欧美日韩争相占坑的毫米波,真能喜提5G “海景房”吗?
前沿 欧美日韩争相占坑的毫米波,真能喜提5G “海景房”吗? 前沿 | 2019-03-15 09:15 欧美日韩争相占坑的毫米波,真能喜提5G “海景房”吗? 脑极体

5G的黄金时代已经来临,要解决毫米波的技术迷思很容易,但要走出“唯美帝是瞻”的时代阴影反而很难。

5G要发展,频谱需先行,想必已经是业界共识了。


相信绝大多数关注5G进展的人,一定无法忽视一个名词,那就是“毫米波”。


作为5G通讯频率最具想象空间的频段,“毫米波”迅速火遍全球。给大家梳理一下各国关于“毫米波”的最新动向:


得益于“课代表”特朗普的勤奋催促,去年11月,美国率先释放并完成了三个高频频谱的拍卖工作,并宣布集中重点发展28GHz毫米波。AT&T、Verizon、Sprint、T-Mobile等运营商也开始大力购买高频频谱;


韩英德等国也相继完成了高频频段的频谱拍卖,日本也将于今年3月分配和美韩波段一样的高频段毫米波频谱。


而中国则在去年确定了高中低频段联合组网的设计方案,并完成中频段频谱的划拨,关于毫米波优先研究的规划意见也已经启动。


不难发现,大家对5G的期许都离不开“毫米波”的部署,英美等国更是纷纷对高频段给出了“跳楼优惠价”(低频谱价格要贵48%左右),试图吸引更多人投身高频段研发的星辰大海。


更有无数评论者用地产理论来形容“毫米波”的重要性,发出“毫米波就是5G黄金地段”的高呼。


如此强劲的势头之下,大家很容易产生一种在看“巅峰豪宅”“臻品稀缺”式楼盘广告的错觉:毫米波,5G的价值洼地,再不出手就晚了!事实果真如此吗?


我们不妨用一篇文章剥开毫米波神秘的外衣,看看这朵5G频谱的“高岭之花”,究竟是虚火还是金矿?


什么是毫米波?


我们先来了解一下,集宠爱于一身的毫米波,究竟有何神奇之处?


毫米波(millimeter wave),指的是波长从10毫米至1毫米、频率从30GHz-300GHz的电磁波,利用毫米波作为传输信息的载体进行通讯的研究,其实早在1889年就提出了。


不过,直到1970年代,由于毫米波集成电路和毫米波固体器件实现了成功量产,才使得毫米波通讯开始蓬勃发展。


但受限于高频段电磁波的独特特性,当时“毫米波”的应用范围主要集中在雷达、制导、遥感、辐射测量等军事领域。


到了1990年代,互联网、无线电通信、汽车雷达等业务量的爆发式增长,才推动了毫米波民用技术应运而生。


而随着4G移动通讯的快速发展,低频段也日趋饱和,中国、韩国已经面临着没有低频频谱可以分配给5G网络的“断粮”危机了。


既然成熟的“市中心”已经没有土地再盖新楼了,未来庞大的新增网络人口和海量物联设备应该去何处寻找归宿?答案自然就是建设“新城区”。


那么,为什么不少国家不先借中频段过渡一下,直接就将发展重心锚定了高频段呢?恐怕要从“毫米波”的独特优势说起。


“毫米波”并不是一件新鲜事,之所以能够让人趋之若鹜,关键还在于其作为一种带宽范围极大的增量频谱资源,能够直接缓解5G发展中频谱不足的问题。


比起费力提高4G网络的传输效率,直接去“地广人稀”的高频段建设“新家园”,显然要简单粗暴也有效得多了。


更何况,毫米波还有其不可取代的优势。一是由于频段极高,波束又比较窄,毫米波遇到的干扰源就少很多,从而大大降低了信息被截获的风险,使得无线通讯更加稳定可靠,保密性极强;


另一个突出特点,则是良好的方向性和穿透力,可以直接与目标进行点对点传输,对沙尘、烟雾等天气的穿透能力也强得多,能够全天候持续可靠地进行工作,对于深受雾霾困扰的北方人民来说,算是悲伤中的一点希望了吧。


而且,毫米波通讯的元器件也更容易小型化,未来部署在更轻薄的5G手机或智能物联网等设备上,显然更受青睐。


说了这么多,毫米波“5G价值洼地”的尊贵身份似乎已经坐实,外界也仿佛形成了一个印象,此刻不搞毫米波,就像回到08年却不买房一样,傻就一个字,我只说一次?


那么问题来了,毫米波在5G商业化上的真实进展到底如何呢?


毫米波民用发展史


在探讨毫米波的商业化潜力之前,不妨先顺着时间线捋一捋,毫米波在民用端究竟经历了什么?


前面我们提到,毫米波在1960年代就被应用于通讯工作,但在很长一段历史时期内,都跟普通人没什么关系,关于它的民间开发一直处于蛮荒地带。直到1990年代,美国出现了77 GHz的汽车防撞雷达,这才开启了毫米波在民用端的落地之旅。


简单来说,毫米波的民用化一共经历了三个阶段:


阶段一:在频谱开放的边缘试探。美国率先尝试推进毫米波的民用。1995年,美国联邦通信委员会开放了59至64 GHz的频谱;2003年,FCC授权使用71-76 GHz和81-86 GHz进行许可的点对点通信。至此,毫米波相关的大量通讯设备和服务开始涌现。


阶段二:最受欢迎的精密传感器。集成电路的发展为毫米波产品的大规模商用创造了条件,很快,采用毫米波作为传感器的芯片雷达,吸引了众多厂商投入研究,并随着工业化的浪潮成为大多数汽车的标配。


至此,毫米波的商业价值开始真正显现出来,2014年,毫米波车载雷达的出货量达到了1900万颗,也因此成就了奥托立夫、博世、大陆、德尔福、海拉、富士通等一系列国际半导体公司。


在中国,东南大学、中科院等军方院校打造的安防雷达、船舶雷达等,也逐渐走入大众视野。


阶段三:5G与智能。而无人驾驶和5G的火爆,毫米波作为自动驾驶汽车和海量物联网的“眼睛”,又一次引爆了人们的美好想象,各种基于新技术条件和硬件基础的解决方案开始涌现。


2015-2016年,毫米波雷达迎来了融资高潮,大批科研或军工背景的团队开始关注民用,厦门意行等企业纷纷开始毫米波雷达前端射频芯片(MMIC)的研发。


网络部署层面,英特尔和高通都分别在2018年提出了面对5G的毫米波相控阵设计方案,华为也完成了毫米波接入回传一体化(IAB,Integrated Access & Backhaul)技术的外场测试,以期提高毫米波频谱在5G应用上的稳定性和吞吐率。


至此,我们可以大概总结出毫米波在民用通讯上的真实现状:想象空间和市场潜力巨大,但5G大规模应用还停留在实验和设想层面,实际应用中还有许多技术难题有待攻克。

 

先天不足:毫米波还有哪些问题?


目前来看,毫米波的确有足够的条件引发国家战略级别的无限想象,但诸多美好的愿景背后,毫米波作为高频谱的“先天不足”也反噬着它在5G时代的商业价值。


简单来说,在实际应用中, 毫米波不可避免地存在三大天然缺陷:


1.传输损耗。


毫米波在恶劣的气候条件和障碍物环境中衰减严重,往往只能覆盖很小的距离(<100米)。


我们知道,5G应用的三大场景:eMBB移动超宽带,uRLLC超可靠低延迟,mMTC海量物联网,对于通讯网络的效率、质量、范围有着苛刻而极致的要求。


比如低延迟的车联网,需要千米级别的远距离覆盖才能保证信号的稳定性,众多移动物联网终端也需要稳定清晰的通信来保证用户体验。


然而毫米波却十分娇气,天气不好、降雨太大、需要穿墙、遇到反射,都会让它的信号大幅度衰减,就连穿过空气都会出现“氧衰”。


试想一下,在高楼林立的CBD,你的车载导航、手机、智能手表等通通没有信号,或者每走几米就要切换基站,会是多么灾难的体验。


2.基站噪音。


既然毫米波在传播过程中会遇到穿透损耗和大气衰减,那我们将毫米波基站部署在地广人稀的农村,高高挂在电线杆上;亦或是在人流量密集的场所进行高密度部署,靠数量碾压可不可行呢?


如果不考虑成本问题,这样做是可以弥补通信能力的不足,但是多基站导致的高频噪音问题,运营商也没有办法售后哦,这边建议您直接搬家呢~


3.高昂成本。


前面提到的“不计成本”,是在纸上谈兵层面,但真正到产业端,毫米波基站的部署意味着全面焕新,终端芯片和天线也需要重新研发,且不提其中的技术门槛和研发周期,仅仅是部署这么多基础设施,就需要运营商投入大量的建设成本。


这些成本分散到消费端,显然是普通民众的不可承受之重;让企业或国家买单显然也不符合经济规律。


正是因此,中国移动、联通等都将毫米波的商用计划推迟到了2022年左右。


总而言之,毫米波之于5G的重要性不言而喻,各国也都将其置于优先研究的地位,但种种先天不足,决定了它在现阶段难以大展拳脚。


既然如此,为什么其他国家纷纷迫不及待地安排上了?


毫米波热的幕后推手


从产业基本面来看,毫米波的火热,确实有着现实的根基。比如说5G产业需求的爆发,纳米级晶体管技术的成熟,大规模工业化的可能以及较低的许可证价格,这些都成为毫米波商业化落地的基石。


但通信能力如何补全,基站问题怎么解决,投入产出如何权衡,终端体验能否保障……毫米波想要成功可以说把整个行业折腾个半死也不为过。


因此,相比于形而上的商业前景,我们更想了解的是,到底是怎样的考量,让不少国家冒着技术不成熟、前期大投入的风险,也要催熟毫米波?


或许可以从三个方面来解释这场“技术期货”的爆火:


从国家战略角度,抢占高频谱以重获主导权。


在5G部署上,英美等国家在频谱规划上的号召力和产业主导优势正在被新的形势所稀释,以国际电信联盟(ITU)为主导,协商一致、分工合作成为了更主流的选择。


因此,抢占高频频谱,率先推出相关标准和协议,也就成为该国家保持通讯领先地位和国际话语权的必然选择。


美国FCC连发三个5G高频段频谱规划文件,并抢先开放了高频频谱,英国电信监管机构Ofcom也宣布了类似计划,不难看出推进5G的紧迫感。


而从运营商的角度,使用高频段部署5G网络,固然会带来不小的成本和部署压力,但也能因此获得更好的竞争身位。


美国运营商Sprint就将所持的高频段频谱兜售给了AT&T和Verizon等,对于这些希望推出5G无线服务的运营商来说,获得大量频谱资源能使他们更好地与有线电视公司的高速互联网服务竞争。


当然,也有一部分运营商保持着冷静围观的态度,比如泰国AIS就公开表示,拍卖“亦不符合现阶段公司的最佳利益”,不会参与高频谱拍卖。


总而言之,毫米波所代表的高频段频谱,其现实中的表现与伴随着拍卖活动的大肆炒作,形成了鲜明对比。


某种程度上来说,高频谱资源确实可以帮助企业获取更多潜在用户,但其价值和期待似乎更多体现在营销上的“锦上添花”。


要知道,最终决定用户选择的,还有体验、资费等其他因素,想靠频谱划分来抢占产业格局,似乎有些天真了。


5G下一步


继手机厂商的期货模式之后,我们又一次在5G身上感受到了“技术期货”的神奇:先制造一场饥饿营销,然后等待时间将泡沫锻造成铁做的。


不过,建立一套完备的高频通信系统并非一朝一夕的事,需要全球政府、运营商、通信厂商协同推进,任何一环掉链子,都有可能让这个价值无限的“海景房”变成烂尾。


虽然大家对毫米波的看法各有不同,但对高频谱部署的普遍共识是——研究符合现状备选频谱规划的频率安排,更有利于产业发展。


因此,我们不妨来发散一下脑洞,从毫米波这个横截面,窥视一下5G的下一步:


首先,高频通信的相关技术大多处于发展之中,现阶段建立完善的6GHZ以上高频通信系统还为时尚早,LTE-U和载波聚合等将会是短期内扩充频谱资源的关键性技术;


另外,制定国际统一标准和频谱分配,成为需要早日解决的紧迫问题中国运营商坚持高中低频段结合,而日本则是低频率5G网络,美韩又不相同,显然不利于全球智能物联网的建设,以及移动通信的互联互通。


更重要的是,与其将希望寄托在毫米波这块频率资源“无穷无尽”的新大陆,对传播性能更好的低频频谱进行精耕细作,提高频谱使用效率,或许能更快支撑住应用端的需求。


比如目前国内支持的800MHz和900MHz部分频段升级到LTE系统,并引入NB-IoT等4G演进技术,就能够及时与5G网络进行衔接。


总而言之,5G的黄金时代已经来临,要解决毫米波的技术迷思很容易,但要走出“唯美帝是瞻”的时代阴影反而很难。


认知技术和认知自身,恐怕才是5G时代的真正难题,也是毫米波热所带来的最大启示。但话说回来,走到现在这一步,很值得我们骄傲了不是嘛?

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