中興通訊王建利：5G毫米波——無線通信之新翼

2020-09-03 中興通訊

當前5G已成業界熱議話題，與3G/4G相比，5G需要滿足eMBB、uRLCC和mMTC三大應用場景的需求，並應對極致的性能挑戰。

5G要想成功商用離不開終端、網絡的支撐，更離不開頻譜的支持。根據3GPP對5G頻率範圍定義，其可分為FR1（450MHz~6000MHz，又被稱為Sub-6GHz）和FR2（24250MHz~52600MHz，又稱為Above-6GHz或毫米波）。

毫米波具備大帶寬、低時延等優勢

FR1頻段已異常擁擠，而毫米波頻段雖然覆蓋能力相對中低頻段較弱，難以實現全網覆蓋，但毫米波頻段豐富的頻譜資源可以實現高速的數據傳輸，並顯著提高容量，能夠滿足5G在熱點區域極高的用戶體驗速率和系統容量需求。5G下行速率要想達到ITU IMT-2020規範要求的20Gbit/s，單靠FR1是無法實現的，只有在毫米波的支持和參與下，5G技術才可以發揮其最大的功效。

「和FR1相比，毫米波具有頻譜帶寬優勢，根據香農定義，FR2可實現的吞吐率相比FR1高几十倍。此外，FR2還具有時延優勢。」中興通訊首席產品規劃專家王建利博士在GSMA Thrive毫米波論壇上表示。

中興通訊首席產品規劃專家 王建利博士

具體到應用場景上，例如，毫米波在解決大視頻傳輸方面具有不可替代的優勢，大視頻單個鏡頭的數據帶寬將達到200M，在需要多個鏡頭的場景下，FR1無法滿足需求，而毫米波可以解決這一帶寬需求。中國聯通網絡技術研究院聯合中興通訊在2019年4月便完成了基於5G毫米波基站的16路高清視頻上行業務演示，將16路4K高清視頻通過真實5G網絡進行上行傳輸，實現大於400Mbit/s級別的單用戶上行傳輸，完美展示了5G毫米波的大帶寬及低時延能力。

「從2020—2034年，在15年的時間裡，業界對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。」GSMA首席監管官John Giusti曾這樣預測5G毫米波業務發展前景。由此也可看出，毫米波對於5G是不可或缺的。

業界積極規劃5G毫米波

正因為毫米波在吞吐率和時延的優勢，業界對毫米波充滿期待，也對毫米波的應用場景不斷探索。「毫米波未來應用場景主要有：熱點覆蓋和回傳。熱點覆蓋包括室外熱點和室內熱點覆蓋，如廣場覆蓋、體育場館覆蓋、機場高鐵站等人流密集區域的覆蓋，回傳包括FWA（固定無線接入）和IAB等場景。」王建利博士表示。

產業界也在積極規劃毫米波應用，美國、義大利、日本、韓國、泰國等多個國家均對毫米波頻段進行了分配，也有國家和地區把毫米波頻段分配給企業應用。這極大地促進了毫米波的應用。數據顯示，截止到2019年10月，已有112家運營商對24.25GHz~29.5GHz的毫米波頻段5G技術進行投資（含試驗、預商用、商用）。

晶片商和終端設備商也在大力發展毫米波產品，目前已有3家晶片廠家的晶片產品具備了毫米波支持能力。支持5G毫米波的終端超過了60種。幾家主流的設備商也發布了支持5G毫米波的AAU和小基站產品。

研發多種方案破解毫米波覆蓋難題

雖然毫米波具備FR1很多方面不具備的優勢，業界也在積極探索毫米波，但不可否認的是，與FR1相比，毫米波還處於部署初期，規模上有巨大差距，還沒有進入爆發期。這其中有兩個原因：一是毫米波頻段傳播距離小、穿透能力弱、發射損耗大，在實際覆蓋中有比較大的機率出現弱覆蓋或覆蓋空洞，對移動客戶的體驗有明顯影響；二是毫米波頻段高，CMOS工藝在實現高頻段的射頻性能處於劣勢，而有良好性能的GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）工藝在成本、集成度上和CMOS工藝又有明顯差距，這導致了毫米波產品的成本比較高，限制了商用，反過來又使成本無法降低。

為了應對毫米波的挑戰，中興通訊從2014年便開始進行毫米波研究，從不同場景的信道建模到不同的系統架構分析、產品實現再到OTA的測試方案，在解決毫米波的關鍵技術問題推出了多種可行且高效的方案。

首先，中興通訊提出了混合賦型和陣列化高EIRP（基站輻射功率）設計思路，利用更經濟的工藝實現毫米波高EIRP。

「中興通訊對多種架構進行了比較，最後採用了數模混合波束賦型的架構，針對大功率宏站、小功率微站研發了針對性的陣列設計，並進行了大量測試。測試發現室外熱點EIRP>60dBm，室內熱點EIRP>50dBm，室內熱點EIRP>40dBm就可以滿足覆蓋需求。中興通訊已經推出室外熱點覆蓋產品，並規劃推出應用不同場景的系列產品。」王建利博士透露。

其次，中興通訊設計了智能波束方案和場景化的波束配置方案，讓毫米波的波束更靈活，解決覆蓋空洞的問題。當前中興通訊已經實現根據場景人工配置，未來將實現自配置和基於歷史數據進行人工智慧的配置。通過這些方案，可以利用毫米波針對不同的場景做到良好的覆蓋。

最後，中興通訊設計了毫米波組網方案，可藉助低頻和LTE網絡實現毫米波覆蓋。王建利博士解釋道，根據高頻的傳播特性，單獨的高頻組網很難實現連續覆蓋。在實際網絡中，可以通過將5G高頻錨在4G低頻或者5G低頻上實現高低頻的混合組網。在這種架構下，低頻承載控制面信息和部分用戶面數據，高頻在熱點地區提供超高速率用戶面數據。要做到高頻和LTE或FR1混合組網，必須做好系統架構設計，中興通訊在這方面做了比較多的研究，推出多模BBU，統一的軟硬體支持LTE、5G NR FR1和5G NR FR2，這樣可以方便地實現聯合調度、分流和方便運營商的建設和業務發展。

積極開展測試，毫米波將為5G添上新的翅膀

無論技術和方案是多麼完美都需要接受實際落地試驗測試，才能證明其可行性。為此，中興通訊一方面在關鍵技術和解決方案領域進行深耕，另一方面對研發產品進行多方面測試。測試顯示，使用中興通訊的毫米波方案後，覆蓋性能明顯提升。

例如，中興通訊毫米波方案在印度尼西亞進行的測試顯示，單用戶峰值下行速率達到了5Gbit/s；中興通訊在日本進行了5個站的SA測試，在汽車高速移動下，4K視頻下載播放流暢；中興通訊在上海進行了大量多場景覆蓋和業務測試，測試顯示採用中興通訊的系統在室外、室外信號覆蓋室內都實現良好的覆蓋。

在2019年7月IMT-2020(5G)推進組組織的中國5G增強技術研發試驗毫米波頻段的測試中，中興通訊首家完成了26GHz頻段5G基站射頻OTA測試，充分驗證了中興通訊在5G毫米波基站開發的技術和實力。而在2019年10月，中興通訊與高通公司成功實現了中國首個基於智慧型手機的5G毫米波互操作性測試，讓5G毫米波離商用更進一步。

隨著信息通信技術的飛速發展以及用戶需求的不斷增長，用戶對大帶寬、低時延的需求將越來越多，也將推動毫米波的商用。而毫米波在2019年開始商用，5G eMBB場景在2020年開始測試和商用，產業在2021年將對毫米波進行低時延、上行視頻回傳、工業網際網路的測試，並將於2022年後在企業應用中逐步推廣毫米波。毫米波的開發利用將為5G應用提供更廣闊的空間。

「毫米波在2022年會成為運營商補熱的重要方案。中興通訊將積極開展5G毫米波的研發、功能測試、外場試驗，為毫米波規模商用做好準備，與產業界共同開創5G美好時代。」王建利博士表示。


來源：通信世界

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