5G毫米波部署存在哪些挑战?

今日，由GSMA主办，信通传媒通信世界全媒体承办，高通公司作为技术合作伙伴的 “5G毫米波产业高峰论坛”在京举行。来自运营商、产业链上下游企业的专家学者齐聚一堂，共论5G毫米波的产业生态，为行业下一步发展探明方向。

高通公司中国区研发负责人徐晧博士出席此次论坛，并做了题为《5G毫米波创造全新机遇》的演讲，对于毫米波技术的多项优势，应用的新场景以及目前部署上存在的技术挑战等发表看法。

毫米波三大技术优势

目前，全球的5G商用部署正在不断拓展。业界普遍认为，5G毫米波的应用将开启5G发展的新阶段，有望释放出5G的全部潜能。

在徐晧看来，实现毫米波的移动化意味着移动宽带实现新的突破。和6GHz以下频段相比，毫米波在大带宽、低时延和大容量等方面具有明显的优势。

据徐晧介绍，在带宽上，6GHz以下频段在很多国家的带宽非常有限，而毫米波频段拥有从24GHz到100GHz范围内的非常大的带宽，这意味着不用很复杂的通信技术就能够实现速率的提高，这为毫米波应用带来巨大优势。

在时延方面，毫米波技术支持减少子帧的时长，可以在很短的时间内就能把信息传输出去，能够显著降低通信时延。

在容量方面，毫米波技术可以满足多用户同时接入时满足每个用户的速率需求。这在如体育场、演唱会、会议中心等具有大并发上下行速率的场景下能够提供很好的支持。

徐晧指出，无论是理论值还是实测数据，毫米波的通信速率都比当前6GHz以下频段的速率高很多。基于Ookla旗下Speedtest应用实测数据的分析结果，毫米波的峰值下载速度可达到2Gbps以上，这意味着大部分电影的下载可以在1秒内完成。对大众使用场景更具价值的平均速率上，毫米波的平均下载速度可达到900Mbps，是6GHz以下频段速度的4倍。去年，中国实现了6GHz以下频段的5G商用。基于Ookla的测试，在美国6GHz以下频段5G能够达到225 Mbps的平均下载速度，但是毫米波能够将这一数值提升4倍。

积极应对毫米波移动化挑战

在徐晧看来，毫米波并不是新鲜事物，但最初学界和产业界对于毫米波的认知聚焦在定点传输。如今毫米波成为移动通信技术，也由此带来一些认知上的误区以及挑战，同时，产学界也在积极探索，应对毫米波移动化所带来的挑战。

总结起来，对于毫米波的认知误区以及挑战主要存在四个方面：

一是“毫米波覆盖范围有限且成本昂贵”。徐晧认为，这一问题可以通过两方面措施解决，第一，将6GHz以下和毫米波结合起来，利用6GHz以下的低频段做全国范围的5G覆盖，而在需要大容量高速率的场景中使用毫米波实现非常好的热点覆盖。第二，在重点应用场景中部署毫米波网络，例如奥林匹克场馆、音乐厅、商场、交通枢纽等，不仅成本相对低很多，而且能达到比较好的覆盖效果。

二是“毫米波只支持视距传输”。实际上，为了让毫米波支持非视距传输，一个比较好的技术手段是波束成形，将大量天线的能量都集中到某个方向，从而使信号向特定的方向增强。由于天线的大小跟频率成反比，频率越高天线越小，所以毫米波天线可以做得非常小，在同一面积下容纳更多的天线单元，并通过波束成形等技术支持非视距传播。

三是“毫米波只用于固定的用例”。徐晧表示，近年来，通过高通在内的产业界共同努力，现在已经可以把毫米波用到移动通信领域，甚至可以稳健地支持搭载在无人机上的移动通信。为了测试5G毫米波连接的稳定性和移动性，高通曾做过一个演示，将一款搭载骁龙X50 5G芯片的移动测试终端固定在无人机上，遥控无人机在公司园区内穿梭飞行，测试结果显示：毫米波能够支持终端高速移动和身处高处时的稳健连接。

四是“毫米波移动化要求终端外形尺寸较大”。徐晧表示，现有技术已经可以把毫米波的元器件做得非常小，在商用量产之后，毫米波元器件的价格将会更低。目前高通面向毫米波打造了一个突破性的骁龙5G调制解调器及射频系统，再加上天线，将三者组合在一起，可以做到更优节电、并节省空间。做了这些优化之后，可以将手机的能耗成本、芯片面积和射频前端的面积做到最小。

毫米波扩展应用新场景

实际上，毫米波典型应用场景很多，概括起来主要分为几类：企业室内部署、室内室外场馆、交通枢纽、行业应用（工业互联网）等。

在毫米波应用新场景方面，徐晧举了两个用例具体说明。

第一个案例是“5G NR毫米波面向地铁站部署”。目前针对该场景主要有两种解决方案：一种是Wi-Fi，目前很多地铁站都部署了Wi-Fi，人们可以通过Wi-Fi实现网络连接；另一种是将5G NR毫米波天线与现有Wi-Fi接入点共址，将Wi-Fi基站变成毫米波基站。

徐晧表示，通过将5G毫米波天线与现有Wi-Fi接入点共址，能够在28GHz频段实现显著覆盖：下行链路覆盖率约为96%，上行链路覆盖率约为97%。共址后还能实现数千兆速率用户体验，下行链路中值突发速率约4.6Gbps。

“以上数据是我们利用现有4G或者Wi-Fi等通信手段都无法实现的。如果我们在地铁站等人流非常多的场景下部署毫米波，用户体验将会得到非常大的提升。”徐晧说。

第二个案例是“5G NR毫米波面向会议中心的部署”。相似的场景还包括体育赛事、文艺演出等人流密集且对网络吞吐量需求非常大的场景。在这样的场景下，通过在一个会议中心内安放了五个毫米波接入点（AP），在将5G毫米波天线与现有Wi-Fi接入点共址后，能够在28GHz频段实现显著覆盖的同时实现数千兆速率的用户体验，下行链路中值突发速率能达到约1.5 Gbps。

“这意味着1.5GB大小的视频仅用1秒钟就能够完成下载，而且1.5Gbps还只是中值突发速率，峰值速率还能达到更高。”徐晧说。

Rel-16引入众多增强特性

目前，5G的第一个版本即Rel-15已经实现商用，5G的第二个版本即Rel-16也已经完成。据徐晧介绍，在Rel-16中，加入了很多支持毫米波的5G NR增强特性。

在Rel-16中，一项比较重要的支持毫米波的5G NR增强特性是集成接入及回传。毫米波部署有两种方式：一种是通过光纤将毫米波的基站跟核心网连接起来，另一种是利用多跳功能进行连接。通常说毫米波部署需要很多小基站，比如在某个需要网络覆盖的地方部署一个小基站，而在部署小基站时，并不能将光纤铺到所有的地方，所以更成本高效的方法是先铺一个小基站，再跳跃到另外一个小基站，然后再到下一个小基站进行跳跃。在跳跃至其它小基站或者与核心网连接的时候，也可以使用毫米波来支持。毫米波不仅能够支持回传（与小基站之间的连接），同时也可以支持接入（与手机的连接），也就是支持集成接入及回传，这就为毫米波小基站的应用提供了更多可能性。

第二个比较重要的增强特性是增强型波束管理。波束管理是支持毫米波应用的重要技术，通过全波束优化和多天线面板波束支持以改善时延、鲁棒性和性能，

徐晧表示，在5G商用之初，外界出现过对毫米波是否比较耗电的质疑，在Rel-16中，也增强了节电特性，这不仅针对毫米波，同时也针对6GHz以下——在无数据传输或数据传送量较少的时候，用户的手机可以随时进入半休眠状况；同时用户的手机也具备了唤醒信号功能，即利用非常简短的信号将用户的手机在睡眠或半睡眠状态中唤醒。

此外，Rel-16中还包括双连接优化、定位等增强特性，Rl-17及未来版本项目中还将推出更多针对之前几个版本的增强特性。

徐晧最后表示，目前高通在中国和合作伙伴一起积极推动毫米波的测试验证。2019年10月，高通和中兴实现了中国首个基于智能手机的5G毫米波互操作性测试。今年9月份，高通公司在信通院MTNet实验室率先完成了基于3GPP Rel-16 MIMO OTA测试方法的毫米波性能测试，采用的是今年7月初冻结的5G第二个版本Rel-16的测试方法；此外，高通公司也是首家参与并通过全部10项26GHz 5G毫米波射频测试的芯片厂商。高通非常高兴能够与中国的合作伙伴共同推动5G在国内的研发、应用和商用。
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