市場研究公司Dell'Oro Group副總裁及分析師Stefan Pongratz在最近的一篇博客文章中對5G技術(shù)未來發(fā)展所需的頻譜進(jìn)行了分析。根據(jù)預(yù)測，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)計(jì)將在未來十年內(nèi)再增長15-25倍，而現(xiàn)有的中頻段和Massive MIMO技術(shù)并不足以應(yīng)對這樣的流量增長。
以下為這篇文章的主要內(nèi)容：
隨著5G如今正在6Ghz以下頻段（同時(shí)包括低頻段和中頻段）全速部署，焦點(diǎn)正在轉(zhuǎn)移至下一個(gè)頻段前沿。即使從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度來看，與Massive MIMO結(jié)合使用的中頻段取得了巨大的成功，以比最初設(shè)想低得多的資本支出實(shí)現(xiàn)了更多的總?cè)萘亢屯掏铝吭鲩L，但基線情況表明，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)計(jì)將在未來十年內(nèi)再增長15-25倍，到2030年將超過每月1ZB。盡管Massive MIMO和6Ghz以下頻段頻譜將在很大程度上帶來5倍至潛在15倍的增長，但考慮到運(yùn)營商面臨的經(jīng)濟(jì)限制，這可能不足以滿足未來十年的容量需求。
因此，所有的目光現(xiàn)在都集中在下一代5G頻譜的前沿--也被稱為6 GHz頻段頻譜（5.925-7.125 GHz）。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）最近宣布了計(jì)劃，將6GHz頻段的1200MHz頻譜用于非授權(quán)使用。為了最大程度地提高整體效率和對無線經(jīng)濟(jì)的潛在影響，其他國家和地區(qū)必須考慮在6GHz頻段的非授權(quán)頻譜和授權(quán)頻譜之間采取更為平衡的方法。6425-7025MHz頻段的WRC-23 IMT標(biāo)識(shí)將為服務(wù)提供商提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)5G愿景的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)為消費(fèi)者、企業(yè)和行業(yè)提供600MHz的增量非授權(quán)頻譜，以管理日益擁擠的WiFi網(wǎng)絡(luò)。
基線情況假設(shè)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量在未來十年將增長15-25倍。雖然與前幾十年的增長率相比，這一數(shù)字最初看起來可能相對較為緩慢，但現(xiàn)實(shí)情況是，我們有望在2030年消耗掉與智能手機(jī)時(shí)代前20年一樣多的數(shù)據(jù)流量。
這其中不存在什么魔法。從最初的1G網(wǎng)絡(luò)到今天的5G網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商已經(jīng)掌握了三種基本工具來應(yīng)對容量增長，包括引入更高效的技術(shù)，部署更多的蜂窩基站，以及使用更多的頻譜。
隨著移動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展，這些提升容量的手段的作用也隨著時(shí)間的推移而波動(dòng)，然而，一個(gè)始終不變的主題是：唾手可得的果實(shí)已經(jīng)摘了下來，要想獲得顯著的收益，難度越來越大。
假設(shè)其他所有條件保持不變，那么從4G到5G的轉(zhuǎn)變可以提高20%-30%的頻譜效率。全球宏基站的部署數(shù)量每年以很高的個(gè)位數(shù)百分比在增長。small cell部署正在加速，但與此同時(shí)，不使用波束成型技術(shù)的同信道致密化會(huì)增加基站之間的干擾，從而限制了增長空間。
Massive MIMO和波束成型技術(shù)通過增加站點(diǎn)的天線數(shù)量解決了與small cell致密化相關(guān)的干擾限制，使運(yùn)營商能夠優(yōu)化定向到目標(biāo)用戶的射頻信號(hào)，同時(shí)將對剩余用戶的干擾水平降至最低。
因此，從技術(shù)角度來看，Massive MIMO和波束成型是容量工具包的下一個(gè)最有效解決方案。此外，更有針對性的波束正在提高基站的小區(qū)范圍，使運(yùn)營商可以在較高的中頻段上實(shí)現(xiàn)等效的2GHz LTE覆蓋，從而減少了增加更多的站點(diǎn)來補(bǔ)償更高運(yùn)行頻段帶來的更高路徑損耗的需求。
而且，由于移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施投資和無線資本強(qiáng)度之間的耦合性仍然很強(qiáng)，這意味著受限的運(yùn)營商收入增長將最終影響運(yùn)營商提高資本支出的能力，因此中頻段Massive MIMO對其的吸引力不難理解。容量的上升和由于不需要增加更多站點(diǎn)而產(chǎn)生的每比特成本收益的結(jié)合，構(gòu)成了Massive MIMO成功的基礎(chǔ)--Massive MIMO技術(shù)占2019年5G移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施市場的70%以上。
毫不奇怪，Massive MIMO的前景依然看好，這表明運(yùn)營商將使用32T32R、64T64R以及最終使用128T128R天線，盡可能從這一寶貴的中頻段頻譜中擠壓出更多容量和價(jià)值。在當(dāng)前關(guān)頭確定確切的增長空間具有挑戰(zhàn)性，但這并非不可想象的，根據(jù)頻譜資產(chǎn)的不同，有效的Massive MIMO策略可以再產(chǎn)生5-15倍的增長。
無論如何，中頻段上的Massive MIMO將不足以應(yīng)對到2030年每月移動(dòng)流量超過1ZB的基線情況。而且它肯定不能應(yīng)對任何顛覆性設(shè)備的引入，這些顛覆性設(shè)備的引入將刺激使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的行為和視頻流量消耗的改變。盡管視頻消耗占了2019年移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的最大份額，但普通智能手機(jī)用戶每天在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上觀看流媒體視頻的時(shí)間仍然只有20分鐘左右，而基線預(yù)測是建立在這樣的假設(shè)之上：到2030年，普通智能手機(jī)用戶每天將花費(fèi)不超過45分鐘的時(shí)間來觀看4K視頻。
非授權(quán)頻譜支持者傾向于將6GHz頻段的大部分或者全部頻譜分配給非授權(quán)應(yīng)用，這意味著他們預(yù)計(jì)移動(dòng)數(shù)據(jù)消耗增長的放緩速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于普遍預(yù)期，或者毫米波技術(shù)可以在解決預(yù)期的短缺方面發(fā)揮重要作用。
隨著2020年毫米波基站的安裝部署數(shù)量將超過10萬個(gè)，毫米波智能手機(jī)設(shè)備已經(jīng)具備Gbps性能，因此，大多數(shù)人都認(rèn)為，基于5G NR技術(shù)的毫米波的發(fā)展速度比最初預(yù)期的要快得多。與此同時(shí)，對于早期和晚期的大多數(shù)運(yùn)營商來說，經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢還不足以讓他們在更廣闊的城市地區(qū)部署毫米波系統(tǒng)，而且在資本支出受限的情況下，這項(xiàng)技術(shù)還不能應(yīng)對整體移動(dòng)數(shù)據(jù)流量中很大一部分。即便向上調(diào)整了預(yù)期，5G毫米波系統(tǒng)未來五年內(nèi)在無線電出貨量中的占比仍將不足5%。
但是，通過600MHz的6GHz頻譜和基于EIRP水平的宏基站，運(yùn)營商將能夠利用現(xiàn)有的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)來部署采用波束成型技術(shù)的Massive MIMO系統(tǒng)，從而為運(yùn)營商提供更多的能力，使其不僅能夠應(yīng)對資本支出受限背景下未來十年的基線增長預(yù)測，并且也有一定的余地來應(yīng)對新的顛覆性設(shè)備的引入或是比預(yù)期更多的物聯(lián)網(wǎng)/固定無線接入用例使用。
從速度的角度來看，IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)和愿景中一個(gè)更重要的要求是，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該始終能夠隨時(shí)隨地為所有用戶提供100mbit/s的數(shù)據(jù)速率。因此，除了對網(wǎng)絡(luò)容量進(jìn)行規(guī)劃外，運(yùn)營商還需要將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為在每個(gè)小區(qū)和每一天提供一致的體驗(yàn)。
簡而言之，我們不知道未來十年將實(shí)現(xiàn)多少5G愿景。但是我們確實(shí)知道運(yùn)營商可以使用哪些工具來應(yīng)對從MBB向eMBB和物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)過渡。盡管移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的增長速度可能將以比預(yù)期快得多的速度放緩，頻譜政策也需要考慮替代方案，但是，如果人們每天花費(fèi)超過5%的時(shí)間在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上觀看視頻，那該怎么辦呢？