未来通信领域地位 毫米波仍是关键

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。