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兩年僅建 91 個基站5G 毫米波為什麼這麼難?

發佈時間: 2021-06-17 | 來源: 人民郵電報 | 作者: 忠驛 | 責任編輯: 王琦

如果把sub 6GHz 5G網路比喻為在一座老城裏擴建一條單車道公路,那麼毫米波5G就相當於在一座新城裏新修一條四至八車道公路。

相比sub 6GHz,毫米波不但具有頻寬大、容量高、時延低優勢,而且由於其處於超高頻段,對於移動産業而言就像是一塊未開墾的處女地,一塊未被污染的凈土,可以不用擔心無線干擾而自由自在地使用。

毫米波一度被認為是5G時代最具價值潛力的頻譜資源。但目前來看,在全球sub 6GHz 5G快速發展的同時,毫米波5G發展卻相當緩慢,甚至陷入了“左右為難”的尷尬境地。

毫米波進展緩慢

對於毫米波5G的發展窘境,南韓作為全球5G急先鋒應該是最典型的例子。南韓早在2018年就拍賣了3.5GHz和28GHz 5G頻段,南韓三大運營商在拍得5G頻段後,向南韓監管層提交了3~5年的5G基站建設計劃,其中,承諾3年內(到2021年底)將新建45215個28GHz毫米波5G基站。

然而,儘管南韓3.5GHz 5G網路建設如火如荼,但28GHz 5G建設非常緩慢,截至2021年3月,南韓三大運營商總計建成了僅91個28GHz 5G基站,與原計劃相差甚遠。

南韓監管層三番五次呼籲運營商加快毫米波5G建設,甚至警告如果在2021年底之前無法完成既定目標將收回28GHz頻段。但南韓運營商的回應也只是攤攤雙手錶示無奈。運營商們表示,毫米波服務模式不明確,技術和設備成熟度不高,且覆蓋能力僅為3.5GHz的10%~15%,需要部署非常密集的基站,網路投資成本相比3.5GHz呈指數級增長,不適合用來建設全國性的網路,只能用於熱點區域和5G專網部署。

南韓運營商還表示,對於28GHz 5G建設,南韓完全沒有必要與美國爭第一,因為美國光纖寬頻普及率較低,他們寄希望於採用5G毫米波固定無線來替代光纖入戶,而南韓光纖寬頻普及率高,毫米波頻段將主要用於移動業務和企業專網,但對於面向消費者大眾的移動業務,需要部署大量的基站,網路部署成本太高,對於垂直行業的2B專網,目前商業模式還不成熟。

“既然毫米波5G網路部署成本太高,運營商不願意投資,那就讓三家運營商共建共用吧。”針對毫米波5G部署進度緩慢,南韓業界提出了這樣的建議。

但問題又來了,一方面,如果三家運營商共建共用毫米波5G公網,由於毫米波無線覆蓋範圍太小,終端從一家運營商的網路區域移動到另一家運營商的區域時,容易發生通信中斷的問題;另一方面,對於5G專網,是未來運營商在2B領域的競爭焦點,運營商之間很難達成共建共用合作。

南韓並非個例,美國早在2019年就商用了5G毫米波,根據市場調研公司OpenSignal 最新測試數據,目前其5G毫米波網路的可用率不到1%。據統計,截至2021年1月,全球僅有8家運營商提供了5G毫米波服務。這些數據表明瞭全球5G毫米波發展進度之緩慢。

具有先天不足的缺陷

5G毫米波到底怎麼了?為什麼發展如此緩慢?目前看來,其存在多個先天不足的缺陷。

覆蓋能力差

毫米波的優勢是頻寬大、容量高,但由於其頻率高,波長短,自由空間傳播損耗、穿透損耗和繞射損耗大,導致單小區覆蓋範圍很小。實測顯示,即使終端處於視距(LoS)環境,毫米波小區的覆蓋範圍不過100米左右,幾乎與WiFi覆蓋範圍差不多。與sub 6GHz相比,毫米波繞射能力越差,穿透能力就越差,難以穿透墻壁、門和房間傢具等障礙物。因此,在城區建築物密集場所,運營商需要建設更多的基站,並保證基站與終端處於視距狀態,才能實現穩定高速的通信。

即使針對2B場景點狀部署5G專網,一方面對於面積較大一點的園區、大型工廠等也需要建設更多的基站;另一方面,由於廠房、辦公樓、醫院等室內場所存在墻壁、門、設備等各種障礙物,要確保終端與基站之間保持視距環境來維持高速、穩定的通信,同樣需要在多個點部署更多的基站,這些都會帶來更高的網路部署成本。

解決辦法是通過Massive MIMO﹢波束賦形的方式來提升覆蓋範圍,但這會帶來天線單元、功放、低噪放大等器件數量的增加,設備的成本也會隨之增加。此外,通過加裝直放站、反射板等方式也能擴展毫米波的覆蓋範圍。

基站單價貴

相比sub 6GHz,毫米波不僅需要建設更多基站,更大的問題是,毫米波基站的單價比sub 6GHz高30%至40%左右。

主要原因是:1.全球大部分運營商都通過sub 6GHz部署5G網路,具備規模優勢,而全球毫米波基站很少,單價更高;2.sub 6GHz基站的DU和RU分離,DU可集中部署,而毫米波基站的RU和DU合設,因此價格更貴;3.毫米波基站與sub 6GHz基站之間存在內部架構差異(比如毫米波基站的天線單元更多)。

終端生態弱

對於sub 6GHz終端生態,目前智慧手機、5G CPE、5G模組的種類越來越多,終端生態正在不斷壯大,但毫米波終端生態還處於非常早期的階段,尤其是面向2B領域。同時,全球終端晶片廠商更看好sub 6GHz生態,不會開發單獨使用毫米波的數據機,這意味著不會存在獨立採用毫米波的5G專網。

建設和運營成本高

前面已經講過,如果用毫米波建設5G公網,需要部署密集的基站,建設和運營成本相比sub 6GHz呈指數級增長,那如果用毫米波部署5G專網呢?目前5G 2B專網發展的最大障礙之一是其成本比WiFi更高,而採用毫米波部署5G專網的成本比採用sub 6GHz更高,顯然這給企業5G專網部署進一步抬高了門檻。