全球首次5G毫米波外场验证成功,什么是关键因素?

2018年2月德国电信与华为合作完成全球首次5G高范围毫米波多网络验证,主要使用73GHz(E-band)频段,并于德国电信波恩(Bonn)园区建置多种场景应用,包括毫米波于室外和室内部署之性能及传播验证。E-band为66~76GHz,为世界无线电通信大会后审议24GHz和86GHz间频率的一部分。
 
毫米波为5G无线通讯发展之关键因素
 
在传输速率上5G比4G快10倍以上,为提升无线传输速率除提升频谱利用率外,就是增加频谱频宽,相较于提高频谱利用率,透过增加频谱频宽是较直接方式,目前5GHz以下频段已很拥挤,为寻找新的频谱资源,各大业者开始迈向使用毫米波技术。
 
毫米波技术可满足行动性需求与实现广域覆盖,为5G关键技术之一,不过毫米波有较高之传播损耗,限制其覆盖能力,发展上是一大挑战,若同时考量定向窄波束将使行动终端的波束追踪更不容易。
 
目前毫米波主要频段介于30~300GHz,相应波长为1~10mm电磁波,由于在微波与远红外线间,因此兼具两种波谱特色,向高频微波延伸和低频光波发展。
 
作为5G接入网络的一部分,目前毫米波技术部署方案包括固定无线接入(Fixed-Wireless-Access,FWA)、室内/室外小型基地台(SmallCell)接入,例如热点(HotSpots)、智慧办公(SmartOffices)等及回程小型基地台(BackhaulforSmallCells)。
 
此次毫米波试验,揭示创新网络规划之重要性
 
3D沉浸式(3DImmersive)应用、行动云业务、游戏及社群网络应用皆为创新性服务,需要更大承载容量和更高传输速率,其中更高范围的毫米波频谱相关技术运用,可提供5GeMBB(enhancedMobileBroadband)业务超高速率之使用者体验,此次全球首次5G毫米波外场验证的成功,带给5G毫米波应用新契机。
 
eMBB业务除符合系统容量提升需求外,另要满足更高使用者峰值速率要求(最高10Gbps),鉴于更高频段拥有更多可用频谱,使用毫米波技术的确是最佳方法。
 
这次试验演示多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)功能,透过先进天线技术和自适应波束成形(Adaptive Beamforming)和波束追踪(Beam Tracking)技术,实现1GHz频宽内固定和移动场景之兆级传输速度,包括在视线(Iine-of-Sight,LOS)和近/非视线(near/Non-line-of-sight,n/NLOS)条件之环境,而试验过程中亦评估玻璃穿透损耗,树木及办公大楼之穿透损耗测算。
 
频谱是无线通讯技术资源。全球5G先发频段是C-band(频谱范围为3.3GHz~4.2GHz,4.4GHz~5.0GHz)和毫米波频段26GHz/28GHz/39GHz。其中在5G毫米波频率规划方面,美国于2016年率先规划27.5~28.35GHz、37~40GHz和64~71GHz,并进一步于2017年底追加规划24.25~24.45GHz、24.75~25.25GHz和47.2~48.2GHz,规划总量达到约13GHz,另持续在95GHz以上频段规划。
 
中国工信部2017年发布5G在3000~5000MHz频段(中频段)内的频率使用规划,并规划3300~3400MHz(原则上限室内使用)、3400~3600MHz和4800~5000MHz频段作为5G频段。
 
随着国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)和第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)定义的5G第一阶段频谱分配定义52.6GHz以下的频谱,而100GHz以下频谱将于2019年12月完成第二阶段(3GPPR16)予以分配。
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