任正非說美國選毫米波“押錯(cuò)寶” 究竟怎么回事

來源：科工力量 柳葉刀

12月27日，華為心聲社區(qū)發(fā)布任正非接受《華爾街日報(bào)》采訪表示，美國在5G上有判斷失誤的問題。不是美國真正輸給華為，而是選擇時(shí)押錯(cuò)寶了，華為押的是厘米波，美國押的是毫米波。

根據(jù)3GPP R15版本的定義，5G NR（5G空口，即終端和基站之間通信的接口）包括了兩大頻譜范圍（Frequency Range，F(xiàn)R）。FR1的頻率范圍是450MHz到6GHz，也被稱為Sub-6G。FR2的頻率范圍是24GHz到52GHz，這段頻譜的電磁波波長大部分都是毫米級別的，因此也叫毫米波mm Wave。

在5G的建設(shè)中，中國和世界上大部分國家5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)基本選擇在FR1頻段進(jìn)行，相比于FR2，其優(yōu)點(diǎn)是頻率低，繞射能力強(qiáng)，覆蓋效果好，是當(dāng)前5G的主用頻譜。其中低于3GHz的部分，包括了現(xiàn)網(wǎng)在用的2G、3G、4G的頻譜，在建網(wǎng)初期可以利用舊站址的部分資源實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署。

中國在Sub-6G頻段建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，美國選擇在mm Wave頻段建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)

但是，美國在5G的部署上，選擇了FR2頻段作為切入點(diǎn)，但給自己帶來了困境。從技術(shù)角度來講，毫米波頻段通信受限于高頻器件，支持毫米波的集成電路投入成本更高。FR2所在的頻段高，可以劃分出更多的頻譜資源，超大帶寬、頻譜干凈、干擾小。但是頻率越高覆蓋范圍越小，需要更多的基站進(jìn)行部署，成本大幅升高。

“押寶”毫米波 美國面臨被孤立的困境

毫米波技術(shù)的研究歷史已經(jīng)超過百年，可以追溯到19世紀(jì)末。但長時(shí)間以來，毫米波主要應(yīng)用于軍事、射電天文等領(lǐng)域。近年來，隨著5G的發(fā)展，毫米波成為5G的核心技術(shù)之一。5G網(wǎng)絡(luò)的低頻段（Sub-6）支持n×1Gbit/s的高速通信，而毫米波頻譜支持n×10Gbit/s的高速通信。

美國選擇毫米波作為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的切入點(diǎn)，一方面原因是，美國開發(fā)毫米波有它的技術(shù)優(yōu)勢，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）早在2015年就已經(jīng)規(guī)劃了28GHz、37GHz、39GHz和64~71GHz四個(gè)頻段為美國5G毫米波推薦頻段。去年2月，高通發(fā)布的驍龍X55，支持26GHz、28GHz、39GHz三個(gè)毫米波段，以及TDD/FDD雙模式的5G NR 6GHz以下頻段。

幾乎所有無線電頻譜已經(jīng)劃分為軍用和民用，其中一些重要的頻段被專門用于電視和無線電廣播，以及各種導(dǎo)航和衛(wèi)星。所以，美國選擇開發(fā)毫米波5G技術(shù)的另一個(gè)原因是，當(dāng)前中國力推的Sub-6G頻段，在美國已被軍事和衛(wèi)星占用，短時(shí)間內(nèi)無法快速將Sub-6G頻段騰出來給5G網(wǎng)絡(luò)使用。

《財(cái)富》雜志在今年10月份的報(bào)道就指出，美國AT T、Verizon和T-Mobile等供應(yīng)商開始向特定的市場消費(fèi)者供應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)，但是這些網(wǎng)絡(luò)于采用高頻頻譜的基站。從技術(shù)上講，高頻頻譜提供了最快的上網(wǎng)速度，但是覆蓋的區(qū)域有限，在中國及世界上其他大部分地區(qū)，5G發(fā)展主要集中在中低頻，因?yàn)轭l譜較低的基站可以覆蓋更廣的范圍。

IHS Markit分析師Stephane Teral表示，目前，美國市場要求一個(gè)頻率，而世界上其他地方要求另一個(gè)通用頻率，這讓美國面臨孤立局面。

深感中國中頻5G網(wǎng)絡(luò)威脅 美國欲打算轉(zhuǎn)戰(zhàn)Sub-6G

美國國防創(chuàng)新委員會去年在谷歌公司的幫助下，對美國5G網(wǎng)絡(luò)使用的mm Wave配置標(biāo)準(zhǔn)和中國5G網(wǎng)絡(luò)使用的sub-6配置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了現(xiàn)場對此測試。

谷歌的測試結(jié)果，在加州洛杉磯的平坦地區(qū)，同一高度的基站，28GHz（左）與3.4GHz（右）部署方式的信號傳播差異，藍(lán)色代表100Mb/s，紅色代表1Gb/s

結(jié)果顯示，（在某一選定的區(qū)域內(nèi)）mm Wave只能給不到4%的用戶提供每秒千兆的網(wǎng)速，而sub-6G可為約21%的用戶提供每秒千兆網(wǎng)速。在提供百兆網(wǎng)速方面，mm Wave只能覆蓋不到12%的用戶，sub-6G的覆蓋率可以達(dá)57%。初步研究甚至沒有考慮人體和車輛可能阻斷mm Wave信號，這將進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)有效性。

5G世界由中國公司主導(dǎo)的前景，令美國軍方不安。美國國防創(chuàng)新委員會報(bào)告稱，部署在海外的美國軍隊(duì)可能會發(fā)現(xiàn)自己通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，而整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)都嵌入了中國設(shè)備，這將對國防部的行動和網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

面對可能成為廣域網(wǎng)全球標(biāo)準(zhǔn)的中國sub-6G通信方式，美國五角大樓顧問委員會建議美國政府把重心從mm Wave移開，要求美國國防部在4GHz頻段共享其500MHz頻譜資源。

特朗普力推釋放更多頻譜 低、中、高頻頻譜資源統(tǒng)籌規(guī)劃

在過去的幾個(gè)月，美國聯(lián)邦通信委員會推出了一系列的頻譜拍賣活動，因?yàn)樗庇趦冬F(xiàn)特朗普關(guān)于在美國全境建立超高速互聯(lián)網(wǎng)承諾。去年2月，特朗普曾在推特上呼吁，希望美國盡可能快的發(fā)展5G，甚至6G技術(shù)。

推動5G建設(shè)，釋放頻譜資源是關(guān)鍵。同樣在去年4月，特朗普在白宮發(fā)表演講時(shí)表示，美國將釋放更多的無線頻譜并簡化通信設(shè)施建設(shè)許可，以在5G領(lǐng)域獲得領(lǐng)導(dǎo)地位。

2018年9月，美國聯(lián)邦通信委員會就宣布了《5G快速計(jì)劃》（5G Fast Plan）。文件內(nèi)容指出，在高頻段，美國聯(lián)邦通信委員會將對24GHz、28GHz、37GHz、39GHz、47GHz的頻段進(jìn)行拍賣，并將努力釋放26GHz與42GHz頻譜資源。

美國聯(lián)邦通信委員會《5G快速計(jì)劃》

而在中頻段，該委員會正考慮將2.5GHz、3.5GHz和3.7~4.2GHz的頻譜資源釋放，提供844MHz帶寬用以建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。另外在低頻段，委員會將改善5G服務(wù)對低頻段的使用，目標(biāo)是改變600MHz、800MHz和900MHz。

上個(gè)月，美國聯(lián)邦通信委員會啟動了新一輪毫米波頻譜拍賣，拍賣范圍包括37GHz較高頻段（37.6GHz~38.6GHz）、39GHz（38.6GHz~40GHz） 47GHz（47.2GHz~48.2GHz）頻段，共計(jì)3400MHz頻譜，1.41萬張?jiān)S可證。

2020年，美國聯(lián)邦通信委員會還將進(jìn)行兩次中頻段頻譜拍賣，包括計(jì)劃6月進(jìn)行的3.5GHz頻譜拍賣和下半年進(jìn)行的3.7GHz~4.2GHz頻譜拍賣。委員會計(jì)劃在2020年年底前拍賣3.7GHz~4.2GHz頻段的280MHz頻譜，同時(shí)保留200MHz以上的頻譜用于廣播。

美巨頭爭奪5G頻譜控制權(quán)陷入“口水戰(zhàn)”

據(jù)《福布斯》雜志去年9月份報(bào)道，美國第三大無線運(yùn)營商T-Mobile以巨額資金成功收購美國第四大無線運(yùn)營商Sprint，從而擁有相當(dāng)多的5G頻譜，這或許會加速美國部署5G網(wǎng)絡(luò)。

然而，事情發(fā)展并非如此簡單，幾乎就在同一時(shí)間，英國《金融時(shí)報(bào)》就披露，美國政府5G頻譜拍賣，引發(fā)了蘋果、微軟、臉書和谷歌在內(nèi)的科技巨頭與愛立信等公司的爭執(zhí)不休。

截圖自《金融時(shí)報(bào)》

正如前文所提到的那樣，美國聯(lián)邦通信委員會已經(jīng)在統(tǒng)籌規(guī)劃高、中、低頻段頻譜資源的釋放，推動了一系列頻譜銷售。但是最棘手的問題是6GHz附近的頻段，美國聯(lián)邦通信委員會開放6GHz頻段用于WiFi，《金融時(shí)報(bào)》稱，包括蘋果、微軟、臉書和谷歌在內(nèi)的11家科技公司組成的集團(tuán)支持委員會的決定，但愛立信等公司擔(dān)心，這一頻段可能會干擾他們現(xiàn)有的通信衛(wèi)星。

圍繞C波段（4~8GHz），也爆發(fā)了一場類似的公開斗爭。幾家廣播公司使用C波段通過衛(wèi)星上傳和下載內(nèi)容，但美國聯(lián)邦通信委員會希望將其用于5G。但美國國家海洋和大氣協(xié)會抱怨說，開放24GHz頻率可能會干擾其氣象衛(wèi)星。

確立未來通信領(lǐng)域地位 毫米波仍是關(guān)鍵

總體上看，5G網(wǎng)絡(luò)毫米波產(chǎn)業(yè)鏈還處于初級階段，距離成熟商用還有一定距離。關(guān)于毫米波，最大的反對聲音在于，高頻信號傳播距離短并且容易被物體影響，因此需要大量的基站進(jìn)行密集覆蓋。這樣的高建設(shè)成本是運(yùn)營商難以承擔(dān)的。但是毫米波的技術(shù)優(yōu)勢不能因此被忽視。

從帶寬來看，6GHz頻段以下的LTE最大可用帶寬僅為100MHz，這意味著數(shù)據(jù)速率最高只能滿足1Gbps的下行，但毫米波頻段移動應(yīng)用最大帶寬達(dá)到了400MHz，傳輸速度達(dá)到10Gbps甚至更多。其次，從頻譜資源看，毫米波頻段更為豐富。前期通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，使得30GHz內(nèi)的頻譜資源幾乎快消耗殆盡，幾乎全球運(yùn)營商都正在面臨頻譜資源短缺問題，LTE與5G的沖突愈發(fā)明顯，因此此時(shí)未經(jīng)開墾的毫米波勢必會成為未來移動通信領(lǐng)域的“新大陸”。

毫米波技術(shù)今后可能成為“熱門”技術(shù)，以空聯(lián)網(wǎng)（IoS）為例，其利用中低軌衛(wèi)星網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球無死角高速覆蓋，正在成為繼物聯(lián)網(wǎng)之后的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始規(guī)劃和部署高速空聯(lián)網(wǎng)。發(fā)展高速空聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是高速數(shù)據(jù)傳輸與組網(wǎng)技術(shù)。為了支撐如此高的吞吐率和吉比特每秒量級的數(shù)據(jù)傳輸，大帶寬的毫米波通信技術(shù)成為首選。此外，相較于微波低頻段，毫米波系統(tǒng)和天線體積、重量將大幅減小。

在北美，美國AT T和Verizon等運(yùn)營商都積極投身于發(fā)展高頻5G技術(shù)，其中AT T通過收購Fiber Tower獲得了39GHz附近的頻段資源，而Verizon在美國國家儀器（NI）公司的支持下，于2017年3月展示了全球首款實(shí)時(shí)28GHz Verizon 5G無線原型系統(tǒng)。在亞洲，無論是日本運(yùn)營商N(yùn)TT docomo，還是韓國電信KT都將高頻納入5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)測試。值得注意的是，在主設(shè)備方面，由于目前北美和日韓在毫米波系統(tǒng)研究方面走在前列，所以廠家設(shè)備頻段以北美和日韓頻段為主。

中頻段組網(wǎng)是中國5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基礎(chǔ)，但是追求更高速率、更大帶寬，毫米波研究是重要環(huán)節(jié)。工業(yè)和信息化部也于2017年7月批復(fù)24.75~27.5Ghz和37~42.5GHz用于5G技術(shù)研發(fā)測試。專家指出，頻譜是移動通信產(chǎn)業(yè)最根本的生命線，推動5G毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要國內(nèi)明確毫米波的頻譜規(guī)劃和劃分。

截圖自：工業(yè)和信息化部

雖然此前任正非稱華為“押寶”厘米波，但其在毫米波領(lǐng)域也擁有巨大潛力。在去年的開發(fā)者大會上，華為展示了使用折疊屏手機(jī)HUAWEI Mate X通過毫米波技術(shù)與基站通信在線播放4K高清視頻，該款手機(jī)搭載的5G多模芯片巴龍5000，不僅支持Sub-6G低頻，還支持毫米波26GHz和28GHz高頻，顯示出華為在5G毫米波領(lǐng)域同樣擁有技術(shù)優(yōu)勢。

另外，從2019年11月初召開的5G創(chuàng)新高峰論壇上獲悉，除了終端領(lǐng)域，在通信設(shè)備制造方面，目前華為、中興均已完成了5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)測試的功能、射頻和外場性能，這也有利地支撐了我國毫米波規(guī)劃工作。

結(jié)束語

特朗普近期參觀蘋果位于德克薩斯州奧斯汀工廠時(shí)，詢問庫克是否能讓蘋果公司參與在美國建設(shè)5G，此舉被媒體毫不留情地諷刺為“無知”。實(shí)際上，目前全球能提供5G設(shè)備的主要供應(yīng)商分別華為、中興、諾基亞、愛立信，而美國也僅剩高通這樣的5G芯片制造商。沒有設(shè)備供應(yīng)商，再加上5G網(wǎng)絡(luò)毫米波產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，商用存在困難，使得美國5G建設(shè)面臨窘境。

不過，就毫米波技術(shù)本身來講，不可否認(rèn)其未來價(jià)值。在中低頻5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，中國確實(shí)抓住了機(jī)會，但是想獲得更高速率、更大帶寬，毫米波研究仍是關(guān)鍵。