來自GSA最新發(fā)布的全球5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展報告顯示，目前全球35個國家的63家運營商已經(jīng)推出了一項或多項支持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G服務(wù)。5G技術(shù)的應(yīng)用前景波瀾壯闊，關(guān)于5G方案優(yōu)劣的話題始終不絕。
根據(jù)3GPP的協(xié)議規(guī)定，5G NR主要使用兩段頻率：FR1頻段和FR2頻段。其中，F(xiàn)R1頻段的頻率范圍是450MHz-6GHz，又稱Sub-6GHz頻段；FR2頻段的頻率范圍是24.25GHz-52.6GHz，即毫米波。有論調(diào)指出，美國之所以在5G競賽中裹足難行，就是毫米波惹得禍，中國一定要深耕中低頻，但也有觀點認(rèn)為，在頻譜資源緊張的地區(qū)，毫米波是支撐和保障5G應(yīng)用長期發(fā)展的“新大陸”。
認(rèn)識毫米波
在討論孰是孰非之前，不妨讓我們先來認(rèn)識什么是毫米波？毫米波從本質(zhì)而言，是指波長在1到10毫米之間、頻率范圍是30GHz至300GHz的電磁波。
不同于早已被業(yè)界熟知的Sub-6GHz頻段，毫米波長期都是移動通信領(lǐng)域未經(jīng)開墾的蠻荒之地，但隨著挖掘的深入，毫米波擁有的“寶藏”并不少。一是頻譜資源豐富，載波帶寬可達(dá)400MHz/800MHz，無線傳輸速率可達(dá)10Gbps以上；二是毫米波波束窄，方向性好，有極高的空間分辨能力；三是毫米波元器件的尺寸小，相對于Sub-6GHz設(shè)備，更易小型化；四是子載波間隔較大，單SLOT周期（120KHz）是低頻Sub-6GHz（30KHz）的1/4，空口時延降低。
相較毫米波的優(yōu)勢，限制其應(yīng)用的難點或許更加突出。其一，傳播受限，毫米波的頻率較高，自由空間損耗大，且極易因受物體阻擋，影響接受端信號質(zhì)量；其二，賦形技術(shù)，現(xiàn)有毫米波系統(tǒng)采用混合波束賦形的方式，但頻率效率和性能較低；其三，波束管理，在快速移動以及被遮擋時的波束管理算法需要優(yōu)化；其四，mMIMO技術(shù)，受限于成本和生產(chǎn)工藝，現(xiàn)有毫米波基站只能做到4T4R設(shè)備，無法容納更多用戶；其五，芯片和終端，芯片和終端的進(jìn)度落后于設(shè)備。
毫米波在中國的潛在優(yōu)勢
當(dāng)今世界，中國已成為5G技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，并于2019 年第一批宣布展開5G商業(yè)部署。在不斷探索5G商用落地的過程中，中國充分認(rèn)識到不同頻譜頻段組合的重要性。只有對低、中、高頻段進(jìn)行多樣化的組合，才能將頻譜用于提供最大價值的服務(wù)或應(yīng)用，進(jìn)而使得相關(guān)產(chǎn)業(yè)朝著5G網(wǎng)絡(luò)的最佳性能和規(guī)模經(jīng)濟(jì)影響最大化不斷邁進(jìn)。
在2019年世界無線電通信大會（WRC-19）期間，中國代表團(tuán)積極爭取我國立場，通過數(shù)場專題會議的交流、討論和磋商，成功使得我國主推的24.75-27.5GHz，以及部分40GHz毫米波頻段獲得全球采納。相關(guān)協(xié)議的達(dá)成，將有效推動毫米波的標(biāo)準(zhǔn)化，為支持設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展鋪平道路。
在工業(yè)和信息化部印發(fā)的《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程推進(jìn)方案》中，進(jìn)一步明確“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展目標(biāo)，到2022年，我國將突破一批面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特定需求的5G關(guān)鍵技術(shù)，打造一批“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”內(nèi)網(wǎng)建設(shè)改造標(biāo)桿、樣板工程，形成至少20大典型工業(yè)應(yīng)用場景。依據(jù)毫米波的諸多特性，該技術(shù)有潛力為關(guān)鍵行業(yè)垂直領(lǐng)域中的工業(yè)應(yīng)用賦能，從而幫助制造業(yè)降本、提質(zhì)、增效。
近日，GSMA與TMG發(fā)布聯(lián)合報告稱，預(yù)計到2034年，在中國使用毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟(jì)受益將產(chǎn)生約1040億美元的效應(yīng)?？紤]到毫米波對中國GDP的預(yù)期貢獻(xiàn)，垂直行業(yè)領(lǐng)域中的制造業(yè)和水電等公用事業(yè)是目前可見貢獻(xiàn)最大的行業(yè)，占貢獻(xiàn)總數(shù)的62%；專業(yè)服務(wù)和金融服務(wù)排名第二，占12%；信息通信和貿(mào)易位居第三，占10%。
毫米波的工業(yè)應(yīng)用
低、中、高頻段頻譜將各自在5G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。中低頻段頻譜（6GHz以下）具有廣泛的覆蓋能力，但是其中已有很多的頻譜用戶，無法提供較大且連續(xù)的帶寬。高頻段（如毫米波）具有較小的覆蓋區(qū)域，但其中現(xiàn)有其他頻譜用戶比較少，可以提供更多連續(xù)的帶寬和相應(yīng)額外的容量，能在特定區(qū)域發(fā)揮全部潛力。
毫米波可以大大提高5G網(wǎng)絡(luò)的容量和時延能力。基于毫米波頻譜里更大的帶寬，工業(yè)自動化的廣泛實施將受益于額外的容量，特別是要求高度精確的流程。毫米波在工業(yè)中的應(yīng)用主要包括四類：
第一，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。通過實施遠(yuǎn)程對象監(jiān)控和操縱，以提高效率并改善智能工廠的安全性，通過遠(yuǎn)程操作工廠設(shè)備，可以使涉及揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)或溫度敏感材料的工業(yè)流程更安全。
第二，工業(yè)機(jī)器人。通過工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，智能工廠中的每臺機(jī)械幾乎都能立即響應(yīng)請求和指令，從而在生產(chǎn)中快速做出響應(yīng)，以滿足需求的實時變化。
第三，遠(yuǎn)程控制和質(zhì)量控制。實時數(shù)據(jù)收集和分析，諸如高速成像以及虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用之類的數(shù)據(jù)密集型流程，以提高產(chǎn)量并提供在職培訓(xùn)。
第四，自主工廠運輸。工廠環(huán)境中的無人駕駛汽車可以與中央控制或監(jiān)控中心以及工廠內(nèi)的其他機(jī)器、設(shè)備、對象，以及其他更廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信。
小結(jié)
在筆者看來，5G的發(fā)展目標(biāo)是做強(qiáng)移動互聯(lián)網(wǎng)、做大移動物聯(lián)網(wǎng)，通過實現(xiàn)增強(qiáng)移動寬帶、海量機(jī)器類型通信與超高可靠低時延這三大應(yīng)用場景，讓我們的社會從萬物互聯(lián)向萬物智聯(lián)飛躍。
為達(dá)到上述目標(biāo)，就要在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不同發(fā)展階段，選擇更加合適的技術(shù)路線，做到“量體裁衣”，并確保運營商擁有足夠的大帶寬的頻譜，能夠提供高速、大容量和低時延的5G能力。故而，毫米波與中低頻的關(guān)系既不會是東風(fēng)壓倒西風(fēng)，也無需分出個高下優(yōu)劣，各取所長，共存互補(bǔ)才是最好的狀態(tài)。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。