毫米波会成为突破5G发展枷锁的“杀手锏”吗？
物联网智库 原创
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导 读
如何在保障通信技术迭代及产业应用创新发展的基础上，有效、合理、充分利用频谱资源已经成为了通信领域亟待解决的难题。除了加速2G、3G退网腾退频谱以及运营商频谱共享外，发展5G 毫米波应用无疑是另一良策。
2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电四家运营商颁发了《基础电信业务经营许可证》。随着国内5G商用元年的开启，大规模的5G网络建设全面启动，面向各行各业，基于大宽带、海量连接、低延时、高可靠等特性的产业应用蓄势待发。彼时，作为物联网、人工智能等美好愿景的强大后盾，产业链上下游对于5G未来的发展充满了无限想象空间。
如今，距离5G牌照发放已经过去了两年光景。据工信部6月发布的数据显示，我国已建成 5G 基站近 85 万个，形成了全球最大的5G独立组网网络，5G行业应用创新案例已超过 1 万个。在5G的加持下，以4K/8K超高清视频、VR/AR、自动驾驶、无人机、智能机器人为代表的应用场景快速发展。
然而，在5G网络基础设施建设如火如荼推进、终端应用陆续爆发之际，有限的频谱资源却在无形中形成了一道制约5G发展的“枷锁”。
“优化存量”与“开垦新地”并行
无线电频谱作为自然界存在的一种天然资源，看不见、摸不着，但可以作为传输载体对符号、文字、声音、图像等信息进行收发。作为一种固定资源，无线电频谱在终端用户规模与日俱增的智能时代也变得尤为珍贵，近几十年来，无线电频谱已经越来越拥挤，如何在保障通信技术迭代及产业应用创新发展的基础上，有效、合理、充分利用频谱资源就成为了通信领域必须面对的难题。
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5G时代，无线电频谱资源紧缺的原因主要有三：
首先是移动通信的代际升级缓慢，加剧了频谱供求矛盾。目前，2G、3G加速退网，但其实5G已经开始商用两年之久了，各大运营商虽然都在极力扭转2G、3G、4G、5G的“四世同堂”网络结构，但2G、3G目前仍占用了部分优质频谱资源，如果无法完全退网就很难腾退频谱资源。
其次是无线电频谱政策局限，加剧频谱供求矛盾。以美国频谱政策为例，美国运营商目前部署的5G网络主要集中在高频的毫米波上，因为根据政策，优质的中频频段已经授予军方使用，难以腾退，导致其频谱资源紧张。
最后是高额的频谱获取成本，加剧频谱供求矛盾。这一点在海外运营商身上更为明显，他们在拍卖3G、4G、5G频谱上的花费已为其建网带来了巨大压力。国内频谱虽是授予运营商，但各个运营商之间的博弈也会消耗大量成本。
如果把无线网络比作一片稻田的话，无线频谱就是种植这些水稻的土地。随着人口增多、粮食需求提升，想要每个人都“吃饱饭”就需要提高产量，而面对有限的土地，想要实现高产无非只有两种途径——优化存量与开垦新地。
优化存量主要体现在2G、3G加速退网及运营商频谱共享两个层面。
首先，2G、3G退网已成定局，而过去几年中，全球运营商在陆续推进2G、3G减频退网，腾退出频谱资源给4G和物联网使用，或者将部分4G频段重耕用于5G，已取得了一定成效。例如，中国移动目前所拥有的2.6GHz频段的5G资源，其中2575-2635MHz频段为重耕中国移动已有的4G频段。
第二，频谱共享模式正在向深水区探索，目前主要有两种方式，一个是运营商内不同网络间频谱共享，目前的技术发展完全可以实现不同代际网络之间的频谱共享；另一个是不同运营商之间频谱共享，“共建共享”已经逐渐成为了目前5G发展的创新模式，例如，中国电信与中国联通分别持有100MHz中频频谱，共享后双方都可以使用200MHz的频谱资源。
开垦新地则是指向着还未开发且资源丰富的频段进军，毫米波脱颖而出。
为何是毫米波？
首先，最简单的原因便是毫米波频段资源丰饶。毫米波一般指频率在30GHz到300GHz这段范围内的无线电频谱，而5G实际所用的频段则是在24GHz到100GHz之间，相较于2G、3G、4G、WiFi扎堆的Sub-6G频谱，毫米波频谱资源的优越性毋庸置疑。
其次，毫米波可支持超低时延。5G采用OFDM技术，会把载波带宽划分成一个个的子载波，同时，在时间上也会分成一个个的时隙，用子载波和时隙这两个维度一起来传数据。子载波宽度和时隙长度成反比，毫米波采用的子载波间隔比Sub-6G宽得多，一般为120KHz，因此每个时隙的长度就可以很短。而5G是以时隙为单位调度数据的，时隙长度越短，意味着5G在物理层的时延越小。
此外，毫米波可支持高精度定位。毫米波有波束赋形的加持，波束窄、方向性好，有极高的空间分辨力，同时由于时延小，可以实现超高精度的定位。
毋庸置疑，基于国内频谱资源现状及相关利好政策推动，处于超高频段的毫米波作为5G时代最具价值潜力的频谱资源，于移动产业及各大运营商而言，像是一块资源丰饶且尚未开垦的净土。
早在2020年3月，工信部发布的《关于推动5G加快发展的通知》中就提出了适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划，结合国家频率规划进度安排，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。随后，2021年4月30日，工信部网站发布了“公开征求对《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》的意见”，明确提出加强5G频率资源保障，其中亮点之一是探索新的频率供应制度，一方面是5G毫米波频率制度的探索，另一方面是5G供应互联网专用频率探索。
然而，功过参半，毫米波虽然是5G时代的珍贵资源，但其自身也同样存在缺点，致使其发展速度并未如预想中气贯长虹。其中，覆盖差则是毫米波的致命弱点——由于毫米波频率高，波长短，自由空间传播损耗、穿透损耗和绕射损耗大，且绕射能力差，导致单小区覆盖范围很小。实测显示，即使终端处于视距（LoS）环境，毫米波小区的覆盖范围不过100米左右，几乎与Wi-Fi覆盖范围差不多。
此外，毫米波的基站单价、建设及运营成本相较Sub-6GHz而言高出很多，而面对毫米波本就需要建设更多基站的窘境，高成本无疑进一步为其产业落地增高了门槛。
尽管如此，毫米波在5G时代的优势仍旧吸引了产业链上下的高度关注，其早日落地商用的呼声一浪高过一浪。
在此背景下，高通公司作为行业领军企业，也同样关注到了5G毫米波的巨大发展空间，并将于7月15日在西安举办2021高通5G&AIoT技术开放日活动，特邀高通技术专家、合作伙伴与业界明星企业专家，就5G应用趋势、5G及毫米波技术进展和发展趋势、5G通信模组及终端发展趋势等热点话题及行业优秀案例进行分享探讨。
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参考资料：
1.《毫米波，让5G回归初心》，无线深海
2.《两年仅建91个基站，5G毫米波为啥这么难？》，网优雇佣军
3.《5G没有“它”，就像盖房子没有土地一样》，物联网智库
