毫米波:5G新基建下半场主角

发表时间:2021-09-13 11:27

截至2020年12月,我国已开通5G基站超过71.8万个,5G网络已覆盖全国地级以上城市及重点县市。后续5G基站建设数量将不再是唯一重点,5G网络重点将由提高覆盖范围向提升服务质量推进。5G毫米波使用更高的频率,实现更快的速率,具备更大的系统容量和更强的业务能力,在需要补“忙”的地区优先部署,实现深度覆盖,能够有力支撑5G和各行各业的数字化发展的需求。我国发展5G毫米波政策支持力度大、实际应用场景多、市场空间大多等多个优势,网络侧和终端侧的产品化进度也基本和国际同步,有望继续引领5G毫米波的发展。


毫米波补齐5G中低频短板

频率资源丰富、带宽极大。相较于5G Sub-6 GHz频段,毫米波具有更丰富的频谱资源,是5G网络提供千兆连接能力的主要方式。5G毫米波网络可轻易实现Gbps级别的峰值吞吐率,5G Sub-6GHz 网络的平均下载速率比4G LTE快5倍,而5G毫米波网络的平均下载速率与5G Sub-6 GHz相比又快了4倍,平均速率高达900Mbps,峰值速率超过2Gbps。这一结果是在400MHz带宽实现的,未来使用800MHz带宽将有望得到更好的结果。


易与波束赋形技术结合。5G毫米波的频段高、波长短,使其在设计和部署上有空间优势,适合与波束赋形技术相结合,增强性能并降低干扰。波束赋形技术能够在单根天线功率很低的情况下,依然提供很好的信号质量。由于波长较短,5G毫米波设备的天线阵列可在有限尺寸空间内放置更多天线阵子,特别是5G毫米波基站的天线阵子数量可以达到256、512甚至更多,因此无论上行下行均可获得极大波束赋形增益。受益于波束赋形技术,5G毫米波信号通信距离大幅增强,可以用于短距传输和室内热点覆盖之外的更多场景。


可实现极低时延。5G网络是以时隙为单位调度数据的,空口时隙长度越短,意味着5G网络在物理层的时延越小。5G毫米波系统空口时隙长度最小可至0.125ms,是目前主流5G中低频系统的1/4。因此,5G毫米波系统比5G中低频系统空口时延显著降低,是满足5G空口时延小于1ms的有力保证,可实现5G网络对工业互联网、AR/VR、云游戏、实时云计算等URLLC(高可靠低时延)业务的质量承诺。


可支持密集小区部署。与5G中低频系统不同的是,5G毫米波系统通过波束赋形技术不但可提高目标对象信号增益,还可利用波束定向的特点将信号能量聚焦在特定方向来减小对其它非目标对象的干扰,保证邻近链路或者邻近小区通信质量。因此,与5G中低频系统相比,5G毫米波系统更容易实现密集小区部署。这使得5G毫米波系统很适合在大型场所如会议室、音乐会、体育馆、地铁站等人口密集区域进行部署。


可进行高精度定位。5G毫米波波束窄、方向性好,有极高的空间分辨力。同时由于信号传输周期小、时间精度高,5G毫米波有望实现厘米级的定位,即使和全球卫星定位导航系统相比也有精度和速度上的优势。尤其在卫星导航信号较弱的室内环境,5G毫米波的定位能力将发挥更为重要的作用,能够在工业互联网、物流运输、车联网、交通枢纽、大型场馆和园区等应用场景提供快速高精度定位服务。


设备集成度高。相对于Sub-6 GHz,5G毫米波元器件的尺寸要小得多,5G毫米波设备更容易小型化和微型化。当5G毫米波规模商用后,相关元器件成本会大大降低,在专业设备、可穿戴设备、智能零部件等领域5G毫米波集成度高的优势意味着广阔的应用前景。另外,5G毫米波基站也具有体积小、重量轻、易安装的优势,有利于打造一个绿色、高效和方便部署的5G毫米波网络。


我国毫米波发展生态完善


从国家政策层面来看,2020年3月,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》,文中提到“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划,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准备”,国家倡导运营商、终端设备商等为毫米波的商用做好准备,毫米波在国内的发展充满机遇。


从标准层面上来看,针对5G毫米波的技术标准演进正逐步得到完善。目前3GPP已经完成了Rel-15、Rel-16两个版本的5G标准,均支持工作在毫米波频段,Rel-15和Rel-16标准中,中国厂商分别占比了全部项目的30%和40%,均位列世界第一。


从产品层面上来看,产业链上众多厂商正在不断完善技术方案,推动5G毫米波生态的繁荣。关键零部件方面,南京宇都通信推出首个5G微基站射频芯片YD9601,打破了国外垄断,且成本大幅下降;中国电科38所发布了一款高性能毫米波芯片及模组,刷新了当前全球毫米波封装天线最远探测距离的纪录;米亚光科技毫米波T/R组件水平目前居于国内领先地位;硕贝德毫米波射频前端芯片已实现从24GHz到43GHz全频段覆盖的技术突破。基站方面,华为、中兴均已推出了毫米波基站产品,中兴通讯的毫米波基站系统已完成全球首家毫米波OTA测试,验证了5G毫米波基站和终端的功能、性能一击互操作。终端方面,小米11、iQOO 7、vivo X60 Pro+等均搭载了支持5G毫米波通信的射频系统。


在应用层面上来看,2021年MWC上海展上,中国联通联合GSMA设立的5G毫米波展区,全面展示了5G+8K广播级视频上下行传输、5G混合现实智慧雪场、5G毫米波全景体验、5G全视角赛事服务和自由视角赛事直播等多样化应用场景。中国联通将率先在北京冬奥会试应用5G毫米波技术,为观众、媒体转播者、赛事组织者和运动员、裁判员等提供优质的观赛体验和完备的服务保障。