5G毫米波因?qū)掝l帶、資源充足、高頻等特點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)突顯
毫米波是波長(zhǎng)為1mm~10mm的電磁波,頻段范圍通常定義為26.5GHz~300GHz，其工作頻率介于微波與遠(yuǎn)紅外波之間，因此兼有兩種波譜的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，如寬頻帶、傳輸速度快、抗低頻干擾等。目前毫米波主要應(yīng)用于通信、雷達(dá)、測(cè)量等領(lǐng)域。
5G網(wǎng)絡(luò)也是毫米波應(yīng)用的重要領(lǐng)域，3GPP規(guī)定5GNR的毫米波工作頻率FR2(24.25GHz-52.6GHz)，相較Sub-6頻段（6GHz以下），毫米波在能力拓展和應(yīng)用落地方面均有一定優(yōu)勢(shì)：一是毫米波頻譜資源充足，能夠緩解全球中低頻段頻譜資源枯竭的困境；二是毫米波連續(xù)大帶寬能夠達(dá)到5G的最優(yōu)性能，滿足目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)容量、性能等方面的要求；三是毫米波具有天線體積小、設(shè)備輕量化等特點(diǎn)，更易于網(wǎng)絡(luò)部署；四是毫米波頻段高，干擾源少，信道穩(wěn)定可靠。
全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)推廣或部署5G毫米波
國(guó)際電聯(lián)世界無(wú)線電通信大會(huì)(WRC-19)上確認(rèn)將24.25-27.5GHz、37-43.5GHz、66-71GHz共14.75GHz帶寬的毫米波頻率標(biāo)識(shí)用于5G未來(lái)發(fā)展。3GPP將5G毫米波頻段劃分為5個(gè)子頻段，各國(guó)紛紛開(kāi)展布局。
截至2022年第三季度末，全球約75個(gè)國(guó)家完成了5G的毫米波頻譜分配。其中商用5G毫米波網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在美國(guó)、意大利、日本、新加坡、中國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)啟動(dòng)建設(shè)。
1. 美國(guó)運(yùn)營(yíng)商早期部署5G網(wǎng)絡(luò)大多采用毫米波，后續(xù)補(bǔ)足Sub-6頻段
美國(guó)早期將低頻資源拍賣給衛(wèi)星、航空、軍事等領(lǐng)域使用，可供FCC分配的民用資源幾近枯竭，且美國(guó)光纖覆蓋率低，基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)5G基站間通信，故在5G預(yù)研時(shí)就將視角聚焦在毫米波上。美國(guó)運(yùn)營(yíng)商Verizon、AT&T從2017年開(kāi)始進(jìn)行5G商用毫米波測(cè)試。Verizon先后通過(guò)收購(gòu)?fù)ㄐ殴竞秃撩撞ㄅ普崭?jìng)拍成為擁有毫米波牌照最多的運(yùn)營(yíng)商。
然而，因5G毫米波網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和流量使用率低（不足1%），故Verizon和AT&T均于2021年增加中頻段（1GHz-6GHz），采用毫米波+Sub-6雙模1互補(bǔ)的模式優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
2. 韓國(guó)、日本等國(guó)家選擇毫米波+Sub-6同時(shí)發(fā)展
為了與美國(guó)對(duì)齊，韓國(guó)于2018年分配5G中頻段3.5GHz和毫米波頻段28GHz，運(yùn)營(yíng)商SKT、KT和LG U+也均獲得800M毫米波帶寬。從2019年4月韓國(guó)開(kāi)通5G服務(wù)后，韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始按政府要求建設(shè)5G毫米波基站。
日本于2017年就已經(jīng)開(kāi)始5G試驗(yàn)。2018年，日本總務(wù)省(MIC)修改了頻譜分配流程，以鼓勵(lì)新運(yùn)營(yíng)商進(jìn)入5G市場(chǎng)。隨后一年，MIC批準(zhǔn)了KDDI 、NTT DOCOMO、樂(lè)天移動(dòng)和軟銀四家運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)的5G頻譜，并同時(shí)允許垂直行業(yè)申請(qǐng)28.2GHz-28.3GHz毫米波頻段。
3. 中國(guó)5G毫米波應(yīng)用尚處于試驗(yàn)測(cè)試階段
2021年5月，中興、中國(guó)聯(lián)通、高通與TVU Networks在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下完成5G毫米波（26GHz）大上行幀結(jié)構(gòu)的8K視頻回傳業(yè)務(wù)演示。2022年，北京冬奧會(huì)作為毫米波試點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)用包括全視角賽事服務(wù)、自由視角賽事直播等場(chǎng)景。
近期，中國(guó)聯(lián)通對(duì)外發(fā)布《中國(guó)聯(lián)通5G毫米波技術(shù)白皮書(shū)3.0》，明確中國(guó)聯(lián)通將按照2023年場(chǎng)景化部署試驗(yàn)、2024年進(jìn)行關(guān)鍵能力試驗(yàn)驗(yàn)證、2025年毫米波創(chuàng)新應(yīng)用部署的三年計(jì)劃，推進(jìn)毫米波網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)。
5G毫米波未成為5G主流頻譜原因分析
毫米波在5G初期一度被認(rèn)為是發(fā)展的重點(diǎn)頻段，時(shí)至今日，毫米波產(chǎn)業(yè)應(yīng)用仍舊風(fēng)雨飄搖。
2023年初，韓國(guó)KT、LG U+等也因覆蓋范圍受限、大規(guī)模毫米波基站建設(shè)成本高等因素，建站進(jìn)度遠(yuǎn)不及預(yù)期，完成率僅為10.6-12.5%，未能達(dá)到政府的部署要求，被韓國(guó)科技部撤銷毫米波牌照。
日本NTT DOCOMO和樂(lè)天移動(dòng)以Sub6和毫米波為中心， Sub-6用戶呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而毫米波用戶無(wú)增長(zhǎng)且流量占比偏低。據(jù)MIC數(shù)據(jù)顯示，截止2022年3月，樂(lè)天移動(dòng)建設(shè)Sub-6和毫米波的基站數(shù)基本相同，其中Sub-6基站用戶增長(zhǎng)率為12.6%，毫米波基站為0.0%。另外，日本5G用戶流量中，毫米波（28GHz頻段)使用率僅為0.2%。
即使2019年就開(kāi)始超前部署毫米波的美國(guó)，仍受制于產(chǎn)業(yè)不成熟，頭部運(yùn)營(yíng)商Verizon、AT&T均轉(zhuǎn)戰(zhàn)Sub-6部署。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司OpenSignal測(cè)試數(shù)據(jù)，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)的可用率不到1%。
我們分析主要原因在于毫米波自身特點(diǎn)、以及應(yīng)用需求不明顯：
1.毫米波覆蓋半徑小，相同覆蓋的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本高，阻礙規(guī)模部署。毫米波由于頻率高、傳輸損耗大導(dǎo)致覆蓋能力差，單個(gè)毫米波基站覆蓋半徑約150米左右，僅為Sub-6等低頻覆蓋半徑的1/5。若要像3.5GHz頻段一樣建成一張連續(xù)覆蓋的5G毫米波網(wǎng)絡(luò)，建站數(shù)量比普通5G基站多二十幾倍，建設(shè)成本高。
2.毫米波穿透力差、漫反射衰減嚴(yán)重，體驗(yàn)不佳難受客戶青睞。一是毫米波波長(zhǎng)短（1-10毫米之間），穿透力差，樹(shù)葉、水滴都能將其遮擋。二是毫米波對(duì)物體表面敏感，容易將信號(hào)能量發(fā)散到多個(gè)不同的方向，導(dǎo)致接收端收到的信號(hào)很差，影響用戶體驗(yàn)。如日本雖然建設(shè)了2萬(wàn)+毫米波基站，但是用戶信使用過(guò)程中出現(xiàn)易中斷、覆蓋不足等問(wèn)題突出，導(dǎo)致客戶不愿為毫米波業(yè)務(wù)買單。
3.低頻毫米波的帶寬優(yōu)勢(shì)明顯，但由于缺乏“殺手級(jí)”應(yīng)用，短期內(nèi)難以充分釋放價(jià)值。全球中低頻段頻譜資源逐漸枯竭，更多依靠頻段重耕和頻率協(xié)調(diào)解決，相反毫米波憑借連續(xù)寬廣頻譜資源，可以更好的實(shí)現(xiàn)帶寬能力提升。然而由于目前XR、智慧家庭等規(guī)模應(yīng)用推廣尚不明晰，傳統(tǒng)視頻等業(yè)務(wù)可通過(guò)現(xiàn)有帶寬滿足，短期需求不明顯。
5G毫米波未來(lái)展望
5G毫米波的規(guī)模應(yīng)用仍面臨眾多挑戰(zhàn)，但其自身輻射小、分辨率高、方向性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)可作為Sub-6的補(bǔ)充覆蓋，更好的應(yīng)用于2B、2C精細(xì)化場(chǎng)景通信以及成像、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等特定領(lǐng)域應(yīng)用。如：
2B場(chǎng)景通信：為工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景提供超低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。AGV（無(wú)人搬運(yùn)車）自動(dòng)駕駛需定位導(dǎo)航、調(diào)度避障、地圖更新等業(yè)務(wù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、可靠性、帶寬要求高，采用5G毫米波，能夠充分滿足上述應(yīng)用場(chǎng)景的要求；愛(ài)立信和奧迪構(gòu)建的機(jī)器人單元采用5G毫米波進(jìn)行連接，基于5G uRLLC的高可靠性，機(jī)器人在工廠工人誤操作/遭遇危險(xiǎn)時(shí)，立即提供保護(hù)措施，避免工人受到傷害。
2C個(gè)性化場(chǎng)景通信：為人員密集型場(chǎng)所提供超大容量、超高傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)連接。體積小、容量大的毫米波設(shè)備在人員密集場(chǎng)所（機(jī)場(chǎng)、車站、劇院、體育館等）熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行有針對(duì)性的精細(xì)化部署，能夠有效提升系統(tǒng)容量及用戶體驗(yàn)速率。美國(guó)運(yùn)營(yíng)商Verizon在高通的助力下，利用5G毫米波技術(shù)打造了世界上網(wǎng)速最快的體育場(chǎng)。比賽期間，5G毫米波網(wǎng)絡(luò)承載了超過(guò)4.5TB的總流量，部分場(chǎng)景下峰值速率高達(dá)3Gbps。
