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任正非:5G频率范围的判断上,华为押的是厘米波,美国押的是毫米波

编辑:品博 浏览:162次 2020-01-06 09:27:28 | 来源:网易科技

2019年12月27日,华为心声社区发布任正非接受《华尔街日报》采访表示,美国在5G上有判断失误的问题。不是美国真正输给华为,而是选择时押错宝了,华为押的是厘米波,美国押的是毫米波。

根据3GPP R15版本的定义,5G NR(5G空口,即终端和基站之间通信的接口)包括了两大频谱范围(Frequency Range,FR)。FR1的频率范围是450MHz到6GHz,也被称为Sub-6G。FR2的频率范围是24GHz到52GHz,这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的,因此也叫毫米波mm Wave。

在5G的建设中,中国和世界上大部分国家5G网络的建设基本选择在FR1频段进行,相比于FR2,其优点是频率低,绕射能力强,覆盖效果好,是当前5G的主用频谱。其中低于3GHz的部分,包括了现网在用的2G、3G、4G的频谱,在建网初期可以利用旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。

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中国在Sub-6G频段建设5G网络,美国选择在mm Wave频段建设5G网络

但是,美国在5G的部署上,选择了FR2频段作为切入点,却给自己带来了困境。从技术角度来讲,毫米波频段通信受限于高频器件,支持毫米波的集成电路投入成本更高。FR2所在的频段高,可以划分出更多的频谱资源,超大带宽、频谱干净、干扰小。但是频率越高覆盖范围越小,需要更多的基站进行部署,成本大幅升高。

“押宝”毫米波,美国面临被孤立的困境

毫米波技术的研究历史已经超过百年,可以追溯到19世纪末。但长时间以来,毫米波主要应用于军事、射电天文等领域。近年来,随着5G的发展,毫米波成为5G的核心技术之一。5G网络的低频段(Sub-6)支持n×1Gbit/s的高速通信,而毫米波频谱支持n×10Gbit/s的高速通信。

美国选择毫米波作为5G网络建设的切入点,一方面原因是,美国开发毫米波有它的技术优势,美国联邦通信委员会(FCC)早在2015年就已经规划了28GHz、37GHz、39GHz和64~71GHz四个频段为美国5G毫米波推荐频段。去年2月,高通发布的骁龙X55,支持26GHz、28GHz、39GHz三个毫米波段,以及TDD/FDD双模式的5G NR 6GHz以下频段。

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几乎所有无线电频谱已经划分为军用和民用,其中一些重要的频段被专门用于电视和无线电广播,以及各种导航和卫星。所以,美国选择开发毫米波5G技术的另一个原因是,当前中国力推的Sub-6G频段,在美国已被军事和卫星占用,短时间内无法快速将Sub-6G频段腾出来给5G网络使用。

《财富》杂志在今年10月份的报道就指出,美国AT&T、Verizon和T-Mobile等供应商开始向特定的市场消费者供应5G网络,但是这些网络于采用高频频谱的基站。从技术上讲,高频频谱提供了最快的上网速度,但是覆盖的区域有限,在中国及世界上其他大部分地区,5G发展主要集中在中低频,因为频谱较低的基站可以覆盖更广的范围。

IHS  Markit分析师Stephane Teral表示,目前,美国市场要求一个频率,而世界上其他地方要求另一个通用频率,这让美国面临孤立局面。

深感中国中频5G网络威胁 美国欲打算转战Sub-6G

美国国防创新委员会去年在谷歌公司的帮助下,对美国5G网络使用的mm Wave配置标准和中国5G网络使用的sub-6配置标准进行了现场对此测试。

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谷歌的测试结果,在加州洛杉矶的平坦地区,同一高度的基站,28GHz(左)与3.4GHz(右)部署方式的信号传播差异,蓝色代表100Mb/s,红色代表1Gb/s

结果显示,(在某一选定的区域内)mm Wave只能给不到4%的用户提供每秒千兆的网速,而sub-6G可为约21%的用户提供每秒千兆网速。在提供百兆网速方面,mm Wave只能覆盖不到12%的用户,sub-6G的覆盖率可以达57%。初步研究甚至没有考虑人体和车辆可能阻断mm Wave信号,这将进一步降低网络有效性。

5G世界由中国公司主导的前景,令美国军方不安。美国国防创新委员会报告称,部署在海外的美国军队可能会发现自己通过5G网络发送信号,而整个5G网络都嵌入了中国设备,这将对国防部的行动和网络安全构成了严重威胁。

面对可能成为广域网全球标准的中国sub-6G通信方式,美国五角大楼顾问委员会建议美国政府把重心从mm Wave移开,要求美国国防部在4GHz频段共享其500MHz频谱资源。

特朗普力推释放更多频谱,低、中、高频频谱资源统筹规划

在过去的几个月,美国联邦通信委员会推出了一系列的频谱拍卖活动,因为它急于兑现特朗普关于在美国全境建立超高速互联网承诺。去年2月,特朗普曾在推特上呼吁,希望美国尽可能快的发展5G,甚至6G技术。

推动5G建设,释放频谱资源是关键。同样在去年4月,特朗普在白宫发表演讲时表示,美国将释放更多的无线频谱并简化通信设施建设许可,以在5G领域获得领导地位。

2018年9月,美国联邦通信委员会就宣布了《5G快速计划》(5G Fast Plan)。文件内容指出,在高频段,美国联邦通信委员会将对24GHz、28GHz、37GHz、39GHz、47GHz的频段进行拍卖,并将努力释放26GHz与42GHz频谱资源。

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美国联邦通信委员会《5G快速计划》

而在中频段,该委员会正考虑将2.5GHz、3.5GHz和3.7~4.2GHz的频谱资源释放,提供844MHz带宽用以建设5G网络。另外在低频段,委员会将改善5G服务对低频段的使用,目标是改变600MHz、800MHz和900MHz。

上个月,美国联邦通信委员会启动了新一轮毫米波频谱拍卖,拍卖范围包括37GHz较高频段(37.6GHz~38.6GHz)、39GHz(38.6GHz~40GHz) 47GHz(47.2GHz~48.2GHz)频段,共计3400MHz频谱,1.41万张许可证。

2020年,美国联邦通信委员会还将进行两次中频段频谱拍卖,包括计划6月进行的3.5GHz频谱拍卖和下半年进行的3.7GHz~4.2GHz频谱拍卖。委员会计划在2020年年底前拍卖3.7GHz~4.2GHz频段的280MHz频谱,同时保留200MHz以上的频谱用于广播。

美巨头争夺5G频谱控制权陷入“口水战”

据《福布斯》杂志去年9月份报道,美国第三大无线运营商T-Mobile以巨额资金成功收购美国第四大无线运营商Sprint,从而拥有相当多的5G频谱,这或许会加速美国部署5G网络。

然而,事情发展并非如此简单,几乎就在同一时间,英国《金融时报》就披露,美国政府5G频谱拍卖,引发了苹果、微软、脸书和谷歌在内的科技巨头与爱立信等公司的争执不休。

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截图自《金融时报》

正如前文所提到的那样,美国联邦通信委员会已经在统筹规划高、中、低频段频谱资源的释放,推动了一系列频谱销售。但是最棘手的问题是6GHz附近的频段,美国联邦通信委员会开放6GHz频段用于WiFi,《金融时报》称,包括苹果、微软、脸书和谷歌在内的11家科技公司组成的集团支持委员会的决定,但爱立信等公司担心,这一频段可能会干扰他们现有的通信卫星。

围绕C波段(4~8GHz),也爆发了一场类似的公开斗争。几家广播公司使用C波段通过卫星上传和下载内容,但美国联邦通信委员会希望将其用于5G。但美国国家海洋和大气协会抱怨说,开放24GHz频率可能会干扰其气象卫星。

确立未来通信领域地位  毫米波仍是关键

总体上看,5G网络毫米波产业链还处于初级阶段,距离成熟商用还有一定距离。关于毫米波,最大的反对声音在于,高频信号传播距离短并且容易被物体影响,因此需要大量的基站进行密集覆盖。这样的高建设成本是运营商难以承担的。但是毫米波的技术优势不能因此被忽视。

从带宽来看,6GHz频段以下的LTE最大可用带宽仅为100MHz,这意味着数据速率最高只能满足1Gbps的下行,但毫米波频段移动应用最大带宽达到了400MHz,传输速度达到10Gbps甚至更多。其次,从频谱资源看,毫米波频段更为丰富。前期通信领域的快速发展,使得30GHz内的频谱资源几乎快消耗殆尽,几乎全球运营商都正在面临频谱资源短缺问题,LTE与5G的冲突愈发明显,因此此时未经开垦的毫米波势必会成为未来移动通信领域的“新大陆”。

毫米波技术今后可能成为“热门”技术,以空联网(IoS)为例,其利用中低轨卫星网实现全球无死角高速覆盖,正在成为继物联网之后的一个新的研究热点,欧美等发达国家已经开始规划和部署高速空联网。发展高速空联网的关键是高速数据传输与组网技术。为了支撑如此高的吞吐率和吉比特每秒量级的数据传输,大带宽的毫米波通信技术成为首选。此外,相较于微波低频段,毫米波系统和天线体积、重量将大幅减小。

在北美,美国AT&T和Verizon等运营商都积极投身于发展高频5G技术,其中AT&T通过收购Fiber Tower获得了39GHz附近的频段资源,而Verizon在美国国家仪器(NI)公司的支持下,于2017年3月展示了全球首款实时28GHz Verizon 5G无线原型系统。在亚洲,无论是日本运营商NTT docomo,还是韩国电信KT都将高频纳入5G网络的技术测试。值得注意的是,在主设备方面,由于目前北美和日韩在毫米波系统研究方面走在前列,所以厂家设备频段以北美和日韩频段为主。

中频段组网是中国5G网络建设基础,但是追求更高速率、更大带宽,毫米波研究是重要环节。工业和信息化部也于2017年7月批复24.75~27.5Ghz和37~42.5GHz用于5G技术研发测试。专家指出,频谱是移动通信产业最根本的生命线,推动5G毫米波产业发展,需要国内明确毫米波的频谱规划和划分。

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截图自:工业和信息化部

虽然此前任正非称华为“押宝”厘米波,但其在毫米波领域也拥有巨大潜力。在去年的开发者大会上,华为展示了使用折叠屏手机HUAWEI Mate X通过毫米波技术与基站通信在线播放4K高清视频,该款手机搭载的5G多模芯片巴龙5000,不仅支持Sub-6G低频,还支持毫米波26GHz和28GHz高频,显示出华为在5G毫米波领域同样拥有技术优势。

另外,从2019年11月初召开的5G创新高峰论坛上获悉,除了终端领域,在通信设备制造方面,目前华为、中兴均已完成了5G毫米波关键技术测试的功能、射频和外场性能,这也有利地支撑了我国毫米波规划工作。

结束语

特朗普近期参观苹果位于德克萨斯州奥斯汀工厂时,询问库克是否能让苹果公司参与在美国建设5G,此举被媒体毫不留情地讽刺为“无知”。实际上,目前全球能提供5G设备的主要供应商分别华为、中兴、诺基亚、爱立信,而美国也仅剩高通这样的5G芯片制造商。没有设备供应商,再加上5G网络毫米波产业链不成熟,商用存在困难,使得美国5G建设面临窘境。

不过,就毫米波技术本身来讲,不可否认其未来价值。在中低频5G网络建设方面,中国确实抓住了机会,但是想获得更高速率、更大带宽,毫米波研究仍是关键。返回品博网首页>>

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