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5G频段扩容毫米波成“兵家必争之地”

  近期,著名苹果分析师郭明錤发布报告称,2020年苹果将发布5款新iPhone,支持毫米波/sub-6GHz技术,给一批关注5G毫米波应用的人士带来了小小的惊喜。

  国际标准化组织3GPP把5G频段分为FR1频段和FR2频段,FR1频段就是范围为450MHz—6GHz的sub-6GHz频段,而FR2频段则是24.25GHz—52.6GHz的毫米波频段。因此,全球5G部署的频段只有两种,sub-6GHz和毫米波。

  不管苹果是否能让预测变为现实,5G对毫米波频谱资源挖掘的商用前景日渐深入人心。2019年世界无线电通信大会(WRC-19大会),全球移动通信系统协会(GSMA)首席监管官约翰·朱斯蒂(John Giusti)对5G毫米波业务前景撰文:“从2020年到2034年,在15年的时间里,对毫米波频谱资源的利用有望推动全球GDP增长5650亿美元。”

  毫米波因5G受宠

  无线信号的传播以无线电波的形式存在,就像车辆必须行驶在路上,所有的无线电业务都离不开无线电频率,它以Hz(赫兹)为计量单位。如果每个Hz的无线电波是一个琴键,钢琴的琴键就是全部的无线电频率,整个无线电频谱被分为9段(频段),分别有着不同的应用空间。

  如中国信息通信研究院副院长王志勤所言,频谱是无线移动通信技术发展的基础。如果从意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行的无线电通信试验算起,频谱被认识、开发和利用已超过百年,在这个不断征服更多频段获得更大带宽的过程中,5G的出现终于让毫米波成了香饽饽。

  毫米波是指1—10毫米之间的电磁波,通常对应30GHz—300GHz间的无线电频谱,目前毫米波主要应用于卫星通信、雷达和军事等领域。

  除了30GHz之内的频谱资源已被运营商和各类机构瓜分殆尽外,5G使用毫米波的理由简单极了,因为这部分频谱拥有连续可用的超大带宽,可以满足5G对超大容量和极高速率的传输需求。

  但是,频率越高的电磁波传播距离越近,属于“极高频”的毫米波在传播时有很大的路径损耗,不但难以穿过建筑或障碍物,甚至一片叶子、一滴雨水都有可能将它吸收。

  高通中国区董事长孟樸说:“5G几乎将用到包括毫米波在内的全球所有可用的频率,5G发展的每一阶段都会出现很多新的技术挑战。比如,5G射频将有超过1万种可能的频段组合,这种复杂性比4G时代高出一个数量级。”

  而且,随着新材料、新技术和新工艺的提升,毫米波在5G时代大规模应用的种种掣肘也将逐步被解决。

  频谱焦点之争未休

  当中低频段(6GHz以下)可用的频谱资源再难被释放,毫米波频段成为支撑和保障5G应用的新希望。国际电信联盟(ITU)为不久前举办的WRC-19大会专设的1.13议题便聚焦于24.25GHz—86GHz频段范围内的11个候选频段,寻找5G新增频段。

  1.13议题的重要任务还包括在开展兼容性研究的基础上,修改相关国际规则或制定保护措施,以避免5G业务与已使用这个频段范围的卫星通信、地球资源和气候变化监测及射电天文学等无线电业务发生干扰,求得和谐共存。

  中国代表团5G毫米波议题主要负责人、国家无线电监测中心王坦博士强调,上述两项任务的结果将对信息通信技术产业产生深远影响,因此,5G毫米波议题成为WRC-19大会世界各国及国际组织博弈的主战场。

  虽然此次大会上,26GHz频段(24.25GHz—27.5GHz)、40GHz频段(37GHz—43.5GHz)以及66GHz—71GHz频段全部或部分标识为全球统一的5G频段,但围绕这3个频段的使用条件争论未休。

  比如,全球5G产业极力争取的26GHz频段具有频点低、带宽大、设备实现难度相对较小等优点,但该频段与卫星地球探测业务相邻,制定全球统一的5G基站带外无用射频限值,是降低5G系统干扰可能性的重要技术手段。

  限值越小,技术指标越严格,意味着设备器件研发投入、组网成本越高,频率保护相应也会增加;限值越宽松,越会对邻频气象业务带来干扰隐患。带外射频限值是宽是严,不仅关系到产业利益和人类观测自然之间的权衡,也关系到各国战略布局。

  而被细分为3个连续频段的40GHz频段,分布着各种卫星业务、定位业务、射电天文、空间研究等无线电业务。争论的焦点在于,是把3个频段都用于5G,还是只明确其中一段。中国希望空间和地面产业均衡发展,将其中一部分用于5G,认为给卫星产业发展空间与保护其他无线电业务正常运转同样重要。

  商用部署尚待成熟时机

  适时发布5G毫米波频段频率使用规划,是引导5G毫米波产业发展的关键。按照全球移动通信系统协会(GSMA)大中华区公共政策总经理关舟的预测,5G毫米波频段落锤,工信部将很快开启毫米波在国内的规划。

 
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