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[分享] 5G毫米波带来的技术和市场挑战

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发表于 2021-2-19 10:46:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

毫米波相对于Sub-6GHz频段在5G通信领域有什么技术和商业应用优势?

毫米波是5G的核心技术之一,因为低频的频谱资源紧缺,通信频谱向高频段发展是移动通信技术的必然发展方向。毫米波和中低频段的Sub-6GHz都有各自的技术优势,5G毫米波和Sub-6GHz互相配合和补充才能够充分释放5G的全部潜能,为变革用户体验和推动行业数字化转型提供关键赋能。

最常被提及的毫米波优势就是大带宽、高速率、低时延。毫米波支持数百MHz的大带宽,能够实现数Gbps以上的峰值数据吞吐率。基于Ookla SPEEDTEST对美国大量用户实测数据的最新分析,毫米波的速度是Sub-6GHz速度的11倍。5G毫米波系统空口时隙长度是目前主流5G中低频系统的1/4,空口时延显著降低。

此外,5G毫米波频段高、波长短,非常适合与大规模天线和波束成形技术相结合,能够覆盖短距传输和室内热点覆盖之外的更多场景。与Sub-6GHz频段相比,毫米波更容易实现密集小区部署,能够有效减小干扰、保证邻近链路或者邻近小区的通信质量。毫米波波束窄、方向性好,有极高的空间分辨力,再加上因为高带宽而具备的更高的时域分辨率,毫米波在支持高精度定位方面相对Sub-6GHz频段更具优势。相对于Sub-6GHz,5G毫米波元器件的尺寸要小得多,设备集成度高,因此毫米波终端和毫米波基站在体积和重量上也有一定的优势。

5G毫米波的这些技术优势,将为行业开创超越想象的商业应用前景。目前能够预测的是,5G毫米波将在室内外交通枢纽与场馆等热点覆盖应用场景、家庭和写字楼的固定无线接入(FWA)、以及工业互联网等行业用例中大有可为。在室内外交通枢纽与场馆等应用场景中,用户数多,高峰时期数据业务需求极大,毫米波能够很好地满足这些热点区域的连接需求。此外,在家庭和写字楼的网络部署中,5G毫米波可作为中低频基站的回传,或者通过CPE提供宽带服务,实现对高清视频、AR/VR等业务的良好支持。而在工业互联网领域,相关测试表明,即使在复杂的工业环境中,5G毫米波技术加上超可靠低时延通信(URLLC)技术能够提供出色性能,满足工业机器人网络低至1毫秒时延和高达99.9999%连接可用率的严苛要求,并能同时为高密度部署的工业手持设备及监控摄像头提供高清视频传输。

5G毫米波在RF器件设计和技术实现上面临哪些挑战?

毫米波的特性为射频器件设计带来了诸多挑战。首先,是链路预算方面的挑战,如何基于毫米波频段的大带宽实现目标辐射功率。其次,还需要在持续变化的移动环境中保持可靠的毫米波连接。第三,功耗方面,因为毫米波带宽大,能支持数千兆比特传输速率,射频器件对数据应用处理产生的功耗相应增加,这对射频器件的功耗控制提出了更高要求。第四,在功耗控制之外,射频器件还需要保持散热稳定性,避免局部热点。第五,射频器件需要在颇具挑战性的智能手机外形尺寸中实现高天线效率和多频支持。

针对这些挑战,高通的思路是通过完整的系统级解决方案来提供更有效的集成和优化。我们的骁龙5G调制解调器及射频系统是全球首个集成调制解调器、射频收发器和射频前端的商用芯片组解决方案,集成了先进的商用5G调制解调器、射频收发器、射频前端、毫米波天线模组以及软件框架,打造高能效、高性能的先进5G技术。因为高通自身拥有整个系统的所有关键组件,所以可在系统的所有子组件层面协同设计硬件和软件,进行先进技术的创新和技术优化。这些技术创新包括高通移动毫米波技术,可支持最优上行链路吞吐量、同时满足传输上限的高通Smart Transmit技术,可实现出色传输能效与网络性能的高通宽频带包络追踪技术,可支持更高吞吐量、更高通话可靠性、更广网络覆盖范围的高通Signal Boost技术,可实现出色接收能效的高通5G PowerSave技术等。

全球芯片和器件、模组和系统厂商已经提供了哪些5G毫米波方案?

当今,5G毫米波产业链已经基本成熟。主流的移动通信设备提供商都已经推出了支持5G毫米波的基站设备,芯片和终端设备厂商也发布了大量支持5G毫米波的产品。

从高通的角度来说,我们已经推出了多代5G毫米波解决方案,通过丰富的产品组合助力加速5G毫米波部署。面向智能手机等移动终端,我们推出了多代商用毫米波解决方案及天线模组——目前,三代骁龙5G调制解调器及射频系统还有多层级的骁龙5G移动平台均同时支持毫米波和Sub-6GHz频段。在PC领域,我们的骁龙8cx第一代和第二代5G计算平台、骁龙8c 5G计算平台,都同时支持毫米波和Sub-6GHz频段。此外,高通还推出了全球首个面向5G FWA的全集成增程毫米波解决方案——QTM527毫米波天线模组,支持面向家庭和企业数千兆比特的增程5G宽带。面向网络设备,我们的5G RAN平台外形尺寸和功耗水平与Wi-Fi接入点相似,能够通过领先5G毫米波设备技术支持5G小基站和射频拉远设备的全球部署;我们还推出了5G网络基础设施系列芯片平台,面向从支持大规模MIMO的宏基站到外形紧凑的小基站的广泛部署场景。

在高通5G毫米波解决方案的支持下,一加、摩托罗拉、三星、LG、联想、宏碁、SierraWireless、移远通信、广和通、Telit、Inseego、Netgear、OPPO、友讯(D-Link)、亚旭、夏普等业界领先厂商发布了多样化5G毫米波商用终端,覆盖智能手机、PC、热点和固定无线接入CPE等,让毫米波惠及更多消费者和行业用户。其中,一加、中兴通讯、移远通信等中国厂商推出的5G毫米波终端和模组,已经在北美、澳大利亚、日韩等海外市场落地商用,以终端先行加速产业成熟。

高通在5G毫米波方面的技术、产品和应用方面是怎样规划的?

高通一直坚持研发先行,致力于通过基础科技创新赋能移动生态系统。早在十多年前,高通就开始对包括毫米波在内的5G基础科技进行前瞻性研究。多年来,我们积极联合全球合作伙伴开展互操作测试和试验,进行毫米波技术设计和验证,为毫米波商用奠定坚实基础。

基于长期投入和技术积累,高通成为业界率先推出同时支持Sub-6GHz和毫米波、面向智能手机的5G系统级商用解决方案的芯片厂商。如今,我们已经将5G毫米波能力扩展至旗舰层级之外的骁龙6系和4系移动平台,加速5G毫米波的普及。高通已经发布的5G毫米波解决方案覆盖智能手机、PC、热点和固定无线接入CPE、网络设备等。未来,我们还将继续推动5G毫米波技术扩展至更多终端类型和层级。

我们相信,跨产业的融合创新与密切协作,才能拓展全新的5G毫米波用例,满足各个垂直领域的全新需求。单单是在2020年12月,我们就取得了不少新进展:我们联合韩国运营商、终端厂商在国立金乌工科大学成功部署了韩国首个5G毫米波网络,展示5G毫米波技术赋能的智慧校园模式;还支持意大利运营商Fastweb推出了支持毫米波的5G FWA终端,助力缩小欠发达地区的数字鸿沟。2020年,为了支持美国最大的职业橄榄球赛事超级碗,高通工程技术团队与场馆方和移动运营商紧密合作,设计并测试了覆盖整个场馆的全新5G毫米波网络部署,满足用户在体育场馆内下载、流媒体传输和分享高清视频的海量数据需求。

未来,随着5G部署进入新阶段,5G毫米波网络将不断扩展,终端将呈现多形态发展,其应用领域也将覆盖更多行业。高通将推动5G毫米波技术的持续演进,通过创新产品支持合作伙伴打造更加丰富的终端,并且携手更广泛的生态合作伙伴推动毫米波在更多垂直领域的落地。

请展望一下5G毫米波在全球及中国市场的未来发展前景。

纵观全球市场,5G毫米波正在加速部署,全球106家运营商正投资于毫米波技术的商用部署。美国的主流运营商包括AT&T、T-Mobile、Verizon都已经提供了毫米波商业服务。继美国和日本后,韩国和新加坡也推出了毫米波服务。

可以预期的是,5G毫米波将凭借诸多技术优势,为众多消费者及行业用户带来超越期待的全新体验及全新应用,创造巨大的经济效益和社会效应。根据GSMA预测,5G毫米波预计将在2035年之前对全球GDP做出5650亿美元的贡献,占5G总贡献的25%;在2034年之前,预计在中国使用5G毫米波频段所带来的经济受益将达到约1040亿美元,其中垂直行业领域中的制造业和水电等公用事业占贡献总数的62%,专业服务和金融服务占12%,信息通信和贸易占10%。

5G毫米波不仅将推动中国智能制造、智慧交通、医疗健康、虚拟现实等广泛行业的技术及应用革新,还将在2022年北京冬奥会大放异彩。中国联通将运用5G毫米波技术,满足实时视频采编、全息访谈、AR/VR的新视觉观赛服务等应用的高速连接需求,更好地为现场的工作人员、观众以及媒体从业人员提供优质的网络服务保障。我们相信,冬奥会的应用将成为中国5G毫米波大规模商用以及产业链快速发展的重要里程碑。

总之,伴随着全球及中国5G建设的不断加速、终端及应用的日益丰富,5G 毫米波市场将迎来广阔的发展空间,催生广泛行业变革,赋能今后十年及更久的科技突破。

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