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，移動數(shù)據(jù)流量預(yù)計將在未來十年內(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（同時包括低頻段和中頻段）全速部署，焦點正在轉(zhuǎn)移至下一個頻段前沿。即使從經(jīng)濟和技術(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，移動數(shù)據(jù)流量預(yù)計將在未來十年內(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，但考慮到運營商面臨的經(jīng)濟限制，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（FCC）最近宣布了計劃，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)識將為服務(wù)提供商提供一個實現(xiàn) 5G 愿景的堅實基礎(chǔ)，同時為消費者、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)實情況是，我們有望在 2030 年消耗掉與智能手機時代前 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間的推移而波動，然而，一個始終不變的主題是：唾手可得的果實已經(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)量每年以很高的個位數(shù)百分比在增長。small cell 部署正在加速，但與此同時，不使用波束成型技術(shù)的同信道致密化會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，使運營商能夠優(yōu)化定向到目標(biāo)用戶的射頻信號，同時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，使運營商可以在較高的中頻段上實現(xiàn)等效的 2GHz LTE 覆蓋，從而減少了增加更多的站點來補償更高運行頻段帶來的更高路徑損耗的需求。
而且，由于移動基礎(chǔ)設(shè)施投資和無線資本強度之間的耦合性仍然很強，這意味著受限的運營商收入增長將最終影響運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 年移動數(shù)據(jù)流量的最大份額，但普通智能手機用戶每天在移動網(wǎng)絡(luò)上觀看流媒體視頻的時間仍然只有 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，普通智能手機用戶每天將花費不超過 45 分鐘的時間來觀看 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)計移動數(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，毫米波智能手機設(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，對于早期和晚期的大多數(shù)運營商來說，經(jīng)濟上的優(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，這項技術(shù)還不能應(yīng)對整體移動數(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)和愿景中一個更重要的要求是，5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該始終能夠隨時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，運營商還需要將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為在每個小區(qū)和每一天提供一致的體驗。
簡而言之，我們不知道未來十年將實現(xiàn)多少 5G 愿景。但是我們確實知道運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，如果人們每天花費超過 5% 的時間在移動網(wǎng)絡(luò)上觀看視頻，那該怎么辦呢？
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