建立在現有 4G 基礎設施的基礎之上。

今年夏天，R16 將完成，一旦可用，網絡就可以最大限度地發揮 mmWave 頻譜的能力，充分發揮 5G 技術潛力。 

毫米波對中國未來 5G 發展影響深遠 

WRC-19 對于 5G 毫米波頻譜的劃分具有重要意義。此次來自 190 多個國家的 3000 名代表討論了無線電規則文件，所有簽署的國家都需要按照這個規則進行頻譜分配，該規則將決定全球今后 4~5 年頻譜的規劃和使用方案。從以往的經驗來看，一個新的頻譜從 ITU 層面劃分到真正的商用需要 7~10 年。因此 WRC 的決定對于全球頻譜劃分具有重要意義，如 2007 年 WRC 大會上劃分的頻譜，后來成為 3G、4G 頻譜劃分和使用的基礎。

在亞太地區，GSMA 預計中國的影響力將會特別大，將在 5G 毫米波所帶來的 2120 億美元的亞太地區 GDP 增長額中貢獻 53%，特別在制造業和公用事業行業方面。WRC-19 討論了 24GHz~86GHz 頻譜的劃分，這些頻段會帶來 5G 高帶寬、高速率方面的應用。

5G 對產業來說所需要的頻譜十分多樣，不同的應用，不同的場景，對頻譜的需求也不一樣。高帶寬、高速率的應用需要毫米波頻譜。5G 毫米波有望繼續加強中國的數字基礎設施，尤其是考慮到其全面展開的經濟轉型進程，為創新型驅動的經濟創造新動能。5G 加上毫米波頻譜可幫助釋放低時延、數據密集型應用的潛力，這些應用可以為各種行業和用例帶來變革。  

我國毫米波研究不斷加速

毫米波頻譜確定后，我國也將開啟深入的研發和測試工作。

我國 IMT-2020（5G）推進組此前就表示，未來的工作重點將聚焦毫米波領域。IMT-2020（5G）推進組試驗工作組組長徐菲在 2019PT 展上講解了我國毫米波技術試驗的主要目標。分別是：研究驗證 5G 毫米波關鍵技術和主要特性，制定 26GHz 頻段的 5G 設備功能和性能指標要求，指導 5G 毫米波基站、核心器件和終端的研發；研究 5G 毫米波測試技術，制定系列測試規范，開發毫米波射頻、功能和性能測試系統，構建支持 SA 和 NSA 的毫米波試驗網絡環境，支撐 5G 毫米波端到端的完整的測試驗證；加強協作，在實際典型場景開展小規模應用試驗和示范，探索 5G 毫米波的應用場景和部署策略。

未來，推進組還將分階段推進 5G 毫米波試驗：2019 年 8—12 月，驗證 5G 毫米波關鍵技術和系統特性；2020 年驗證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作，開展高低頻協同組網驗證；；2020-2021 年，開展典型場景驗證。推進組還將重點面向毫米波設備和組網測試以及小規模應用試驗和示范，積極推進毫米波基站、芯片、射頻模組的開發和優化，研究毫米波的適用場景，探索毫米波和工業領域的融合應用。

運營商也開展了緊鑼密鼓的毫米波研發工作。據一位業內專家表示，目前有運營商已完成 5G 毫米波關鍵技術驗證，2019—2020 年間正在進行 5G 毫米波系統性能及標準方案驗證，計劃在 2022 年實現 5G 毫米波商用部署。不過在元器件方面，產業鏈還有待發展，再就是毫米波的應用場景目前還處在探索和研究中。

產業鏈也已經開始了密切的毫米波研究工作。華為、中興和諾基亞貝爾完成了毫米波關鍵技術測試的主要功能、射頻和外場性能測試，實現了毫米波的主要關鍵技術，開展了毫米波輻射射頻測試，支撐了我國毫米波規劃工作，后續進一步完善和優化毫米波設備的性能指標。海思、高通進行了 5G 毫米波關鍵技術的室內功能測試。