如何在保障通信技術(shù)迭代及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)上，有效、合理、充分利用頻譜資源已經(jīng)成為了通信領(lǐng)域亟待解決的難題。除了加速2G、3G退網(wǎng)騰退頻譜以及運(yùn)營商頻譜共享外，發(fā)展5G毫米波應(yīng)用無疑是另一良策。
2019年6月6日，工信部向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國廣電四家運(yùn)營商頒發(fā)了《基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證》。隨著國內(nèi)5G商用元年的開啟，大規(guī)模的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)全面啟動(dòng)，面向各行各業(yè)，基于大寬帶、海量連接、低延時(shí)、高可靠等特性的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用蓄勢待發(fā)。彼時(shí)，作為物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等美好愿景的強(qiáng)大后盾，產(chǎn)業(yè)鏈上下游對于5G未來的發(fā)展充滿了無限想象空間。
如今，距離5G牌照發(fā)放已經(jīng)過去了兩年光景。據(jù)工信部6月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，我國已建成5G基站近85萬個(gè)，形成了全球最大的5G獨(dú)立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，5G行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新案例已超過1萬個(gè)。在5G的加持下，以4K/8K超高清視頻、VR/AR、自動(dòng)駕駛、無人機(jī)、智能機(jī)器人為代表的應(yīng)用場景快速發(fā)展。
然而，在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼推進(jìn)、終端應(yīng)用陸續(xù)爆發(fā)之際，有限的頻譜資源卻在無形中形成了一道制約5G發(fā)展的“枷鎖”。
“優(yōu)化存量”與“開墾新地”并行
無線電頻譜作為自然界存在的一種天然資源，看不見、摸不著，但可以作為傳輸載體對符號、文字、聲音、圖像等信息進(jìn)行收發(fā)。作為一種固定資源，無線電頻譜在終端用戶規(guī)模與日俱增的智能時(shí)代也變得尤為珍貴，近幾十年來，無線電頻譜已經(jīng)越來越擁擠，如何在保障通信技術(shù)迭代及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)上，有效、合理、充分利用頻譜資源就成為了通信領(lǐng)域必須面對的難題。
5G時(shí)代，無線電頻譜資源緊缺的原因主要有三：
首先是移動(dòng)通信的代際升級緩慢，加劇了頻譜供求矛盾。目前，2G、3G加速退網(wǎng)，但其實(shí)5G已經(jīng)開始商用兩年之久了，各大運(yùn)營商雖然都在極力扭轉(zhuǎn)2G、3G、4G、5G的“四世同堂”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但2G、3G目前仍占用了部分優(yōu)質(zhì)頻譜資源，如果無法完全退網(wǎng)就很難騰退頻譜資源。
其次是無線電頻譜政策局限，加劇頻譜供求矛盾。以美國頻譜政策為例，美國運(yùn)營商目前部署的5G網(wǎng)絡(luò)主要集中在高頻的毫米波上，因?yàn)楦鶕?jù)政策，優(yōu)質(zhì)的中頻頻段已經(jīng)授予軍方使用，難以騰退，導(dǎo)致其頻譜資源緊張。
最后是高額的頻譜獲取成本，加劇頻譜供求矛盾。這一點(diǎn)在海外運(yùn)營商身上更為明顯，他們在拍賣3G、4G、5G頻譜上的花費(fèi)已為其建網(wǎng)帶來了巨大壓力。國內(nèi)頻譜雖是授予運(yùn)營商，但各個(gè)運(yùn)營商之間的博弈也會(huì)消耗大量成本。
如果把無線網(wǎng)絡(luò)比作一片稻田的話，無線頻譜就是種植這些水稻的土地。隨著人口增多、糧食需求提升，想要每個(gè)人都“吃飽飯”就需要提高產(chǎn)量，而面對有限的土地，想要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)無非只有兩種途徑——優(yōu)化存量與開墾新地。
優(yōu)化存量主要體現(xiàn)在2G、3G加速退網(wǎng)及運(yùn)營商頻譜共享兩個(gè)層面。
首先，2G、3G退網(wǎng)已成定局，而過去幾年中，全球運(yùn)營商在陸續(xù)推進(jìn)2G、3G減頻退網(wǎng)，騰退出頻譜資源給4G和物聯(lián)網(wǎng)使用，或者將部分4G頻段重耕用于5G，已取得了一定成效。例如，中國移動(dòng)目前所擁有的2.6GHz頻段的5G資源，其中2575-2635MHz頻段為重耕中國移動(dòng)已有的4G頻段。
第二，頻譜共享模式正在向深水區(qū)探索，目前主要有兩種方式，一個(gè)是運(yùn)營商內(nèi)不同網(wǎng)絡(luò)間頻譜共享，目前的技術(shù)發(fā)展完全可以實(shí)現(xiàn)不同代際網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜共享；另一個(gè)是不同運(yùn)營商之間頻譜共享，“共建共享”已經(jīng)逐漸成為了目前5G發(fā)展的創(chuàng)新模式，例如，中國電信與中國聯(lián)通分別持有100MHz中頻頻譜，共享后雙方都可以使用200MHz的頻譜資源。
開墾新地則是指向著還未開發(fā)且資源豐富的頻段進(jìn)軍，毫米波脫穎而出。
為何是毫米波？
首先，最簡單的原因便是毫米波頻段資源豐饒。毫米波一般指頻率在30GHz到300GHz這段范圍內(nèi)的無線電頻譜，而5G實(shí)際所用的頻段則是在24GHz到100GHz之間，相較于2G、3G、4G、WiFi扎堆的Sub-6G頻譜，毫米波頻譜資源的優(yōu)越性毋庸置疑。
其次，毫米波可支持超低時(shí)延。5G采用OFDM技術(shù)，會(huì)把載波帶寬劃分成一個(gè)個(gè)的子載波，同時(shí)，在時(shí)間上也會(huì)分成一個(gè)個(gè)的時(shí)隙，用子載波和時(shí)隙這兩個(gè)維度一起來傳數(shù)據(jù)。子載波寬度和時(shí)隙長度成反比，毫米波采用的子載波間隔比Sub-6G寬得多，一般為120KHz，因此每個(gè)時(shí)隙的長度就可以很短。而5G是以時(shí)隙為單位調(diào)度數(shù)據(jù)的，時(shí)隙長度越短，意味著5G在物理層的時(shí)延越小。
此外，毫米波可支持高精度定位。毫米波有波束賦形的加持，波束窄、方向性好，有極高的空間分辨力，同時(shí)由于時(shí)延小，可以實(shí)現(xiàn)超高精度的定位。
毋庸置疑，基于國內(nèi)頻譜資源現(xiàn)狀及相關(guān)利好政策推動(dòng)，處于超高頻段的毫米波作為5G時(shí)代最具價(jià)值潛力的頻譜資源，于移動(dòng)產(chǎn)業(yè)及各大運(yùn)營商而言，像是一塊資源豐饒且尚未開墾的凈土。
早在2020年3月，工信部發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》中就提出了適時(shí)發(fā)布部分5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃，結(jié)合國家頻率規(guī)劃進(jìn)度安排，組織開展毫米波設(shè)備和性能測試，為5G毫米波技術(shù)商用做好儲(chǔ)備。隨后，2021年4月30日，工信部網(wǎng)站發(fā)布了“公開征求對《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》的意見”，明確提出加強(qiáng)5G頻率資源保障，其中亮點(diǎn)之一是探索新的頻率供應(yīng)制度，一方面是5G毫米波頻率制度的探索，另一方面是5G供應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)專用頻率探索。
然而，功過參半，毫米波雖然是5G時(shí)代的珍貴資源，但其自身也同樣存在缺點(diǎn)，致使其發(fā)展速度并未如預(yù)想中氣貫長虹。其中，覆蓋差則是毫米波的致命弱點(diǎn)——由于毫米波頻率高，波長短，自由空間傳播損耗、穿透損耗和繞射損耗大，且繞射能力差，導(dǎo)致單小區(qū)覆蓋范圍很小。實(shí)測顯示，即使終端處于視距（LoS）環(huán)境，毫米波小區(qū)的覆蓋范圍不過100米左右，幾乎與Wi-Fi覆蓋范圍差不多。
此外，毫米波的基站單價(jià)、建設(shè)及運(yùn)營成本相較Sub-6GHz而言高出很多，而面對毫米波本就需要建設(shè)更多基站的窘境，高成本無疑進(jìn)一步為其產(chǎn)業(yè)落地增高了門檻。
盡管如此，毫米波在5G時(shí)代的優(yōu)勢仍舊吸引了產(chǎn)業(yè)鏈上下的高度關(guān)注，其早日落地商用的呼聲一浪高過一浪。
