5G毫米波的「苦」與「甜」

作者 : 邵樂峰,EE Times China

5G毫米波具備頻率寬頻容量大,易與波束賦形結合,超低延遲等多個突出優勢,有利於推動工業網際網路、AR/VR、雲端遊戲、即時運算等產業的發展…

隨著世界開始走出新冠疫情的陰影,5G滲透率的持續提升正成為全球經濟的重要增長驅動力。根據GSMA的預測,2021~2025年,全球行動營運商的資本支出將達到9,000億美元,其中80%將用於5G業務;到2025年底,5G行動連接數將佔全球總數的五分之一,接近20億美元。而中國不但用戶數量全球最多(超過8.3億),5G連接總數也將超過8億,2,100億美元營運商資本支出中的90%被用於5G。

 

中國5G行動經濟。

(來源:GSMA)

 

GSMA大中華區總裁斯寒在《第二屆5G毫米波產業高峰論壇》致辭中指出,毫米波頻譜的發放是5G發展路途上的重要節點。對於亞太區域和全球市場來說,5G作為新的經濟增長點,將進一步推動數位經濟發展,期待中國政府和產業儘快深入推進毫米波頻譜規劃,提前佈局。

5G毫米波具備頻率寬頻容量大,易與波束賦形結合,超低延遲等多個突出優勢,有利於推動工業網際網路、AR/VR、雲端遊戲、即時運算等產業的發展。同時,毫米波可以支援密集區域的部署,進行高精準度定位,設備整合度高,將有利於促進基地台和終端的小型化發展。她表示,在《5G應用「揚帆」行動計畫(2021~2023年)》的推動下,中國將會很快迎來5G在消費者和產業應用上的百花齊放和規模化的成熟發展。

來自中國工信部的最新資料顯示,截至今年8月,中國累計建成5G基地台達到103.7萬個,佔世界的70%以上;5G終端使用者突破4億,是全球最大的用戶群體;今年1~8月,中國5G手機出貨量達到1.68億支,同比增長80%;5G應用案例超過1萬個,「5G+工業網際網路」成為應用創新最活躍的領域之一,覆蓋了電子設備製造、鋼鐵、電力、礦山等22個重要產業。

「如果說5G上半場是體現電信營運商單人技術的乒乓球賽,那麼進入下半場面臨不斷擴大的應用需求,5G就成為和垂直產業共同參與、角色不同的足球賽。」中國通信標準化協會副理事長兼秘書長聞庫表示,中國雖然打好了乒乓球賽,但是踢足球困難較大,希望產業鏈協同配合,既打好乒乓球賽,也能踢好足球賽。同時,「做好5G才能做好6G」,毫米波的發展需要加強產學研合作,共同推動毫米波產業成熟,為以後6G太赫茲(THz)的可能使用積累經驗。

產業需要怎樣的5G網路

2021年GSMA發佈的《5G毫米波經濟性分析》報告顯示,透過對5G毫米波發展成本增益和經濟效益等進行綜合分析,顯示5G毫米波在高密度城市部署和固定無線接入場景裡,與中頻C波段結合將為營運商帶來明顯的成本最佳化和增益。

根據中國電信首席專家、電信研究院專家委員會主任,美國貝爾實驗室院士畢奇介紹,截至目前,中國共有5G垂直產業應用4,500多個,50%以上應用於工業,20%應用在政府服務,交通、醫療產業各佔10%,其餘則分別落地于教育、金融等領域。

「現在要做好垂直產業應用,必須重視兩方面的挑戰:一是如何解決垂直產業的碎片化問題,使得無線通訊產業鏈在垂直產業得到快速發展;二是怎樣更好地降低5G終端和模組的價格。」畢奇表示,未來,中國電信和中國聯通將在3.5GHz TDD和2.0GHz FDD網路基礎之上,繼續部署5G毫米波網路,以滿足各個產業的需求。

 

創造收入和節約成本仍然是檢驗物聯網成功與否的首要標準;但對於中國企業來說,合規性在疫情過後變得同樣重要。

(來源:GSMA)

 

中國聯通科技創新部總經理馬紅兵則提出了毫米波將幫助營運商在組網時「多一條腿,也多一條路」的觀點。他表示,毫米波在精準定位方面相比,其他波段有著更大的優勢,可以做到公分級甚至更高精準度的定位,這使得毫米波在VR等應用的前景被廣泛看好。

但他也提醒,5G屬於組合技術,儘管具備大頻寬、低延遲、高速率、高可靠等特性,但仍需要邊緣雲或者UPF下沉才能滿足網路需求。這意味著,5G面臨的不僅是基地台和頻寬的改善,還需要在網路架構上進行調整配合,才能真正起到支持千行百業的作用。

同時,中國工信部《「揚帆」行動計畫》的推出,也顯示5G和產業應用現在正從「破冰」階段駛向「深藍」,難度很大,營運商自身對於產業的理解還不足夠深入,5G網路和各垂直產業之間必須要形成緊密的聯合體,才有可能繼續邁向深水區。馬紅兵也指出,要想進行規模化推廣,儘快將毫米波的成本降下來顯得尤為重要。

中國行動研究院無線與終端技術研究所所長丁海煜表示,中國行動目前已建成5G基地台70萬個,並從2020年開始,針對礦山、港口、醫療、工廠等18個重點產業推出了「優享、專享、尊享」的產業專網產品體系。不過,在他看來,網路性能不夠成熟、成本不夠低、網業協同不夠深、端到端標準化不夠快,是5G產業應用最亟待解決的四大挑戰,而毫米波恰恰在高可靠、高性能、低延遲等方面有著出色的性能提升,可以加速產業高品質發展。

「5G應用於汽車產業需要注意三大問題:成本、技術成熟度、5G網路的規模部署。營運商是否能夠提供穩定、高效、安全的5G網路,決定了汽車產業與5G的深度融合程度。」北汽福田汽車IT基礎設施部/資訊安全部高級經理張志強結合汽車產業特點分享了自己的觀點。

醫療產業代表,中國國家遠端醫療與網際網路醫學中心辦公室主任、中日友好醫院發展辦主任盧清君指出,「5G+醫療」對網路的需求在高通量低延遲的基礎上,更強調確定性和安全性,也可以說是對5G綜合屬性(確定性、行動性、安全性、即時性、快捷性、專屬性)等的多元需求。其中也包括對MEC、AI能力的迫切需求,MEC對醫療AI的支撐作用具有不可替代性。但目前AI系統成熟度不足,MEC資源也未下沉到醫療機構,應用於臨床還有很長的路要走。

「醫療是最複雜的產業之一,之前和中國行動、中國電信就如何建立醫療專網進行過深度探討,也做了大量的方案,但沒有一套方案是讓我們滿意的。」盧清君說,他們曾做過一個粗略統計,出於安全、性能、費用等多重因素考慮,目前全國230,000多家二級以上醫院中開通5G的不超過800家,佔比還不到三百分之一。即便開通使用的,也只是一些局部的小場景應用,在醫患兩用都沒有開通的背景下,很難看到一些剛性的、不可替代的需求。

「很多基層和偏遠地區的醫院連5G是什麼都還不太清楚,很多醫生也沒有5G手機,這就給工作協同帶來了很大的不便。」他強調,醫療產業的特點就是不能出錯,相比技術的「先進性」,醫院更青睞「成熟的」網路體系。因此,在不久前剛剛結項的醫療專項研究中,透過與營運商、電信設備商和科研機構的共同努力,會展、遠端診斷、行動查房等12大類比較成熟的應用被納入其中。

不過,值得關注的是,「遠程操控手術」一項被排除在外。盧清君解釋,儘管先前有幾家醫院實現了5G延遲僅5毫秒的結果,數字很漂亮,但這是在花費巨大代價做出重度保障之後產生的結果,成本不具備可複製性;其次,它真正帶來的256毫秒延遲全部來自於終端,這是醫生無法接受的,因為在這一過程中完全無法進行操控;第三,成本依舊居高不下,很難深入基層醫院的臨床應用。

「現在迫切需要解決的是5G應用從『一到N』的突破,而之所以選擇12大類應用場景,核心原因就在於這些屬於能夠快速推廣的應用,未來在大規模使用時會很快產生規模化效應。、盧清君說。

毫米波如何持續蓄力向前?

GSA總裁Joe Barett分享的資料顯示,目前已有48個國家的186家營運商正在26~28GHz、37~40GHz和47~48GHz的毫米波頻譜上規劃發展5G,23個國家的134家營運商持有許可證,可以進行毫米波部署,北美、歐洲和亞洲佔據所有頻譜部署的75%。其中,26~28GHz是被部署和發放牌照最多的毫米波頻段,37~40GHz頻段緊隨其後,48GHz以上的超高頻段頻率尚屬於產業關注的熱點。

 

 

毫米波設備方面,如下圖所示,現在已有134種毫米波設備,這比2021年初增加了22種,n257、n258、n260、n261四大關鍵頻段中,廠家已經分別發佈了33/20/56/58種毫米波設備,佔已發佈5G設備總數的13.5%。在5G毫米波商用方面,共有85種設備投入了商用,比2021年初增加了21種,其中38款為手機,佔所有商用設備的45%。

 

 

眾所周知,毫米波和Sub-6GHz頻段都是5G的重要技術,在高通(Qualcomm)中國區研發負責人徐晧看來,很多傳統意義上被視作毫米波所面臨的行動化挑戰,例如覆蓋範圍有限且成本高昂、僅支援視距傳輸、僅可用於固定用例、RFIC技術不成熟等,透過最近20多年的持續研發和創新,都得到了非常好的解決。

 

5G毫米波面臨的行動化挑戰。

(來源:高通)

 

針對毫米波的應用場景,徐晧強調稱,並不是所有應用場景都需要毫米波覆蓋,其最重要的應用場景可以用四個字概括:熱點覆蓋,包括企業室內部署、室內/室外場館、交通樞紐、固定無線接入、工業物聯網等領域。

「我常跟同事說,中國非常適合毫米波的應用,因為中國人口密度比較大,機場、地鐵站、體育場館等人員密集的場所都是毫米波非常合適的應用場景。」徐晧以2021美國橄欖球賽季總決賽為例,介紹了高通支持營運商在大型體育場館進行毫米波商用測試的情況。資料顯示,透過5G毫米波能夠支持總的流量是4.5TB,部分場景峰值下載速度達到3Gbps,是4G LTE峰值下載速度的20倍,也是Sub-6GHz無法實現的容量和速率峰值。

5G毫米波標準還在持續演進中,在已完成的R16項目中增加了整合接入及回傳(IAB)、增強型波束管理、節電特性、雙連接最佳化、定位等功能,在R17,以及未來版本項目中,推動最佳化IAB支持分散式部署、最佳化的網路覆蓋和波束管理、拓展頻譜支援、eMBB之外的全新用例、定位增強等將成為重點。

不過,儘管5G毫米波具備很多優勢,前進道路上很多挑戰都已得到解決,但OPPO標準研究部部長楊甯仍然指出,從中國的實際情況來看,5G毫米波基礎資源的分配,例如能在哪個頻段做試驗?營運商具體能夠部署哪些頻段?仍然不夠明確,這樣,對於產業的推動作用效果就還不顯著。

第二,毫米波典型的缺點是覆蓋相對有限,如何保證網路和終端的連接,克服覆蓋有限的缺點,是需要解決的問題。同時,考慮到毫米波有大頻寬、多天線的優勢,但會對終端,尤其是終端的發熱和功耗帶來挑戰,如何從技術的角度避免發熱和功耗帶來的挑戰,也是產業發展中需要考慮的問題。

第三,5G毫米波的整體部署無論是網路側還是終端側,元件和晶片的成本相對於sub-6GHz還是較高,如何把網路和終端成本降下來,也是產業面臨的挑戰。

中國資訊通信研究院無線電研究中心無線電資源研究部主任劉琪則從研究的角度進行補充。他指出,一是要從供給側加強毫米波技術的供給。標準方面,除了3GPP的5G毫米波標準之外,還要推動5G應用的標準化進程,包括核心的晶片、元件,特別是毫米波大頻寬的晶片元件,都需要重點要突破;二是需求側。「從產業的角度來說,需求是存在的,但是如何透過供給滿足產業的需求,是雙方甚至多方共同努力的結果,需要共同加速推動標準化進程以解決產業碎片化的問題。」

本文原刊登於EE Times China網站

 

 

 

 

 

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