從運(yùn)營(yíng)商集采看5G未來(lái)：全頻段多天線技術(shù)持續(xù)演進(jìn)

據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)，截止今年6月底，累計(jì)建設(shè)5G基站達(dá)96.1萬(wàn)個(gè)，5G手機(jī)終端連接數(shù)達(dá)3.65億戶，占全球80%以上，全國(guó)5G應(yīng)用創(chuàng)新案例超過(guò)1萬(wàn)個(gè)。

中國(guó)5G發(fā)展迅速，但還不夠。近日，為打造覆蓋更廣、更深的5G網(wǎng)絡(luò)，電信與聯(lián)通集采24萬(wàn)座2.1G 5G基站、移動(dòng)與廣電集采48萬(wàn)座700M 5G基站，共投資580億元。

業(yè)界高度關(guān)注國(guó)內(nèi)外廠商中標(biāo)份額，而我們從這兩次集采發(fā)現(xiàn)5G發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)營(yíng)商不僅只關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)容量、速率等用戶體驗(yàn)，還關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、低功耗。

5G商用至今約2年，預(yù)計(jì)今年底將達(dá)到170萬(wàn)座，未來(lái)幾年還將建設(shè)幾百萬(wàn)座5G基站（我國(guó)有約600萬(wàn)4G基站，5G未來(lái)會(huì)更多）。

那么從2021年下半年開(kāi)始，未來(lái)5G會(huì)走向何方？運(yùn)營(yíng)商如何建設(shè)5G？筆者從此次集采需求以及目前各地最前沿的5G技術(shù)試點(diǎn)中，找到一些被大家忽視的答案。

01 中頻在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中更具優(yōu)勢(shì)

隨著5G商用的不斷深入、5G滲透率的提升，手機(jī)流量更是爆發(fā)式增長(zhǎng)，人們對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的速率和覆蓋等體驗(yàn)要求會(huì)越來(lái)越高。ITU等組織數(shù)據(jù)顯示，到2025年，中國(guó)5G用戶DOU將從15GB增長(zhǎng)至100GB（全球?qū)⑦_(dá)到26GB），5G連接數(shù)將達(dá)到26億。

如何滿足未來(lái)的5G需求，高效、低成本地建設(shè)一張覆蓋廣、速度快、感知好的高品質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)，成為運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)階段迫切需要解決的難題。運(yùn)營(yíng)商該怎么做？

我們先從最關(guān)鍵的頻段入手分析。未來(lái)不論是700M、800M、900M等低頻段，還是1.8G、2.1G、2.6G、3.5G等中頻段，還是更高的毫米波頻段，都將演進(jìn)到5G。但下一步，運(yùn)營(yíng)商需要考慮哪種頻段更能滿足當(dāng)前5G用戶需求。

首先看低頻段。低頻段信號(hào)穿透性更好，覆蓋有優(yōu)勢(shì)，建網(wǎng)和維護(hù)成本低，一些運(yùn)營(yíng)商頻段資源豐富，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期容量相對(duì)夠用。

運(yùn)營(yíng)商在低頻段部署5G，也面臨干擾大、網(wǎng)絡(luò)速率相對(duì)“慢”的問(wèn)題。據(jù)測(cè)試，低頻段5G比同樣低頻段的4G網(wǎng)絡(luò)速率要快，但是也僅僅快了1.8倍而已，依然處于幾十Mbps的速率區(qū)間，可以說(shuō)是最慢的5G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法滿足用戶對(duì)5G的認(rèn)知和體驗(yàn)訴求。

由于低頻段的終端產(chǎn)業(yè)鏈還不成熟，目前全球僅發(fā)布兩張800M 5G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，尚未發(fā)布900M 5G商用網(wǎng)絡(luò)。所以說(shuō)，800M/900M重耕5G為時(shí)過(guò)早，預(yù)計(jì)2024年以后產(chǎn)業(yè)鏈才能步入正軌。

再看毫米波。運(yùn)營(yíng)商在高頻段毫米波部署5G，雖然能夠?yàn)橛脩魩?lái)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，但傳輸距離相對(duì)較短，或是下階段的建設(shè)目標(biāo)。這就意味著，運(yùn)營(yíng)商需要建設(shè)更多的5G基站，投入更多的資金。顯然對(duì)現(xiàn)階段的運(yùn)營(yíng)商而言，除了熱點(diǎn)覆蓋需求，其他場(chǎng)景都不適合建設(shè)高頻段。

最后看中頻譜。運(yùn)營(yíng)商在中頻段建設(shè)5G，相比低頻譜，能帶來(lái)更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，更大的數(shù)據(jù)容量；相比高頻譜，又能減少基站的建設(shè)數(shù)量，降低運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)成本。而且，中頻段的終端芯片、基站設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)更為成熟。

因此，在筆者認(rèn)為，未來(lái)幾年，運(yùn)營(yíng)商發(fā)力5G，依然會(huì)是以中頻譜5G基站建設(shè)為主，其他頻段為輔。如此一來(lái)，運(yùn)營(yíng)商就能在覆蓋廣度、成本、容量三者中找到平衡點(diǎn)。

GSA數(shù)據(jù)顯示，全球5G商用網(wǎng)超過(guò)160張，其中排名前四的是3.5G網(wǎng)絡(luò)（123張）、2.1G網(wǎng)絡(luò)（21張）、2.6G網(wǎng)絡(luò)（14張）以及700M網(wǎng)絡(luò)(13張)。從終端角度看，3.5G+2.1G終端產(chǎn)業(yè)成熟度領(lǐng)先2~3年，尤其2.1G 終端成熟度已接近3.5/2.6G。

成熟的產(chǎn)業(yè)是5G商業(yè)成功的基礎(chǔ)。從這個(gè)角度看，以2.1G+3.5G、700M+2.6G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)5G的中國(guó)運(yùn)營(yíng)商，具備未來(lái)幾年產(chǎn)業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

02   FDD 8T8R，助力運(yùn)營(yíng)商發(fā)揮中頻最大價(jià)值

除了頻譜，多天線也是滿足運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求的關(guān)鍵?，F(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商5G FDD網(wǎng)絡(luò)普遍使用的4T4R（4個(gè)發(fā)射天線和4個(gè)接收天線）等基站天線技術(shù)，想要通過(guò)單純的增加頻譜帶寬，已無(wú)法應(yīng)對(duì)流量增長(zhǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

而且，隨著5G用戶數(shù)的增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商不得不增加基站數(shù)量，支持海量連接，導(dǎo)致用戶之間的自干擾增加。傳統(tǒng)的2T2R、4T4R天線技術(shù)，并不支持用戶級(jí)的精準(zhǔn)導(dǎo)向，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)波束，導(dǎo)致用戶速率下降。

怎樣的多天線技術(shù)能夠讓運(yùn)營(yíng)商在實(shí)現(xiàn)5G覆蓋廣度的同時(shí)，也能兼顧基站容量、用戶體驗(yàn)等因素呢？我們知道，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，主要取決于網(wǎng)絡(luò)基站和智能手機(jī)等終端設(shè)備之間的信號(hào)收發(fā)工作模式，而多天線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基站容量的翻倍提升（基于多天線的精準(zhǔn)波束可控制干擾）。

所以，5G快速發(fā)展需要FDD向8T8R、Massive MIMO等多天線技術(shù)持續(xù)演進(jìn)。而筆者認(rèn)為，8T8R將是未來(lái)5GFDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方向，實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)與覆蓋的“魚(yú)和熊掌兼得”，具體原因有如下幾點(diǎn)。

首先，從標(biāo)準(zhǔn)角度看，3GPP充分考慮到終端多天線，在每一個(gè)協(xié)議版本都做了增強(qiáng)。R17版本將降低終端復(fù)雜度，可通過(guò)基站上下行頻段之間的相位信息，測(cè)試終端信道狀態(tài)。R18版本還將增加高精度編碼。

這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，至少需要5G FDD基站擁有8T8R天線技術(shù)。與此同時(shí)，5G時(shí)代的R15和R16協(xié)議對(duì)其性能進(jìn)行了大幅優(yōu)化，支持2.1G大帶寬2CC CA，R17和R18協(xié)議還將推動(dòng)FDD Massive MIMO的持續(xù)演進(jìn)。

其次，從終端角度看，智能手機(jī)等終端的4R（4個(gè)接收天線），可以釋放2.1G 8T8R基站的能力，而4R正成為5G手機(jī)標(biāo)配，可與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同最大化多天線價(jià)值。

未來(lái)在產(chǎn)業(yè)方面，6R/8R終端已經(jīng)在布局，目前技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)：終端整機(jī)上，6天線布局技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)終端基帶處理器上，主流基帶8R協(xié)議棧已經(jīng)支持。

而中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的相關(guān)白皮書將5G 2.1G 4R作為手機(jī)必選，要求中國(guó)市場(chǎng) 5G FDD手機(jī)都支持Sub3GHz 4R。

在終端廠商方面，主流中高端手機(jī)已支持5G FDD中頻 1.8/2.1G 4R，未來(lái)主流5G FDD手 機(jī)支持Sub 3GHz 4R，將是標(biāo)配。

與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上行能力是FDD 5G的主要優(yōu)勢(shì)。據(jù)測(cè)試，2.1G大帶寬2T（2個(gè)發(fā)射天線）終端上行峰值體驗(yàn)，已超過(guò)3.5G終端?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在終端市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及運(yùn)營(yíng)商需求推動(dòng)下，未來(lái)更多高端手機(jī)機(jī)型，將在2.1G頻段支持上行2T。

再次，從體驗(yàn)角度看，當(dāng)前60%-70%的移動(dòng)流量需求都是來(lái)自室內(nèi)，但室內(nèi)厚重的水泥墻，將成為室外宏基站實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的最大障礙。

2.1G  8T8R天線技術(shù)穿透能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)淺層的居民樓的室內(nèi)覆蓋，適合低時(shí)延業(yè)務(wù),使得運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)中更具優(yōu)勢(shì)。此外，8T8R相比傳統(tǒng)4T4R小區(qū)容量提升70%，覆蓋提升4dB以上。

最后，從運(yùn)維成本角度看，一方面，不論是城市的上行覆蓋，還是農(nóng)村的下行覆蓋，8T8R天線技術(shù)都是最佳的選擇，因?yàn)樵摷夹g(shù)具備可迭代優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)營(yíng)商投資后，10年內(nèi)不需要更換。

另一方面，2.1G 8T8R天線技術(shù)相比4T4R建網(wǎng)可節(jié)省30%-40%站點(diǎn)數(shù)量，預(yù)估7年TCO可節(jié)省30%以上。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，5G站點(diǎn)數(shù)量的減少，意味著未來(lái)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)更少的能源消耗，也符合我國(guó)“雙碳”目標(biāo)。

值得一提的是，當(dāng)前5G基站的天面資源緊張，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商在每個(gè)扇區(qū)只有一個(gè)抱桿或兩個(gè)抱桿，8T8R天線技術(shù)配套的天線可收編現(xiàn)網(wǎng)3G和4G天線，大幅簡(jiǎn)化站點(diǎn)并節(jié)約站點(diǎn)租金。

03   FDD 8T8R并非理論，運(yùn)營(yíng)商已在多地試點(diǎn)

據(jù)悉，F(xiàn)DD 8T8R多天線技術(shù)已在全球30多個(gè)運(yùn)營(yíng)商商用部署。在國(guó)內(nèi)，多家地方運(yùn)營(yíng)商也完成了8T8R商用驗(yàn)證，并取得不錯(cuò)的效果。

今年6月，廈門電信攜手華為完成全球首個(gè)4/5G雙模2.1G 8T8R聯(lián)合創(chuàng)新站點(diǎn)開(kāi)通。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，5G 2.1G 8T8R相比傳統(tǒng)4T4R的覆蓋深度提升4dB以上、下行容量提升50%以上。

廣州聯(lián)通完成首個(gè)NR2.1G 8T8R創(chuàng)新方案驗(yàn)證 

今年7月，中國(guó)聯(lián)通研究院、廣州聯(lián)通攜手華為在廣州生物島外場(chǎng)完成聯(lián)通集團(tuán)首個(gè)5G FDD 8T8R站點(diǎn)驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)基于FDD 2.1G 40MHz帶寬，實(shí)測(cè)8T8R相比傳統(tǒng)4T4R小區(qū)覆蓋提升5dB、小區(qū)容量提升高達(dá)70%。

廣東電信完成國(guó)內(nèi)首個(gè)高容量2.1G 8T8R RRU三扇區(qū)4/5G協(xié)同測(cè)試

同月，東莞電信攜手華為完成2.1G8T8R RRU三扇區(qū)協(xié)同首測(cè)，驗(yàn)證表明2.1G 8T8R RRU三扇區(qū)協(xié)同創(chuàng)新解決方案能有效緩解城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)覆蓋差、擁塞的問(wèn)題。

此外，8T8R的連片測(cè)試也正在進(jìn)行當(dāng)中。

筆者觀察：

8T8R是運(yùn)營(yíng)商未來(lái)5G FDD建網(wǎng)重要方向之一

隨著中國(guó)5G快速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)和商業(yè)投資更加要求實(shí)現(xiàn)最佳平衡點(diǎn)，而多天線技術(shù)多地試點(diǎn)驗(yàn)證證明已經(jīng)成熟，無(wú)不反映出我國(guó)5G未來(lái)的建設(shè)方向——全頻段走向5G, 多天線技術(shù)全面升級(jí)，做強(qiáng)容量和覆蓋體驗(yàn)。

其中，最值得關(guān)注的新生事物8T8R，它誕生的合理性在于“天時(shí)、地利、人和”：一是多天線標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)成熟，二是網(wǎng)絡(luò)和終端也ready，三是運(yùn)營(yíng)商通過(guò)試點(diǎn)認(rèn)可中頻8T8R價(jià)值，所以產(chǎn)業(yè)也到了發(fā)力期，即將全面走向多天線時(shí)代。

隨著5G終端的逐步普及和3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)演進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商將充分發(fā)揮FDD中頻資源稟賦優(yōu)勢(shì)，快速高效建設(shè)5G精品網(wǎng)絡(luò)，不斷提升廣大5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)，助力行業(yè)數(shù)字化升級(jí)。