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千亿级规模的5G毫米波离我们有多远?


  来源: 电子工程专辑 时间:2021-02-19 编辑:仪器仪表WXF
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毫米波是指波长为毫米级的电磁波,通常所处频段为30 - 300 GHz,往往也包含24 GHz 以上频段。5G网络需要毫米波来支持更高的速率和更低的时延,为各种新型应用提供通信基础设施。相比于4G ,5G一个关键的提升就是能够利用更多的频谱资源来满足不同种类的业务需求,其中就包括使用毫米波的频段资源来实现极高带宽和极低时延。


随着业务对带宽需求的不断增加,通信频谱不断向更高频谱延伸,5G毫米波具有丰富的频率资源,是移动通信技术演进的必然方向。2020 年,5G已经开始规模商用,整个产业界的目光都开始投向5G下一阶段部署的关键技术,其中5G毫米波倍受业界关注和重视。5G毫米波具有高带宽、低时延等突出优势,能够充分释放5G的全部潜能,从而实现业务体验的提升和千行百业的数字化转型,真正实现“4G改变生活、5G改变社会”的愿景。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。


据GSMA及相关市调机构预测,5G毫米波作为高速接入、工业自动化、医疗健康、智能交通、虚拟现实等方面的核心使能技术,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毫米波技术的优势


GSMA在其《5G毫米波技术白皮书》中对这一技术的优势做了很好的总结,其最重要的优势在于频率资源丰富、带宽极大。5G毫米波比5G Sub-6 GHz 频段(FR1)具有更丰富的频谱资源(如图3 所示),是5G网络提供千兆连接能力的主要方式。要达到5G最高速率要求,就必须使用5G毫米波。


图1:5G毫米波频段频率资源丰富且带宽大。

图1:5G毫米波频段频率资源丰富且带宽大。


5G毫米波网络可轻易实现Gbps级别的峰值吞吐率。比如在26 GHz频段内分配连续800MHz频谱,可以采用四个单载波200MHz(4*200MHz)或者八个单载波100MHz(8*100MHz)实现载波聚合传输。基于3GPP标准可用的信道宽度和调制方式,结合先进的天线设计和射频处理技术,5G毫米波系统可以轻松获得数 Gbps 以上的峰值数据吞吐率。目前5G毫米波已经在部分国家和地区商用,基于Ookla SPEEDTEST最新实测结果,5G Sub-6GHz网络的平均下载速率比4G LTE快5倍,而5G毫米波网络的平均下载速率与5G Sub-6 GHz 相比又快了4倍,平均速率高达900Mbps,峰值速率超过2Gbps。这一结果是在400MHz 带宽实现的,未来使用800MHz 带宽将有望得到更好的结果。因此,与5G sub-6 GHz相比,5G毫米波技术对于用户峰值速率仍有很大提升空间。


图2:Ookla SPEEDTEST实测数据

图2:Ookla SPEEDTEST实测数据。(来源:高通)


5G毫米波的第二个优势是易与波束赋形技术结合。5G毫米波的频段高、波长短,使得其在设计和部署上有空间优势,非常适合与波束赋形技术相结合,增强性能并降低干扰。在典型天线阵列配置下,假设基站有256个天线阵子,5G毫米波能够获得的理论波束赋形增益可达24dB;若终端有8根天线,增益可达9dB。例如,在进行室外覆盖时,如果5G毫米波基站和4G LTE 基站完全共站部署,数量相等的话,5G毫米波网络下行覆盖率可以达到77%。如果稍微增加5G毫米波基站数量,下行覆盖率可以达到95%。


5G毫米波的第三个优势是可实现极低时延。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,是满足5G 空口时延小于1ms 的有力保证,可实现5G网络对工业互联网、AR/VR、云游戏、实时云计算等URLLC(高可靠低时延)业务的质量承诺。例如,AR/VR业务为保证多感官协调体验和交互能力,需要毫秒级的时延;典型的工业机器人网络对于时延的要求也要达到毫秒级;产品线上的远程实时控制也需要毫秒级的时延保证;而工业视觉等引入人工智能所需的大规模计算往往需要在一定距离外进行,对空口时延有亚毫秒级别的严格要求。


5G毫米波的第四个优势是可支持密集小区部署。5G毫米波系统可利用波束定向的特点将信号能量聚焦在特定方向来减小对其它非目标对象的干扰,保证邻近链路或者邻近小区通信质量,很适合在大型场所如会议室、音乐会、体育馆、地铁站等人口密集区域进行部署。


5G毫米波的第五个优势是可进行高精度定位。5G毫米波波束窄、方向性好,有极高的空间分辨力;同时由于信号传输周期小、时间精度高,5G毫米波有望实现厘米级的定位。即使和全球卫星定位导航系统相比也有精度和速度上的优势,尤其在卫星导航信号较弱的室内环境,5G毫米波的定位能力将发挥更为重要的作用。


关键词:5G毫米波    浏览量:32307

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