连玻璃都穿不透的毫米波如何构建全球千亿级市场？

admin 管理员组

文章数量: 1184232

连玻璃都穿不透的毫米波如何构建全球千亿级市场？

根据预测，到今年年底，国内5G基站的数量将可能达到70万个。

就在5G建设如火如荼的同时，随着R16版本的冻结，人们逐渐将关注目光放在5G下一阶段关键技术上。这其中，就包括号称5G杀手锏的毫米波技术。

我们知道，3GPP定义的5G无线电频段范围有2个，分别为FR1频段和FR2频段。早期的时候，FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又叫 Sub-6 GHz频段。

后来，FR1被3GPP改为410-7125MHz但Sub-6的称呼习惯被保留下来，而FR2频段的频率范围，是24.25GHz-52.6GHz。

因为FR2频段中，多数频率的波长小于10毫米，所以FR2也被称为“毫米波（mmWave）”频段。

2019年，国际电联世界无线电通信大会 (WRC-19) 期间，各国代表经过激烈讨论，确认了5G毫米波的法定频谱范围：

全球范围内，将24.25GHz-27.5GHz、37GHz-43.5GHz、66GHz-71GHz频段，标识用于5G及国际移动通信系统（IMT）未来发展。45.5GHz-47GHz、47.2GHz-48.2GHz频段，可以在部分国家地区用于5G及IMT。

ITU批准的毫米波频段

频谱资源的确定，极大地鼓舞了产业界对毫米波的信心，刺激了毫米波技术的发展。

▉ 毫米波的发展现状

目前，全球已有超过120家运营商正在投资毫米波。

根据2020年8月份的最新数据，目前全球范围内已经有22家运营商部署了毫米波5G系统。其中，进展最快的，是包括美国在内的北美地区。

众所周知，美国因为Sub-6频段资源极其紧缺（大量被军方占用），所以将毫米波频段作为5G先行部署的主要频段。具体来说，是28GHz和24GHz频段（26GHz也在考虑中，37/39/47GHz频段拍卖已完成）。之后，美国也进行了Sub-6GHz频谱拍卖。

紧随其后的是日本和韩国。他们将毫米波用于重点区域的覆盖，所使用的频段也是28GHz为主。

再往后是欧洲和澳洲。

意大利已经进行了毫米波频谱资源的拍卖，德国和英国正在计划之中。他们的使用频段，主要集中在26GHz频段（24.25-27.5GHz）。

澳大利亚的话，主要是在26GHz、40GHz和32GHz，频谱拍卖的计划已经正式宣布。

相比之下，我们中国的毫米波商用计划相对并不是很急迫，目前还处于研究和测试阶段，频段资源也没有进行正式分配。

主要原因，正如前面所说，是因为我们的Sub-6频段资源相对较为充裕（我们是少数可以在Sub-6频段连续分配100MHz频率资源的国家），所以对毫米波的需求并不像美国那么迫切。

当然了，不急并不代表不上。

目前国内关于毫米波的测试早已启动，正在紧锣密鼓地进行之中。据中国移动专家介绍，外场测试的结果跟理论分析数值比较吻合，有效提升了行业对毫米波的信心。

中国毫米波测试进展（图片来自中国移动）

政策方面，工信部之前就有明确发文，要求：“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划”，“组织开展毫米波设备和性能测试，为5G毫米波技术商用做好储备”。（《工业和信息化部关于推动5G加快发展的通知》，2020-3-24）

三大运营商也都有各自的毫米波商用计划时间表。例如中国移动的专家就透露，将在2022年具备毫米波的规模商用能力。中国联通则表示，将在2021年6月完成冬奥场馆设备部署和毫米波应用产品体验部署，在2022年北京冬奥会进行毫米波技术的展示和应用。

▉ 毫米波的优缺点

如果说美国使用毫米波是被逼无奈，那么为什么我们也一定要去折腾毫米波呢？

说白了，还是和毫米波的特点有关。

毫米波最大的特点，就是频段资源丰富。相比于Sub-6频段分配资源时只能5MHz、10MHz、20MHz这样挤牙膏（能有100MHz要感动到哭），毫米波可以轻松分配100MHz以上的带宽资源，甚至达到400MHz或800MHz。

基于如此充沛的频率带宽资源，毫米波5G的无线传输速度可以轻松超过Sub-6数倍。

之前我们看到过国内很多人对5G进行测速，基本上就是1Gbps左右。毫米波的话，根据前文提到的中国移动外场测试结果，小区峰值速率达到了14.7Gbps（基于800MHz频谱带宽）。

香不香？

除了高速率之外，毫米波的大带宽还能带来更低的空口时延，有利于高可靠、低时延业务的部署。

毫米波频率高、波长短，因此，天线的尺寸更小（天线尺寸和波长成正比）。相同体积下，可以集成更多的天线，可以形成更窄的波束，拥有非常高的空间分辨率。

毫米波还支持厘米级的定位，尤其是室内环境中，非常好用。

毫米波有非常明显的优势，也有非常明显的劣势，那就是覆盖能力。

毫米波的覆盖能力是出了名的差。工作频段高，绕射能力差。相同条件下，穿透损耗也高，信号极容易受到遮挡阻断。

有测试数据显示，混凝土墙体对毫米波的损耗可能高达60~109dB。这就意味着，毫米波几乎不具备穿墙的能力。想要通过室外宏站覆盖室内，几乎不可能。

玻璃同样也是毫米波的天敌，会带来明显的损耗。即便是人体或树木，都会对毫米波造成显著影响。

所以，如何对毫米波进行合理部署，如何提高毫米波的覆盖能力，是毫米波成功实现商业落地的前提条件。

▉ 毫米波的覆盖提升

目前来看，提升毫米波覆盖的主要方式和思路包括：

一、直接提升发射功率，例如EIRS（等效全向辐射功率），进而提升覆盖范围。

二、采用阵列天线（毫米波的必然选择），合理利用波束赋形和波束管理，宽波束适合增加覆盖面积，窄波束适合增加覆盖距离，两者进行平衡。

三、引入恒介电常数透镜天线（如龙勃透镜天线），获得更高的天线增益。

四、采用反射板等装置，通过增加反射路径，减少覆盖盲区。

五、引入碳化硅、氮化镓等新材料技术，增加功率和性能。

六、采用高低频混合组网，弥补高频覆盖的弱点，同时发挥高频大流量的优点。

七、采用MTRP、IAB等技术，优化链路路由，改善信号覆盖，增强信号鲁棒性（健壮性）。

MTRP：让手机终端可以同时接收两个基站的信号。当一个发生遮挡，不会影响另外一个信号的传输。

随着技术的不断演进，目前毫米波在室外视距（LOS）传播已经可以达到1-2公里，非视距的话，整体覆盖在100-200米之间（基站EIRP＞60dBm）。

上个月，高通、Casa Systems和爱立信在澳大利亚成功完成了全球首次增程毫米波5G NR数据呼叫，实现了迄今距离最远（3.8公里）的连接，展现毫米波技术的强大远程传输能力。

总而言之，在各项技术的加持下，毫米波的覆盖能力正在不断改善，只要部署合理，完全可以商用落地。

▉ 毫米波的应用场景

我们先来了解一下毫米波的应用场景，看看它到底适合部署在哪些场所。

毫米波的大带宽、低时延、弱覆盖特点，决定了它主要适合三类场景：

第一类，是密集人群超大业务流量区域的热点覆盖。例如车站、机场等交通枢纽，体育场、商场、剧院等人群集中区域。

这些区域终端数量多，流量需求大，借助毫米波的部署，可以形成网络的高通量层，提升网络容量的上限。

特别值得一提的是VR/AR。这类场景目前对带宽有很高的需求，尤其是多终端场景下，以8K VR为例，50个设备，大约是5Gbps，是需要毫米波去满足的。

联通冬奥会计划打造大带宽无线场馆，服务于高清全景赛事直播的同时，满足观众、参赛者、工作人员、媒体记者等人员的连接需求，也是毫米波的用武之地。

第二类，是智慧园区、智慧工厂、智慧医院、智慧学校、智慧码头等产业互联网场景。

5G赋能百行千业，引领各行各业的数字化转型。除了大带宽外，行业场景往往都有低时延、高可靠性的需求，也就是5G uRLLC场景需求。

以智能制造为例，机械臂等设备的运行，高精度检测设备的工作，都对时延有很高的要求，借助毫米波的大带宽和低时延，辅以MEC边缘计算及AI人工智能技术，才能够很好地满足现场需求，做到5G落地。

第三类场景，大家可能不太容易想到，那就是固定无线宽带接入（FWA）。

我们国家光纤基础设施比较完善，所以宽带接入基本以光纤为主。但是国外很多国家并没有如此丰富的光纤资源，光纤敷设成本也很高，就会考虑CPE等无线宽带接入方式。

其实很简单，就是用毫米波做最后一公里的接入。将5G信号通过毫米波传送给用户家庭CPE设备，然后转换为Wi-Fi或有线信号，让用户实现宽带上网。如下图所示：

固定无线宽带接入

这种方式，对于密集住宅区非常有效，成本远低于光纤。

同样的，国外也有将毫米波用于基站回传，也可以满足特定场景环境的需求。

▉ 毫米波技术的标准化

3GPP在5G第一个版本，也就是R15版本中，就针对毫米波工作频段进行了标准化，开展了建模研究，给出了基本的功能版本。

在今年6月份冻结的R16版本中，3GPP对毫米波做了一些优化，重点提升毫米波的工作效率，降低通信时延和开销。

R16还引入了很多支持毫米波的5G NR增特性，例如集成接入及回传（IAB）、增强型波束管理、双连接优化等。

支持毫米波的5G NR增强特性（图片来自高通）

以集成接入及回传（Integrated Access Backhaul，IAB）为例。这是一项既有利于增强部署，又有利于节约成本开支的技术。

IAB架构示意图

简单来说，某基站具有光纤回传资源，它周边的其它基站可以通过毫米波与这个基站建立回传关系，不需要每个基站都配备光纤回传资源，只需要提供一个电力，就可以了。

目前正在进行的R17版本，对毫米波进行了增强，适配了更多的场景。同时，R17也将对频谱进行进一步扩展，支持从52.6GHz到71GHz的频段以及60GHz免许可频段，这将极大拓展毫米波频谱的利用范围。

▉ 毫米波的产业链

目前，全球几个主流设备厂家都推出了自己的毫米波产品，基本上也都支持800MHz的带宽。

终端芯片方面，早在2018年，第一代毫米波芯片就已经实现商用，当时是支持n257、n260和n261频段。到了2019年，第二代商用毫米波芯片实现了毫米波全频段支持。

3GPP定义的FR2频段（TS 38.104）

这其中，高通发力最早，目前已经推出三代支持毫米波的5G解决方案骁龙X50、X55、X60。海思Balong5000基带芯片以及三星Exynos5123芯片，均在2019年实现了对毫米波的支持。2020年，联发科Helio M80也将加入。

预计2021年初，搭载骁龙X60的商用旗舰机将推出，届时可支持NR高低频双连接和载波聚合，从而具备5G高低频协同组网的能力。

终端方面，目前已经有摩托罗拉、LG、三星、一加等手机厂商推出毫米波商用智能手机，包括中兴通讯等厂家已经推出了支持毫米波的CPE。

根据中兴通讯分享的数据，经粗略估计，现在大概有60多种终端支持毫米波。根据GSA截至今年8月的数据，已宣布的5G终端中有22.3%支持毫米波频段。

有消息称，苹果也将很快发布支持毫米波的手机。

鉴于毫米波在产业互联网的丰富应用场景，毫米波模组也处于一个快速发展的阶段。国内包括移远通信在内的模组厂家，都推出了毫米波模组，并能够提供相配套的设计服务。

▉ 毫米波的未来

毫米波是5G的关键技术，也是特征技术。没有毫米波的5G，很难称之为完整的5G。

因此，我们不能沉浸在Sub-6频段带来的网络性能有限提升之中，而应该加紧对毫米波技术的研究，攻克难关，推动其早日落地。

根据GSMA的预测，在2035年之前，毫米波技术将对全球GDP做出6560亿美元的贡献，占5G总贡献的25%。包括虚拟现实、智能制造、医疗健康、智能交通等多个领域，都将从毫米波技术中获益。

在中国，毫米波将创造的价值也尤为可观。同样是GSMA的预测，到2034年，在中国使用毫米波频段将带来的经济受益将产生约1040亿美元的效应，大约占亚太地区毫米波频段预估贡献值的一半。

现阶段，关于推动毫米波的商业化落地，还有很多工作需要做。

一方面，改善毫米波覆盖能力的技术和方案还有待进一步研究和验证。毫米波频段相对于其它频段来说，还不够成熟，包括移动性管理能力等。毫米波的业务和组网也需要进一步验证。毫米波的设备体系还需要进一步完善。

另一方面，国内毫米波使用的频段急需明确（目前外场测试频段是24.75-27.5GHz）。频率是通信技术的先导，只有频率明确了，产业链才有清晰的方向指引，也有投入资源的信心。

此外，毫米波的商业落地，还需要产业界更加紧密的合作、政策上更为明确的支持，以及垂直行业更多的业务示范场景。

这些都不是一日之功，需要一年甚至几年的时间来逐步推进。

相信到了2022年，毫米波一定能够以更加成熟、更加完整的面貌与我们见面，再次掀起一股5G创新的热潮。

注：本文部分数据来自8月27日“GSMA毫米波技术深入解读研讨会”中的嘉宾分享。

END

▎推荐阅读

• 5G发展的五大动力和四大挑战

• 5G车联网十大产业化趋势

• 从《长安十二时辰》看车联网

• 5G车联网产业发展的冷思考

• 5G车联网标准的演进之路

• 5G如何由浅入深赋能工业互联网

• 一直想当5G老大的美国，现在进展怎样了?

• 美国（V2X）发展现状与反思

• 美国网联自动驾驶现状分析和启示

• 5G：狂欢终将落幕 行业正待启航

• 人车路网云五维协同发展5G车联网

• 使能千行百业，网络切片你行吗？

• 智能网联车载终端渗透率提升之道

• 5G智能网联路侧设备覆盖率提升探索

• 5G网络切片的七种武器（一）

• 5G网络切片的七种武器（二）

• 从“四跨”测试看车联网产业现状和趋势

• 韩国5G商用情况解析

• 韩国5G产品定价及营销策略剖析

• 5G最新进展深度解析——全球市场篇

• 5G网络切片的七种武器（三）

• 5G最新进展深度解析—国内市场篇

• 5G网络切片的七种武器（四）

• 5G最新进展深度解析——技术应用篇

• 5G最新进展深度解析—全集完整版

• 日本5G商用进展分析报告

• 5G车联网业务演进趋势探索

• 5G网联切片的七种武器（五）：切片商城

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—华东篇（上）

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—华东篇（下）

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—华中篇

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—华北篇

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—华南篇

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—西南篇

• 车联网的春天，11部委联合发文推进车联网产业高速发展（附全文）

• 从“云监工”说起，盘点5G战疫背后的那些事儿

• 深度报告：车联网迎来关键政策窗口,示范区建设如火如荼(附下载)

• 智能网联（车联网）示范区发展现状分析—东北西北篇

• 深度报告：科技风口，智能网联（附下载）
  

• 5G网络切片的七种武器（六）

• 深度调研车路协同智慧高速全国建设情况（上）

• 深度报告 ： 车联网——新基建重要方向，5G应用明珠

• 深度报告：一文看懂通信新基建五大方向
  

• 深度报告：疫情“震中”的欧洲，5G商用如何化“危”为“机” 

• 伴工信部加快5G发展东风，车联网规模部署时代一触即发

• 深度调研车路协同智慧高速全国建设情况（中）

• 信通院发布《工业互联网产业经济发展报告2020》（附下载）

• 新基建缘何5G打头阵？

• 深度报告（附下载）：2020-2023中国高级自动驾驶产业发展趋势研究

• 5G消息取得成功的四大关键和三种可能

• 2020中国5G发展及行业应用探索报告（上）

• 2020中国5G发展及行业应用探索报告（下）

• 冻结在即，提前揭秘5G Rel-16标准重要组网技术

• 深度调研车路协同智慧高速全国建设情况（下）

• 一文读懂智慧高速车路协同现状与未来（附现状合集）

• 完整视频，超多干货！车联网助力自动驾驶和智慧交通再提速

• 5G技术成为中国新经济的主引擎

• 深度报告：中国5G产业链五大发展趋势2020

• 城市级智能网联示范区情况全扫描

• 智能网联封闭测试场和开放道路测试政策情况全扫描

• 5G移动通信技术基本介绍（附92页PDF下载）

• 揭秘边缘计算新晋“网红”——5G MEC深度解读第一弹

• 5G将如何改变建筑业

• 2020年全球无线市场竞争格局分析报告

• 2019年-2020年7月城市级智能网联招投标项目情况全扫描

• 城市级智能网联示范区建设内容、建设路径、最新趋势及挑战

• 2020中国车联网商业模式分析报告

• 一图读懂3GPP R16（附思维导图下载）

• 智能网联汽车产业链全景图 2020

• 一文读懂5G R16标准究竟讲了些什么

• 普通老百姓对5G“无感知”背后，5G究竟如何影响消费？

• 完整视频及干货 | 吴冬升：车联网跨产业融合创新应用探索

• 2020卖爆了的5G手机-市场年中盘点

• 头部公司的Robotaxi何时能拿掉安全员？

• 如何从无到有打造一辆自动驾驶车？（硬件篇）

• Robotaxi和车联网会擦出什么爱情火花

• 一图读懂5G定位（提供完整思维导图下载）

• 自动驾驶应用场景与商业化路径2020（附157页PDF全文下载）

• 深度报告 | 工业4.0 x 工业互联网：实践与启示（附55页PDF全文下载）

• 一文读懂智能网联封闭测试场的现状和挑战

• 解密5G新基建浪潮下的“智慧杆塔”缘何火热

• 深度报告 | 新基建助力下，车路协同产业发展研究

• 深度报告 | 腾讯未来交通白皮书2020（附全文下载）

• 一文读懂5G基站节能技术

• 深度报告 | 4G应用启示录与5G应用展望

• “车联网+”创新专题 | 全局、区域、微观多维创新构建新型智慧交通

关于我们

「5G行业应用」是聚集TMT行业资深专家的研究咨询平台，致力于在5G时代为企业和个人提供客观、深入和极具商业价值的市场研究和咨询服务，帮助企业利用5G实现战略转型和业务重构。本公众号专注提供5G行业最新动态及深度分析，覆盖通信、媒体、金融、汽车、交通、工业等领域。

本文标签： 连玻璃都穿不透的毫米波如何构建全球千亿级市场