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毫米波:5G高速高容量基石

2020-05-10 16:18:00 来源:中国电信云测速网上营业厅

近期政策层面多次加码推进5G网络建设进度,运营商频频启动相关设备集采,我国5GSub6GHz网络规模建设正式提速。但在Sub6GHz的5G网络下,单用户峰值速率仍在百兆水平。5GeMBB所提到的“10Gbps”传输能力标杆则需要高性能的毫米波5G网络,我国的5G网络发展也将向毫米波演进,以真正实现5G的性能突破。

根据GSMA今年3月发布的《5G毫米波在中国的机遇》白皮书提到,预计到2034 年,在中国使用毫米波频段将产生约 1040 亿美元的经济效应。

根据3GPP38.101协议的规定,5G网络主要使用两个通讯频段:FR1频段和FR2频段。

FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz,即Sub 6GHz频段,它主要使用6GHz以下频段进行广域和深度室内覆盖。

FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz,即5G毫米波,则使用24GHz-100GHz的高频毫米波进行通讯。

毫米波是5G频谱的重要组成部分。随着2/3/4G无线通信网络的发展,全球各国的低频频谱资源(6GHz以下)已非常稀缺。5G网络在6GHz以下的频谱中可用带宽有限,更大的带宽资源只得向高频方向探寻,毫米波在无线通信网络的应用应运而生。

目前5G对于毫米波的利用主要在24GHz/28GHz/39GHz/60GHz几个频段之中。这是5G网络超大容量层,用于满足大容量、高速率的业务需求。

由于毫米波在空气中衰减非常大,未来的5G网络将是高低频谱协同组网。

毫米波频段以其超高的传输速率、超大的容量和极低的时延,将会成为5G下一阶段发展的核心方向。目前在全球范围内,工作在毫米波频段的微型滤波器解决方案近乎空白,是世界各国在无线通信核心领域亟待重点突破的技术。

毫米波频段成为5G发展的重要方向。

美国FCC已经完成5G频谱中28GHz频段的拍卖,这使得美国成为世界上率先发展5G毫米波频段的国家。

我国5G网络建设以Sub6GHz为基础,以全国大范围广覆盖为优先目标。

2020年,我国三大运营商已公布全年建设计划,总计将建设55万站Sub6GHz5G基站,以完成全国300余个地级以上城市区域的5G覆盖。

随着5G用户渗透率的提高,及例如AR/VR的5G新应用逐渐成熟,热点地区的5G性能需求将进一步提高,5G网络向高低频混合组网方向演进,我国5G毫米波网络的建设亦将随之提速。

我国5G毫米波测试进展顺利,IMT-2020(5G)推进组将5G毫米波试验规划分为以下三个阶段:2019年重点验证5G毫米波关键技术和系统特性;2020年重点验证毫米波基站和终端的功能、性能和互操作;2020到2021年开展典型场景验证。

第一阶段测试的进展比原来预期的计划提前,2019年10月底华为、中兴、诺基亚贝尔三家系统厂家全部完成了今年预计的测试工作,完成了毫米波关键技术测试的主要功能、设计和外场性能测试,实现了毫米波的主要关键技术,开展了毫米波射频的测试;同时海思和高通也已经进行了毫米波关键技术室内的芯片功能测试。

当前毫米波产业链已初步成熟。虽然在终端芯片侧仅高通为支持欧美地区毫米波的早期商用率先推出了芯片产品,但海思、三星、联发科的5G毫米波的终端芯片也仅仅是时点问题。

从运营商的角度来看,中国移动在2019年5G毫米波技术创新研讨会上透露,中国移动已经完成5G毫米波关键技术验证,计划在2022年逐步进行5G毫米波商用。

从技术储备方面来说,中国的5G毫米波发展相对而言存在产业链薄弱,器件及部署成本较高等问题,5G频段中毫米波还未做分配。

手机厂商方面,三星在2月发布了Galaxy S20系列手机,其中Galaxy S20 +和Galaxy S20 Ultra都支持最新的5G毫米波。而著名苹果分析师郭明錤早前发布报告称,2020年苹果将发布5款新iPhone,支持毫米波/Sub-6GHz技术。

由于毫米波频率高,传输损耗大,因此天线和射频前端集成化,典型设计上,将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起,业内称之为AiP(antenna-in-package)。

5G毫米波推动对AiP解决方案的需求。因为毫米波工作频段高,波长短,所以要求天线具有更小的体积;而高频高损耗的特性要求在5G手机中引入更多数量的天线,导致AiP(Antennain Package,天线封装)技术,将天线与芯片集成在封装里,成为理想的解决方案,很好地兼顾了天线性能、成本以及体积。

苹果5G毫米波手机采用AiP模块设计后,一支手机需要2-3组AiP天线,需要大量的BT载板。随着5G带动天线使用需求大增。

毫米波频段的频率较高,频谱资源丰富,最大支持400Mbps的带宽,由于这些特性,毫米波很适合在大型场馆如音乐会、体育馆等人口密集区域进行部署,可以带来极高的网络速率和极低的延迟。

未来,毫米波还可在汽车联网领域有很重要的应用,它可为联网汽车通信提供所需的更高数据传输速率与准确度,同时提高雷达作业的分辨率,实现更精准的驾驶安全辅助。随着5G建设加速推进和应用终端日益丰富,毫米波市场也将迎来广阔的发展空间。

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