5G毫米波的“苦”與“甜”

隨著世界開始走出新冠疫情的陰影，5G滲透率的持續提升正成為全球經濟的重要增長驅動力。根據GSMA的預測，2021年至2025年，全球移動運營商的資本支出將達到9000億美元，其中80%將用于5G業務；到2025年底，5G移動連接數將占全球總數的五分之一，接近20億。而中國也將繼續領跑全球，不但用戶數量全球最多(超過8.3億)，5G連接總數也將超過8億，2100億美元運營商資本支出中的90%被用于5G。

中國的5G移動經濟(圖片來源：GSMA)

GSMA大中華區總裁斯寒在《第二屆5G毫米波產業高峰論壇》致辭中指出，毫米波頻譜的發放是5G發展路途上的重要節點。對于亞太區域和全球市場來說，5G作為新的經濟增長點，將進一步推動數字經濟發展，期待中國政府和產業盡快深入推進毫米波頻譜規劃，提前布局。 

5G毫米波具備頻率寬帶容量大，易與波束賦形結合，超低時延等多個突出優勢，有利于推動工業互聯網、AR/VR、云游戲、實時計算等行業的發展。同時，毫米波可以支持密集區域的部署，進行高精度定位，設備集成度高，將有利于促進基站和終端的小型化發展。她表示，在《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》的推動下，中國將會很快迎來5G在消費者和行業應用上的百花齊放和規模化的成熟發展。  

來自工信部的最新數據顯示，截至今年8月，我國累計建成5G基站達到103.7萬個，占世界的70%以上；5G終端用戶突破4億，是全球最大的用戶群體；今年1-8月份，國內5G手機出貨量達到1.68億部，同比增長80%；5G應用案例超過1萬個，“5G+工業互聯網”成為應用創新最活躍的領域之一，覆蓋了電子設備制造、鋼鐵、電力、礦山等22個重要行業。

“如果說5G上半場是體現電信運營商單人技術的乒乓球賽，那么進入下半場面臨不斷擴大的應用需求，5G就成為和垂直行業共同參與、角色不同的足球賽�！敝袊�通信標準化協會副理事長兼秘書長聞庫表示，中國雖然打好了乒乓球賽，但是踢足球困難較大，希望產業鏈協同配合，既打好乒乓球賽，也能踢好足球賽。同時，“做好5G才能做好6G”，毫米波的發展需要加強產學研合作，共同推動毫米波產業成熟，為以后6G太赫茲的可能使用積累經驗。

行業需要怎樣的5G網絡

2021年GSMA發布的《5G毫米波經濟性分析》報告顯示，通過對5G毫米波發展成本增益和經濟效益等進行綜合分析，表明5G毫米波在高密度城市部署和固定無線接入場景里，與中頻C波段結合將為運營商帶來明顯的成本優化和增益。

根據中國電信首席專家、電信研究院專家委員會主任，美國貝爾實驗室院士畢奇介紹，截至目前，我國共有5G垂直行業應用4500多個，50%以上應用于工業，20%應用在政府服務，交通、醫療行業各占10%，其余則分別落地于教育、金融等領域。

“現在要做好垂直行業應用，兩方面的挑戰必須重視起來：一是如何解決垂直行業的碎片化問題，使得無線通信產業鏈在垂直行業得到快速發展；二是怎樣更好地降低5G終端和模組的價格�！碑吰姹硎荆�未來，中國電信和中國聯通將在3.5GHz TDD和2.0GHz FDD網絡基礎之上，繼續部署5G毫米波網絡，以滿足各個行業的需求。

創造收入和節約成本仍然是檢驗物聯網成功與否的首要標準；但對于中國企業來說，合規性在疫情過后變得同樣重要(圖片來源：GSMA)

中國聯通科技創新部總經理馬紅兵則提出了毫米波將幫助運營商在組網時“多一條腿，也多一條路”的觀點。他表示，毫米波在精準定位方面相比其他波段有著更大的優勢，可以做到厘米級甚至更高精度的定位，這使得毫米波在VR等應用的前景被廣泛看好。

但他也提醒產業界說，5G屬于組合技術，盡管具備大帶寬、低時延、高速率、高可靠等特性，但仍需要邊緣云或者UPF下沉才能滿足網絡需求。這意味著，5G面臨的不僅是基站和帶寬的改善，還需要在網絡架構上進行調整配合，才能真正起到支持千行百業的作用。

同時，工信部《“揚帆”行動計劃》的推出，也表明5G和行業應用現在正從“破冰”階段駛向“深藍”，難度很大，運營商自身對于行業的理解還不足夠深入，5G網絡和各垂直行業之間必須要形成緊密的聯合體，才有可能繼續邁向深水區。

當然，與畢奇觀點相同，馬紅兵也指出，要想進行規�；�推廣，盡快將毫米波的成本降下來顯得尤為重要。

中國移動研究院無線與終端技術研究所所長丁海煜表示，中國移動目前已建成5G基站70萬個，并從2020年開始，面向礦山、港口、醫療、工廠等18個重點行業推出了“優享、專享、尊享”的行業專網產品體系。不過，在他看來，網絡性能不夠成熟、成本不夠低、網業協同不夠深、端到端標準化不夠快，是5G行業應用最亟待解決的四大挑戰，而毫米波恰恰在高可靠、高性能、低延時等方面有著出色的性能提升，可以加速行業高質量發展。

“5G應用到汽車行業需要注意三大問題：成本、技術成熟度、5G網絡的規模部署。運營商是否能夠提供穩定、高效、安全的5G網絡，決定了汽車行業與5G的深度融合程度�！北逼�福田汽車IT基礎設施部/信息安全部高級經理張志強結合汽車行業特點分享了自己的觀點。

醫療行業代表，國家遠程醫療與互聯網醫學中心辦公室主任、中日友好醫院發展辦主任盧清君指出，“5G+醫療”對網絡的需求在高通量低時延的基礎上，更強調確定性和安全性，也可以說是對5G綜合屬性(確定性、移動性、安全性、實時性、快捷性、專屬性)等的多元需求。其中也包括對MEC、AI能力的迫切需求，MEC對醫療AI的支撐作用具有不可替代性。但目前AI系統成熟度不足，MEC資源也未下沉到醫療機構，應用于臨床還有很長的路要走。

“醫療是最復雜的行業之一，我們此前和中國移動、中國電信就如何建立醫療專網進行過深度探討，也做了大量的方案，但沒有一套方案是讓我們滿意的�！北R清君說，他們曾做過一個粗略統計，出于安全、性能、費用等多重因素考慮，目前全國230000多家二級以上醫院中開通5G的不超過800家，占比還不到三百分之一。即便開通使用的，也只是一些局部的小場景應用，在醫患兩用都沒有開通的背景下，很難看到一些剛性的、不可替代的需求。

“很多基層和偏遠地區的醫院連5G是什么都還不太清楚，很多醫生也沒有5G手機，這就給工作協同帶來了很大的不便�！彼麖娬{說，醫療行業的特點就是不能出錯，相比技術的“先進性”，醫院更青睞“成熟的”網絡體系。因此，在不久前剛剛結項的醫療專項研究中，通過與運營商、電信設備商和科研機構的共同努力，會展、遠程診斷、移動查房等12大類比較成熟的應用被納入其中。

不過，值得關注的是，“遠程操控手術”一項被排除在外。盧清君解釋說，盡管此前有幾家醫院實現了5G時延僅僅5毫秒的結果，數字很漂亮，但這是在花費巨大代價做出重度保障之后產生的結果，成本不具備可復制性；其次，它真正帶來的256毫秒時延全部來自于終端，這是醫生無法接受的，因為他在這一過程中完全無法實施操控；第三，成本依舊居高不下，很難深入基層醫院的臨床應用。 

 “現在迫切需要解決的是5G應用從‘一到N’的突破，而之所以選擇12大類應用場景，核心原因就在于這些屬于能夠快速推廣的應用，未來在大規模使用時會很快產生規�；�效應�！氨R清君說。

毫米波如何持續蓄力向前？

GSA總裁Joe Barett分享的數據顯示，目前已有48個國家的186家運營商正在26-28GHz、37-40GHz和47-48GHz的毫米波頻譜上規劃發展5G，23個國家的134家運營商持有許可證，可以進行毫米波部署，北美、歐洲和亞洲占據所有頻譜部署的75%。其中，26-28GHz是被部署和發放牌照最多的毫米波頻段，37-40GHz頻段緊隨其后，48GHz以上的超高頻段頻率尚屬于行業關注的熱點。

毫米波設備方面，如下圖所示，現在已有134種毫米波設備，這比2021年初增加了22種，n257、n258、n260、n261四大關鍵頻段中，廠家已經分別發布了33/20/56/58種毫米波設備，占已發布5G設備總數的13.5%。在5G毫米波商用方面，共有85種設備投入了商用，比2021年初增加了21種，其中38款為手機，占所有商用設備的45%。

眾所周知，毫米波和Sub-6GHz頻段都是5G的重要技術，在高通公司中國區研發負責人徐晧看來，很多傳統意義上被視作毫米波所面臨的移動化挑戰，例如覆蓋范圍有限且成本高昂、僅支持視距傳輸、僅可用于固定用例、RFIC技術不成熟等，通過最近20多年的持續研發和創新，都得到了非常好的解決。

5G毫米波面臨的移動化挑戰(圖片來源：高通)

針對毫米波的應用場景，徐晧強調稱，并不是所有應用場景都需要毫米波覆蓋，其最重要的應用場景可以用四個字概括：熱點覆蓋，包括企業室內部署、室內/室外場館、交通樞紐、固定無線接入、工業物聯網等領域。

5G毫米波最重要的應用場景是熱點覆蓋(圖片來源：高通)

“我常跟同事說，中國非常適合毫米波的應用，因為中國人口密度比較大，機場、地鐵站、體育場館等人員密集的場所都是毫米波非常合適的應用場景�！毙鞎壱�2021美國橄欖球賽季總決賽為例，介紹了高通支持運營商在大型體育場館進行毫米波商用測試的情況。數據顯示，通過5G毫米波能夠支持總的流量是4.5TB，部分場景峰值下載速度達到3Gbps，是4G LTE峰值下載速度的20倍，也是Sub-6GHz無法實現的容量和速率峰值。

5G毫米波標準還在持續演進中，在已完成的R16項目中增加了集成接入及回傳（IAB）、增強型波束管理、節電特性、雙連接優化、定位等功能，在R17以及未來版本項目中，推動優化IAB支持分布式部署、優化的網絡覆蓋和波束管理、拓展頻譜支持、eMBB之外的全新用例、定位增強等將成為重點。

不過，盡管5G毫米波具備很多優勢，前進道路上很多挑戰都已得到解決，但OPPO標準研究部部長楊寧仍然指出，從中國的實際情況來看，5G毫米波基礎資源的分配，例如能在哪個頻段做試驗？運營商具體能夠部署哪些頻段？仍然不夠明確，這樣，對于產業的推動作用效果就還不顯著。

第二，毫米波典型的缺點是覆蓋相對有限，如何保證網絡和終端的連接，克服覆蓋有限的缺點，是需要解決的問題。同時，考慮到毫米波有大帶寬、多天線的優勢，但會對終端，尤其是終端的發熱和功耗帶來挑戰，如何從技術的角度避免發熱和功耗帶來的挑戰，也是產業發展中需要考慮的問題。

第三，5G毫米波的整體部署無論是網絡側還是終端側，器件和芯片的成本相對于sub-6GHz還是較高，如何把網絡和終端成本降下來，也是產業面臨的挑戰。

中國信息通信研究院無線電研究中心無線電資源研究部主任劉琪則從研究的角度進行了補充。他指出，一是要從供給側加強毫米波技術的供給。標準方面，除了3GPP的5G毫米波標準之外，還要推動5G應用的標準化進程，包括核心的芯片、器件，特別是毫米波大帶寬的芯片器件，都需要重點要突破；二是需求側。“從行業的角度來說，需求是存在的，但是如何通過供給滿足行業的需求，是雙方甚至多方共同努力的結果，需要共同加速推動標準化進程以解決行業碎片化的問題�！�