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是的,其实很多人还没见过5G的完全形态

2023-07-07 13:12
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2023-07-07 13:12 周雅

作者|周雅

一转眼,5G商用已经过去四个年头。但是无论在全球,还是在国内,伴随着5G的发展,关于5G的争论也未曾停止,甚至出现两种截然不同的状态:

一边是“积极派”,运营商、通信厂商、科技企业都在加速推进5G落地,普遍认为5G是数字化转型的利器,是数字经济高质量发展的引擎。数据也可以作证,工信部公布,截至今年4月底,5G应用已融入97个国民经济大类中的60个,应用案例数超5万个。基础电信行业累计投资近6000亿元建设5G网络,直接带动经济总产出约3.8万亿元,间接带动总产出约9.4万亿元,有力促进了数字经济发展。从数字上看,5G无疑值得乐观。

但是另一边的“消极派”也持有说辞,比如一些消费者未能感觉到5G的改变,觉得它只是个似乎“更快的4G”而已,并不能凸显出其革命性,自然也很难说百分之百满足所有场景的需求。

不过在意大利南部,一个距今2000多年的历史名城庞贝,发生了一个古老与现代交相辉映的故事,似乎可让“消极派”扭转一下看法。

庞贝是人类最宝贵的古罗马遗产之一,到处弥漫着欧洲古典文化与骇人灾难的气息,古老且神秘,持续吸引着艺术家的目光。于是大概在五十年前,英国著名摇滚乐队Pink Floyd在庞贝,开了一场演唱会,由于现场效果太好,演唱会后来被制成纪录片,金属感的音符,混合着遗迹、荒草、火山灰在厚重的古城上空响起,造就了摇滚迷们心中经典。但遗憾的是,那是一场没有观众的演出。

遗憾难被弥补,但经典可以复现。就在前阵子,那场演唱会神奇般地在庞贝重现,不过不同的是,这次观众只需要一部手机,无论是在或不在现场都能观看,当大家把摄像头对准台上,斑驳的古城建筑元素就呈现在屏幕上,气氛就这么被烘托起来了——这就是高通、意大利电信(TIM)和手机厂商共同搭建的5G应用案例,因为有5G毫米波的加持,观众甚至不用戴任何AR设备,只凭口袋里的手机就能“穿越”到现场。

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5G为什么和“我”想的不一样

新旧交替的舞台,虚实结合的体验,这在以前是无法做到的,但5G毫米波却能创造奇迹。高通通信业务拓展副总裁Philippe Poggianti在MWC上海(2023上海世界移动通信大会)说:“假设5G是一个超级英雄,毫米波就是它的超能力之一。”但也正是这项超能力略有点犹抱琵琶半遮面,才让起码一部分人对5G并无特别的感受。

我们都知道,5G标准虽然是全球统一,但是频段却有两种:一种叫FR1频段,频率范围是6GHz以下,所以也称Sub-6GHz频段;另一种叫FR2频段,频率范围是24GHz以上,又称毫米波频段。目前包括国内等很多地区,只商用了Sub-6 GHz频段的5G,没有商用毫米波频段的5G。所以,某种程度上来说,5G的全部潜力,还没有得到彻底发挥。

GSMA在一次接受科技行者采访中多次强调:“我们需要对5G有耐心。”言下之意是,5G还没有展现出它的全貌。而从频率的实际使用情况来看,其实我们还只是在用“半个5G”。

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5G频段范围对比(来源/科技行者)

业界则普遍认为,5G价值最大化之处,其实就在于完全充分利用这两个频段。中国联通研究院副院长魏进武在MWC上海期间指出,如果说5G的上半场,是基于Sub-6GHz来建成一个5G独立组网(SA),让它能够健康运行的话;5G的下半场,要考虑的是5G和垂直行业的融合应用,让社会的各行各业能感受到的阶段。在这一阶段,毫米波是5G向微场景、微单元、微分支覆盖的一项很重要的技术。

中国移动研究院无线与终端技术研究所副所长胡南也认为,“毫米波与Sub-6GHz是互为补充的关系,两者在一些热点地区,可以一起把5G的潜能发挥到极致。”此外,中国电信研究院移动与终端技术研究所所长王庆扬同样表示,毫米波对5G的将来发展可以提供一个良好补充。

为什么是毫米波,为什么它很难

在解答这个疑虑之前,我们要简单说下背后原理:无线通信技术的本质,是利用电磁波传输信息,由于更高的频率→更大的带宽→更快的速度,所以随着1G-4G发展,由于网速越来越快,所以使用的频率也越来越高。

但电磁波的频率资源是有限的,为了避免相互干扰,不同的频率资源对应了不同的实际应用场景。而到了5G时代,Sub-6GHz的频率早已捉襟见肘(中低频率很大部分已分配给无线电导航、雷达、卫星、医疗、GPS等应用),因此要想追求更高速率,就要开拓更高的「频谱」,比如毫米波。

毫米波波长在 1-10 毫米之间,通常对应30GHz-300GHz的频谱,先天条件好。首先由于频率高,毫米波能够很大程度提高传输速率,达到 5Gbps、10Gbps 甚至更高;此外,由于天线长度与波长成正比,毫米波更短的波长也让天线变得更短,因此毫米波设备的体积可以进一步缩小,有利于让商用终端设计拥有更大操作空间;另外,频率越高、波长越短,传播距离就越近,所以时延就越低,可以适应高要求场景。

硬币的另一面,使用毫米波同样存在挑战,核心就是穿透能力弱、覆盖距离短,这就导致毫米波的信号容易被建筑、树木、人体甚至是雨滴所阻挡。所以一直以来,业界始终在尝试各种手段,破解毫米波在传输和覆盖方面的短板,比如小基站、大规模MIMO、波束成形等技术(这部分技术攻坚不是本文讲述重点,因此不做过多解释)。

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不过对于发明家来说,每一个技术难点,都是他们灵感的兑现。

如果我们顺藤摸瓜的回顾5G发展史,就会发现,似乎毫米波的每个技术攻坚里程碑都少不了一家公司的身影,这家公司实现了毫米波的多个“里程碑”,它就是高通。比如今年在巴塞罗那举行MWC2023期间,“西班牙首个”商用5G毫米波网络在场馆里实现,在场馆中150米范围内覆盖毫米波技术,整整4天网络连接良好,这是由高通、西班牙电信(Telefonica)、爱立信共同搭建。

还有“首个由毫米波支撑的大型赛事”。2021年2月份,在有着美国春晚之称的“超级碗”上,高通和Verizon在雷蒙德·詹姆斯体育场大规模部署了5G毫米波网络,部分场景的峰值下载速度达到了3Gbps,这是4G LTE峰值下载速度的20倍,甚至在高峰时期,毫米波连接上行速度依然比4G LTE快50%以上,这也是Sub-6GHz无法比拟的容量和速率峰值。这是首个大量消耗5G毫米波上行带宽的重要赛事,是利用该技术转播大型赛事的成功案例。

还有在去年9月,高通与中兴通讯实现了“全球传输速度最快的5G毫米波独立组网互操作性测试连接”,并在两个场景下取得了突破性成果:测试实现了接近7Gbps的下行峰值下载速率,以及2.1Gbps的上行峰值速率,这使运营商能够更加灵活地为个人和商业用户提供数千兆比特速度、超低时延的无线光纤宽带接入。

或许,正是因为毫米波的天然优势,加上高通等产业各方不遗余力地推动毫米波发展,因此毫米波的发展之路也越走越宽。GSMA移动智库经济分析负责人Pau Castells在MWC上海谈道,目前全球已分配毫米波频谱的市场数量正在持续增长。

Pau Castells分享了全球两组市场数据,从部署情况来看,截至2023年第一季度末,目前有来自12个国家/地区的22家运营商已在毫米波频段推出5G服务,预计到2023年,将有15个国家/地区分配毫米波频谱频率,目前亚太地区处于领先地位(有9个毫米波频谱分配),其次是欧洲(有7个);从终端设备来看,所有主要的网络设备供应商都提供毫米波解决方案,且Sub-6GHz和毫米波解决方案之间的成本差距正稳步缩小。

更重要的是,Pau Castells认为“毫米波极具成本效益”。根据GSMA《5G毫米波经济性分析》 (截至2025年期总体拥有成本评估),其中评估了六种不同场景下部署5G毫米波解决方案的成本效益,包括密集市区、FWA 和室内部署。

下一步我们不再谈When

具备更高的速率、更大的带宽、更低的时延,因此在一些特定的高要求场景里,毫米波其实已经是必选项。Philippe Poggianti也特别总结了毫米波适用的典型场景。

其中包括:固定无线接入(城市、郊区、农村),比如印度有1亿家庭会使用固定无线接入,这有利于打破数字鸿沟;室内外场馆(体育场、购物商场、熙熙攘攘的街道、音乐厅);交通枢纽(火车站、地铁站、机场)企业室内部署(办公室、园区等)工业互联网(工厂、仓库、物流中心),从而变革工业4.0。

“欧洲目前有很多的案例测试,都是在5G毫米波场景下完成。”Philippe Poggianti举例说道,在英国,农场要想知道土壤是否水量充足,是否已经施肥,是否有虫害,都可以用无人机进行监测和录像,基于毫米波技术,在8K高清视频下,农场环境状况得以实时呈现出来;在法国,可以用毫米波来做火车运行的维护,比如用AR眼镜检票等。他指出:“5G毫米波在全球有一个成熟的生态系统,并逐步商业化。”

“毫米波在定位上,并不是网络的毫米波,而是应用场景的毫米波。”魏进武强调,“从技术、设备、终端方面的产业链准备情况来讲,毫米波目前是基本成熟的,更重要的问题在于挖掘基于大带宽、高速率、高精度定位这三种特性之下必要且充分的应用场景。”

在他看来,毫米波有三个非常适合的场景:第一是大场馆、大区域、大集会等场景,在这些场景下,如果每一个观众都是一个向外直播者,那么毫米波就是一个很有效的支撑技术,外界能够无缝的体验到会场的所见所闻。

第二是工业制造的厂房,一方面需要实时传输高精度数据,另一方面需要实时控制机械臂,这两个应用需求分别适合毫米波来加持5G的高速率,RedCap来加持5G的广连接、低时延、高可靠。设想一下,将来在工厂里,就可以变成一块是5G毫米波的场景,另一块是5G RedCap场景,足够满足工厂的柔性生产。

第三是ToC场景下的XR,但是XR要想规模化发展,一定是建立在裸眼技术的发展之上,所以这是一个任重道远的场景。

胡南则表示,毫米波不是一个“if”的技术,而是一个“when”的技术:“我想或早或晚,毫米波肯定会在中国得到相应的使用。”

Pau Castells认为,毫米波是下一个5G投资蓝海的趋势非常明显。目前毫米波还只是5G用例的一小部分,拥有5G毫米波频谱并已推出服务的运营商占比仅有20%,支持毫米波频段的商用5G终端占比仅有10%。

而可以预见的是,每当这个20%和10%的比例,每次向上跳动一个数字,5G的“消极派”比例,就会下降一次比重。

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周雅

Miranda
关注科技创新、技术投资。以文会友,左手硬核科技,右手浪漫主义。
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