5G頻段擴容毫米波成“兵家必爭之地”

文／劉 艷

近期，著名蘋果分析師郭明錤發布報告稱，2020年蘋果將發布5款新iPhone，支持毫米波/sub-6GHz技術，給一批關注5G毫米波應用的人士帶來了小小的驚喜。

國際標準化組織3GPP把5G頻段分為FR1頻段和FR2頻段，FR1頻段就是范圍為450MHz—6GHz的sub-6GHz頻段，而FR2頻段則是24.25GHz—52.6GHz的毫米波頻段。因此，全球5G部署的頻段只有兩種，sub-6GHz和毫米波。

不管蘋果是否能讓預測變為現實，5G對毫米波頻譜資源挖掘的商用前景日漸深入人心。2019年世界無線電通信大會（WRC-19大會），全球移動通信系統協會（GSMA）首席監管官約翰·朱斯蒂（John Giusti）對5G毫米波業務前景撰文：“從2020年到2034年，在15年的時間里，對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。”

毫米波因5G受寵

無線信號的傳播以無線電波的形式存在，就像車輛必須行駛在路上，所有的無線電業務都離不開無線電頻率，它以Hz（赫茲）為計量單位。如果每個Hz的無線電波是一個琴鍵，鋼琴的琴鍵就是全部的無線電頻率，整個無線電頻譜被分為9段（頻段），分別有著不同的應用空間。

如中國信息通信研究院副院長王志勤所言，頻譜是無線移動通信技術發展的基礎。如果從意大利人馬可尼和俄國人波波夫同在1895年進行的無線電通信試驗算起，頻譜被認識、開發和利用已超過百年，在這個不斷征服更多頻段獲得更大帶寬的過程中，5G的出現終于讓毫米波成了香餑餑。

毫米波是指1—10毫米之間的電磁波，通常對應30GHz—300GHz間的無線電頻譜，目前毫米波主要應用于衛星通信、雷達和軍事等領域。

除了30GHz之內的頻譜資源已被運營商和各類機構瓜分殆盡外，5G使用毫米波的理由簡單極了，因為這部分頻譜擁有連續可用的超大帶寬，可以滿足5G對超大容量和極高速率的傳輸需求。

但是，頻率越高的電磁波傳播距離越近，屬于“極高頻”的毫米波在傳播時有很大的路徑損耗，不但難以穿過建筑或障礙物，甚至一片葉子、一滴雨水都有可能將它吸收。

高通中國區董事長孟樸說：“5G幾乎將用到包括毫米波在內的全球所有可用的頻率，5G發展的每一階段都會出現很多新的技術挑戰。比如，5G射頻將有超過1萬種可能的頻段組合，這種復雜性比4G時代高出一個數量級。”

而且，隨著新材料、新技術和新工藝的提升，毫米波在5G時代大規模應用的種種掣肘也將逐步被解決。

頻譜焦點之爭未休

當中低頻段（6GHz以下）可用的頻譜資源再難被釋放，毫米波頻段成為支撐和保障5G應用的新希望。國際電信聯盟（ITU）為不久前舉辦的WRC-19大會專設的1.13議題便聚焦于24.25GHz—86GHz頻段范圍內的11個候選頻段，尋找5G新增頻段。

1.13議題的重要任務還包括在開展兼容性研究的基礎上，修改相關國際規則或制定保護措施，以避免5G業務與已使用這個頻段范圍的衛星通信、地球資源和氣候變化監測及射電天文學等無線電業務發生干擾，求得和諧共存。

中國代表團5G毫米波議題主要負責人、國家無線電監測中心王坦博士強調，上述兩項任務的結果將對信息通信技術產業產生深遠影響，因此，5G毫米波議題成為WRC-19大會世界各國及國際組織博弈的主戰場。

雖然此次大會上，26GHz 頻段（24.25GHz—27.5GHz）、40GHz頻段（37GHz—43.5GHz）以及66GHz—71GHz頻段全部或部分標識為全球統一的5G頻段，但圍繞這3個頻段的使用條件爭論未休。

比如，全球5G產業極力爭取的26GHz頻段具有頻點低、帶寬大、設備實現難度相對較小等優點，但該頻段與衛星地球探測業務相鄰，制定全球統一的5G基站帶外無用射頻限值，是降低5G系統干擾可能性的重要技術手段。

限值越小，技術指標越嚴格，意味著設備器件研發投入、組網成本越高，頻率保護相應也會增加；限值越寬松，越會對鄰頻氣象業務帶來干擾隱患。帶外射頻限值是寬是嚴，不僅關系到產業利益和人類觀測自然之間的權衡，也關系到各國戰略布局。

而被細分為3個連續頻段的40GHz頻段，分布著各種衛星業務、定位業務、射電天文、空間研究等無線電業務。爭論的焦點在于，是把3個頻段都用于5G，還是只明確其中一段。中國希望空間和地面產業均衡發展，將其中一部分用于5G，認為給衛星產業發展空間與保護其他無線電業務正常運轉同樣重要。

商用部署尚待成熟時機

適時發布5G毫米波頻段頻率使用規劃，是引導5G毫米波產業發展的關鍵。按照全球移動通信系統協會（GSMA）大中華區公共政策總經理關舟的預測，5G毫米波頻段落錘，工信部將很快開啟毫米波在國內的規劃。

作為中國毫米波規劃工作的重要支撐，我國IMT-2020（5G）推進組（以下簡稱推進組）組織的中國5G增強技術研發試驗毫米波頻段的測試試驗中，全球產業鏈中的系統、芯片、儀表等主要企業均有不同程度的參與。推進組5G試驗工作組組長、中國信通院技術與標準研究所副總工程師徐菲稱，測試進展比預期計劃大大提前。

那么，5G毫米波什么時候才可在我國部署商用？

推進組的測試計劃劃出了大致時間線：2019年8月—12月，驗證5G毫米波關鍵技術和系統特性；2020年，計劃驗證毫米波基站和終端的功能、性能和操作，開展高低頻協同組網驗證；2020—2021年，計劃開展典型場景驗證。

從運營商的角度來看，中國移動研究院首席專家劉光毅在2019年5G毫米波技術創新研討會上透露，中國移動已完成5G毫米波關鍵技術驗證，計劃在2022年逐步進行5G毫米波商用。

顯然，中國的5G毫米波計劃不像美國那么激進。

美國在5G試驗和商用部署時使用了毫米波，中國工程院院士劉韻潔曾分析稱，關鍵原因在于美國6GHz以下的頻段全部歸軍方使用。

與美國相反，中國未陷在頻譜“困境”中，在3GHz和4GHz頻段的頻譜使用和6GHz以下頻段的5G系統、終端設備均領先全球，為5G初期的大規模快速部署提供了保障。

毫米波的典型使用場景是自回傳，不需要光纖鏈路。從網絡基礎設施的角度看，美國和歐洲部分地區的光纖覆蓋遠不如中國，使用微波技術做回傳是經濟可行的方案。

因此，在5G毫米波產業鏈尚不成熟的情況下，中國當前的5G部署策略是更為成熟的選擇。正如工信部部長苗煒所強調的：“尊重市場規律，推動5G應用漸進式發展。5G應用涉及很多新興領域，更需要我們不斷探索、不斷總結，在培育過程中采取‘沿途下蛋’的策略，使5G應用不斷落地。”