Wi-Fi為何不能替代毫米波?

毫米波（mmWave）正在成為5時(shí)代的熱門詞匯。幾年前，毫米波還只是實(shí)驗(yàn)室階段的小眾技術(shù)，如今，毫米波已經(jīng)成為全球運(yùn)營(yíng)商都在研究和試點(diǎn)的熱門技術(shù)。

根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定，5G網(wǎng)絡(luò)主要使用兩段頻率：FR1頻段和FR2頻段。FR1頻段的頻率范圍是450MHz~6GHz，又稱Sub-6GHz頻段；FR2頻段的頻率范圍是24.25GHz~52.6GHz，通常被稱為毫米波。如果說低頻段是5G的基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，那么毫米波就是5G重要的熱點(diǎn)補(bǔ)盲技術(shù)。毫米波將與Sub-6GHz技術(shù)相輔相成，共同釋放5G的全部潛能。

覆蓋距離短？是劣勢(shì)也是優(yōu)勢(shì)

與Sub-6GHz相比，毫米波具有四大優(yōu)勢(shì)：一是毫米波頻譜資源豐富，用戶體驗(yàn)速率更高；二是技術(shù)實(shí)現(xiàn)上毫米波通信時(shí)延更??；三是毫米波天線小、設(shè)備輕、量化容易實(shí)現(xiàn)，部署更加方便；四是毫米波由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的機(jī)理，定位精度較Sub-6GHz更高。

毫米波傳播主要以視距傳播和非視距傳播為主。但是，毫米波傳播損耗更大，容易被遮擋，是優(yōu)勢(shì)也是劣勢(shì)。優(yōu)勢(shì)在于，在應(yīng)用中容易形成隔離，便于覆蓋的控制，從而實(shí)現(xiàn)覆蓋島之間的不同配置。例如，工廠園區(qū)覆蓋攝像頭監(jiān)控區(qū)域可配置為上行優(yōu)先，而在廠房傳送軟件下載則可配置為下行優(yōu)先。劣勢(shì)在于，在服務(wù)2C用戶時(shí)，由于傳播穿透效果差，因此基站覆蓋范圍小，要實(shí)現(xiàn)與Sub-6GHz接近的連續(xù)覆蓋需要部署更多的站點(diǎn)，所以毫米波僅適合應(yīng)用于熱點(diǎn)區(qū)域與Sub-6GHz聯(lián)合組網(wǎng)使用。

毫米波商業(yè)前景廣闊

毫米波技術(shù)頻譜豐富、潛力大、應(yīng)用前景廣闊，但由于當(dāng)前處在5G產(chǎn)業(yè)初期，應(yīng)用較少，市場(chǎng)空間不明朗。但預(yù)計(jì)到5G中后期，在Sub-6GHz頻段充分應(yīng)用后，毫米波將是必然選擇。毫米波增強(qiáng)5G服務(wù)社會(huì)的能力是可以預(yù)期的，可很大程度上擴(kuò)展5G系統(tǒng)的服務(wù)能力區(qū)間，以適應(yīng)日趨增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量需求，并激活面向垂直行業(yè)的創(chuàng)新，從而促進(jìn)全社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

GSMA數(shù)據(jù)顯示，5G毫米波作為高速接入、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的核心使能技術(shù)之一，預(yù)計(jì)將在2035年之前對(duì)全球GDP做出5650億美元的貢獻(xiàn)，占5G總貢獻(xiàn)的25%，而在2034年之前，在中國(guó)使用5G毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟(jì)收益將達(dá)到約1040億美元。

從全球部署情況來看，全球運(yùn)營(yíng)商都在積極推進(jìn)毫米波商用。GSA 6月報(bào)告顯示，全球有123個(gè)運(yùn)營(yíng)商在投資毫米波，其中21個(gè)運(yùn)營(yíng)商正在計(jì)劃實(shí)施或部署5G毫米波網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)GSMA的報(bào)告，目前北美在應(yīng)用28GHz（n261）、39GHz（n260）兩個(gè)頻段，規(guī)劃分配24GHz、47GHz頻段。日、韓在用28GHz（n257）頻段，并規(guī)劃40GHz頻段，歐洲、澳大利亞與中國(guó)均在考慮26GHz（n258）頻段。美國(guó)、日本、韓國(guó)已經(jīng)開始在商用網(wǎng)絡(luò)中部署毫米波頻段。

毫米波標(biāo)準(zhǔn)、頻譜基本就緒

毫米波在頻譜和標(biāo)準(zhǔn)方面也基本成形。2019年11月，國(guó)際電聯(lián)世界無線電通信會(huì)議（WRC-19）為5G確定了更多的頻段，包括24.25~27.5GHz、37~43.5GHz、45.5~47GHz、47.2~48.2GHz和66~71GHz，這為各國(guó)規(guī)劃毫米波頻段提供了很好的參考依據(jù)。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，毫米波標(biāo)準(zhǔn)化程度在R15版本已經(jīng)相對(duì)較高，能夠支持商用，已經(jīng)能充分應(yīng)用毫米波的大帶寬特性，并定義了用戶配對(duì)、用戶跟蹤、多載波管理等與Sub-6GHz不同的部分。目前毫米波基站與終端（包括手機(jī)與CPE）均有成熟的商用產(chǎn)品。R16版本對(duì)毫米波做了增強(qiáng)，進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化，通過減少系統(tǒng)開銷、增強(qiáng)性能、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋來提升頻譜效率，如引入高階的256QAM調(diào)制，同時(shí)完善了場(chǎng)景，如采用IAB回傳。

毫米波的主要應(yīng)用場(chǎng)景

毫米波應(yīng)用主要分為2C和2B兩種。

在2C的應(yīng)用場(chǎng)景中，毫米波更適合應(yīng)用于業(yè)務(wù)量密集的街道，如比賽場(chǎng)館、演出場(chǎng)館等場(chǎng)景服務(wù)手機(jī)終端，另外也可以作為回傳補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)IAB，用Backhaul來實(shí)現(xiàn)回傳達(dá)成5G基站的部署，從而擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍。

基于毫米波在5G網(wǎng)絡(luò)中的特殊物理特性，運(yùn)營(yíng)商普遍對(duì)毫米波場(chǎng)景定位有一定的共識(shí)，即商業(yè)步行街區(qū)、各類場(chǎng)館、車站、機(jī)場(chǎng)等的業(yè)務(wù)極熱點(diǎn)。目前絕大部分運(yùn)營(yíng)商在做早期的測(cè)試驗(yàn)證，部署策略是城市的高業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)的容量吸收層。

未來，毫米波由于設(shè)備小、易于部署、容量極大、隨著技術(shù)的更新可以提供單點(diǎn)超過10Gbit/s的速率能力，為應(yīng)用提供了非常好的傳送能力，將加速更逼真影像技術(shù)的產(chǎn)生，如全息通信、沉浸式VR云游戲、網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人等業(yè)務(wù)。

例如，2020年初，Verizon就在賽場(chǎng)利用毫米波5G實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)4G無法承載的業(yè)務(wù)：VR實(shí)時(shí)觀賽讓觀眾可以在場(chǎng)內(nèi)選擇不同的視角來利用VR頭盔、手機(jī)觀看比賽；AR賽事解說，利用手機(jī)實(shí)時(shí)與后臺(tái)的數(shù)據(jù)分析聯(lián)動(dòng)，可以疊加影像來查看球員信息、比賽數(shù)據(jù)；Verizon還與Fox媒體合作，直接將比賽實(shí)況利用5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)接衛(wèi)星分發(fā)。

在2B應(yīng)用中，毫米波以高速率、低時(shí)延、容易隔離、定位精度更高的特性，可以應(yīng)用于智能工廠、園區(qū)、碼頭、交通等領(lǐng)域。此外，毫米波的超大帶寬屬性也可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)媒體轉(zhuǎn)播、快速布放監(jiān)控等業(yè)務(wù)。

在行業(yè)應(yīng)用方面，歐洲、日本等對(duì)毫米波規(guī)劃了商業(yè)應(yīng)用并積極開展試點(diǎn)，以2B的差異化應(yīng)用為主，以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，表現(xiàn)出區(qū)域性優(yōu)化特征，配置要求的多樣性。毫米波在這類應(yīng)用場(chǎng)景下，是獨(dú)立承載業(yè)務(wù)或作為具備特殊物理特性的網(wǎng)絡(luò)層來滿足部分或某幾類終端的應(yīng)用需求。

Wi-Fi為何不能替代毫米波？

也許有讀者問，作為短距離高速率傳輸技術(shù)，Wi-Fi也可以用來配合5G中頻段信號(hào)補(bǔ)盲，成本也較低，為何非要選擇毫米波呢？

對(duì)此，一位中國(guó)移動(dòng)專家對(duì)記者表示，毫米波與同頻段的Wi-Fi相比，由于帶寬都很大，所以速率基本相當(dāng)。但5G毫米波的波束管理、多用戶調(diào)度、資源分配/負(fù)載控制/站間協(xié)作/高低頻協(xié)作等方面的協(xié)議和算法更加完善，使得5G毫米波通信的可靠性更高、連續(xù)性更好、用戶體驗(yàn)更好。2B將是毫米波未來的主要應(yīng)用場(chǎng)景，2C的室內(nèi)和室外熱點(diǎn)區(qū)域也都是毫米波發(fā)揮作用的場(chǎng)景，毫米波應(yīng)用到2B場(chǎng)景中，更可靠、更穩(wěn)定、更安全。

“Wi-Fi是競(jìng)爭(zhēng)性接入，在多用戶場(chǎng)景下因缺少集中調(diào)度，QoS會(huì)惡化。而5G毫米波有集中調(diào)度能力，而且因?yàn)楹撩撞ù髱捄蚆assive MIMO功能，對(duì)多用戶并發(fā)下的性能支持更好?！币晃唤K端行業(yè)的專家表示。

應(yīng)該說在頻譜效率相似的情況下，近距離（室內(nèi)）通信的速率差異在于帶寬大小。如果近距離通信的用戶數(shù)比較多、移動(dòng)性比較強(qiáng)，則采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢(shì)、有保障；如果用戶數(shù)不多，移動(dòng)性不強(qiáng)，則Wi-Fi的價(jià)格更有競(jìng)爭(zhēng)力。
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