5G没有“它”，就像盖房子没有土地一样
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2021-03-04 19:33
作者：赵小飞
物联网智库 原创
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导 读
无线电频率就像土地一样，承载着移动通信大厦的建设，每一代新的通信技术商用中首要面对的是可用无线电频率稀缺的问题，因此产业的发展也伴随着不断地开辟新频谱和优化存量频谱的过程，当前5G的发展更为突出。
一个城市人口不断增加，要盖更多房子，面临的首要最大问题是可供盖房的土地有限，解决这个问题无非是开辟新的建筑用地和优化存量建筑用地两个方向。移动通信的发展也是类似，无线电频率就像土地一样，承载着移动通信大厦的建设，每一代新的通信技术商用中首要面对的是可用无线电频率稀缺的问题，因此产业的发展也伴随着不断地开辟新频谱和优化存量频谱的过程，当前5G的发展更为突出。
本周，业界最大的事件当属在上海举办的世界移动通信大会（MWC）了。因为疫情原因，2020年这一全球ICT产业影响力最大的盛会停办，本次重新重装亮相，也让全球5G产业界过去一年多时间里压箱底的成果获得一个集中展示的舞台，这其中也少不了5G建设无线电频率使用的成果。当然，成果所聚焦的仍然是开辟新的“用地”和优化存量“用地”。
开辟新的“用地”，非毫米波莫属
众所周知，当前我国5G网络建设主力在中频段，即中国移动的2.6G+4.9Ghz，中国电信和中国联通的3.5Ghz，今年中国广电将在700MHz频段上启动5G网络建设，中低频组网格局已经形成。然而，即使无线电管理部门有再高明的辗转腾挪手段，也无法改变中低频段频率数量有限的现状，所以向着还未开发、资源丰富的毫米波频段进军是一条必走的路径。正如一个城市老城区仅有有限的住房建筑面积，要盖新的房子，城市管理者需要去开发新城区的土地一样。
虽然5G的频谱效率相对4G已得到数倍提升，但要达到5G所设定的KPI，还是需要更多频率资源才能实现，尤其是5G高速率、大带宽、低时延的目标。运营商在中频段获得的频率带宽有限，如中国电信和中国联通分别在3400-3500Mhz和3500-3600Mhz两个频段上拥有100MHz，双方共建共享后通过频率共享也只有200M带宽；中国移动在2515-2675Mhz频段有 160M带宽和 4800-4900Mhz频段有100M带宽，而且不是连续带宽；中国广电虽然拥有700MHz黄金频段，但在这一频段仅有60M带宽的资源。
显然，中低频段带宽资源的现状无法满足5G关键性能指标要求。5G要达到数十Gbps峰值速率，100Mbps-1Gbps的体验速率，每平方公里数十Tbps的流量密度，最低1毫秒的空口时延，这些KPI仅靠技术提升远远达不到，还需要占用更多频率带宽资源。正如一个城市人口处于高速增长期，仅靠存量建筑用地上增加单位面积楼层远远解决不了人口对住房需求一样，还是需要更多土地供应。
早在2020年3月，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》中就提出了适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划，结合国家频率规划进度安排，组织开展毫米波设备和性能测试，为5G毫米波技术商用做好储备。GSMA在其发布的《5G毫米波在中国的机遇》研究报告中提出建议：对于毫米波频谱，中国监管机构应考虑为每个运营商分配约 1 GHz带宽的连续频谱，以此为数据密集型应用的额外需求提供支持。
在毫米波的经济贡献方面，GSMA预测到2034年，在中国使用毫米波频段所带来的经济受益将产生约1040亿美元的效应，这大约占亚太地区毫米波频段预估贡献值的一半。
2034年亚太各国5G毫米波经济贡献（单位：十亿美元，来源：GSMA）
考虑到5G毫米波对中国GDP的预期贡献，垂直行业领域中的制造业和水电等公用事业是目前可见贡献最大的行业，占贡献总数的62％；其次是专业服务和金融服务，占12％；信息通信和贸易占10％。考虑到中国在全球制造业中的重要性，制造业在中国GDP中的主导地位是可以预期的。随着5G毫米波的使用不断增长，这种经济优势加上5G毫米波的众多潜在工业应用，将为垂直行业对GDP的重大影响做出贡献。
中国5G毫米波对垂直行业的经济贡献（来源：GSMA）
毫米波经济贡献明显，而且在5G正式商用1年多，基础设施建设和应用落地加速的背景下，业界对5G毫米波的商用呼声越来越高。本次MWC上各方再次表达了这一观点，包括毫米波效率提升、产业链已成熟等。
大型体育赛事既是新技术的秀场，更是阅兵场，2022年冬奥会或许是一个5G毫米波商用的较好契机。在冬奥会期间，观众、媒体转播者、赛事组织和参与者等将会通过5G来体验“科技冬奥”。根据中国联通透露的消息，目前已规划了5G+8K广播级视频上下行传输、5G混合现实智慧雪场、5G自由视角赛事直播等，届时高清视频转播和摄像、360度全景、AR/VR、场馆AI视频监控等将落地，这些场景仅靠中低频无法支撑，毫米波必须发挥作用。
对于5G来说，开辟新的“用地”，当前主要是开发毫米波并充分发挥其性能。
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优化存量“用地”，频谱池化迎来新进展
过去几年中，全球运营商在陆续推进2G/3G减频退网，腾推出频谱资源给4G和物联网使用，或者将部分4G频段重耕用于5G，这是优化存量“用地”的一个典型做法。例如，中国电信在2016年启动了800MHz频率重耕，原来占用800MHz的CDMA退网，并于2017年在这一频段建成一张4G网络，在此基础上快速升级建成全球最大的NB-IoT网络；又如，中国移动目前所拥有的2.6GHz频段的5G资源，其中2575-2635MHz频段为重耕中国移动已有的4G频段。
另外，技术进步也是优化存量“用地”的主要手段。比如，早在4G时代，频谱共享技术就被提上日程，如在一些范围内实现了3G/4G网络静态频谱的共享，5G时代更是将动态频谱共享（DSS）提到重要位置，5G网络可以扩大其频谱使用范围至部分4G低频段，实现广覆盖，并有利于4G向5G平滑演进。目前，全球已有运营商开启了4G/5G动态频谱共享的商用，例如沃达丰、瑞士电信等就利用动态频谱共享技术来建设5G网络。
在本次MWC大会期间，另一个亮点是中国电信和华为联合发布超级频率聚变技术，该技术是通过频谱池化，实现离散频谱从简单聚合到融合一体的频谱聚变新技术及频谱间灵活调度，提升资源效率。如果说毫米波是开辟新的“用地”核心方向，超级频率聚变技术就是优化存量“用地”的最新成果，尤其是对现有存量的中低频资源的优化。
来源：中国电信
华为5G产品线总裁彭红华在介绍超级频率聚变技术时提出，利用离散频谱需要在网络侧进行硬件和软件解决方案的创新。硬件上，基站设备需要具备多频段大带宽能力，在软件功能上，要创新极简控制信道、上行/下行频谱池化统一调度功能, 提供更加极致的5G网络体验, 支撑5G的长期发展。
超级频率聚变技术解决的是频率的碎片化、离散化。中国电信5G共建共享工作组总经理张新提到，除了运营商主流的5G频段外，2021年将陆续有商用终端支持大于20M小区带宽的1.8GHz、2.1GHz频段的5G，另外在Sub 1GHz频谱上，中国电信在800MHz和900MHz频段上都只有11M带宽。可以看出，这些资源分散在不同频段，每个频段频谱资源带宽都不大，若没有相应的技术，则会形成“食之无味、弃之可惜”的局面。超级频率聚变技术将离散、碎片化的频率聚合起来，形成类似于连续大带宽的频段，确实能对5G组网提供实质性的支持。
在笔者看来，频谱重耕、频谱共享、超级频率聚变都是优化存量频谱资源的手段，但与之前的手段相比，超级频率聚变显然有变革性的提升。盖房子的例子或许不是非常合适，但比较形象：
频谱重耕类似于将某一篇土地上的房子拆掉后重新规划盖新房，在一定程度上释放出相对大的土地面积，可操作空间大一些；
频谱共享或许可以用现成的成套房源重新组合分配来类比，正如一些房产中介商在推进房源供需撮合，或者公共房屋整体规划优化分配一样；
超级频率聚变则类似面对存量建筑用地上还未使用的土地，这些未使用的部分非常分散和碎片化，且每一处面积非常小，比如一些小区的公共区域、闲置的通道、建房时留下的边角位置等，这些地方往往每个只有数平米面积，要将其充分利用起来建成可供居住的住所，几乎是不可能的任务。超级频率聚变在一些情况下面对的就类似于这些碎片化“用地”，当然，住房是一个物理实体，从物理手段确实无法整合，而超级频率聚变可以通过虚拟化技术，将这些分散的物理无线电频率资源能够整合为连续的频段，从这个角度看，确实是一种变革性提升。
正如土地资源一样，无线电频率也是非可再生资源，移动通信技术代际进步，不断要占用更多无线电频率资源，同时也在不断提升频率利用效率，优化存量频率空间。不论5G发展速度多么迅速，无线电频率始终是承载5G通信的基础资源，期待更多频率开拓和优化技术、商业模式、产业生态成熟应用。
中国5G垂直行业案例-GSMA-2021（78页）
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