從運營商集采看5G未來：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，累計建設(shè)5G基站達(dá)96.1萬個，5G手機終端連接數(shù)達(dá)3.65億戶，占全球80%以上，全國5G應(yīng)用創(chuàng)新案例超過1萬個。

中國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24萬座2.1G 5G基站、移動與廣電集采48萬座700M 5G基站，共投資580億元。

業(yè)界高度關(guān)注國內(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，運營商不僅只關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)容量、速率等用戶體驗，還關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、低功耗。

5G商用至今約2年，預(yù)計今年底將達(dá)到170萬座，未來幾年還將建設(shè)幾百萬座5G基站（我國有約600萬4G基站，5G未來會更多）。

那么從2021年下半年開始，未來5G會走向何方？運營商如何建設(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

隨著5G商用的不斷深入、5G滲透率的提升，手機流量更是爆發(fā)式增長，人們對5G網(wǎng)絡(luò)的速率和覆蓋等體驗要求會越來越高。ITU等組織數(shù)據(jù)顯示，到2025年，中國5G用戶DOU將從15GB增長至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)，成為運營商現(xiàn)階段迫切需要解決的難題。運營商該怎么做？

我們先從最關(guān)鍵的頻段入手分析。未來不論是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，運營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。低頻段信號穿透性更好，覆蓋有優(yōu)勢，建網(wǎng)和維護成本低，一些運營商頻段資源豐富，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期容量相對夠用。

運營商在低頻段部署5G，也面臨干擾大、網(wǎng)絡(luò)速率相對“慢”的問題。據(jù)測試，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，可以說是最慢的5G網(wǎng)絡(luò)，無法滿足用戶對5G的認(rèn)知和體驗訴求。

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，800M/900M重耕5G為時過早，預(yù)計2024年以后產(chǎn)業(yè)鏈才能步入正軌。

再看毫米波。運營商在高頻段毫米波部署5G，雖然能夠為用戶帶來更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，但傳輸距離相對較短，或是下階段的建設(shè)目標(biāo)。這就意味著，運營商需要建設(shè)更多的5G基站，投入更多的資金。顯然對現(xiàn)階段的運營商而言，除了熱點覆蓋需求，其他場景都不適合建設(shè)高頻段。

最后看中頻譜。運營商在中頻段建設(shè)5G，相比低頻譜，能帶來更高的數(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，降低運營商的建網(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，未來幾年，運營商發(fā)力5G，依然會是以中頻譜5G基站建設(shè)為主，其他頻段為輔。如此一來，運營商就能在覆蓋廣度、成本、容量三者中找到平衡點。

GSA數(shù)據(jù)顯示，全球5G商用網(wǎng)超過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)。從這個角度看，以2.1G+3.5G、700M+2.6G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)5G的中國運營商，具備未來幾年產(chǎn)業(yè)先發(fā)優(yōu)勢。

02   FDD 8T8R，助力運營商發(fā)揮中頻最大價值

除了頻譜，多天線也是滿足運營商5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求的關(guān)鍵。現(xiàn)在運營商5G FDD網(wǎng)絡(luò)普遍使用的4T4R（4個發(fā)射天線和4個接收天線）等基站天線技術(shù)，想要通過單純的增加頻譜帶寬，已無法應(yīng)對流量增長帶來的挑戰(zhàn)。

而且，隨著5G用戶數(shù)的增長，運營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)，并不支持用戶級的精準(zhǔn)導(dǎo)向，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)波束，導(dǎo)致用戶速率下降。

怎樣的多天線技術(shù)能夠讓運營商在實現(xiàn)5G覆蓋廣度的同時，也能兼顧基站容量、用戶體驗等因素呢？我們知道，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，主要取決于網(wǎng)絡(luò)基站和智能手機等終端設(shè)備之間的信號收發(fā)工作模式，而多天線技術(shù)可以實現(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5GFDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方向，實現(xiàn)體驗與覆蓋的“魚和熊掌兼得”，具體原因有如下幾點。

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

這些標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)，至少需要5G FDD基站擁有8T8R天線技術(shù)。與此同時，5G時代的R15和R16協(xié)議對其性能進(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FDD Massive MIMO的持續(xù)演進(jìn)。

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

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

而中國電信和中國聯(lián)通的相關(guān)白皮書將5G 2.1G 4R作為手機必選，要求中國市場 5G FDD手機都支持Sub3GHz 4R。

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

與此同時，網(wǎng)絡(luò)上行能力是FDD 5G的主要優(yōu)勢。據(jù)測試，2.1G大帶寬2T（2個發(fā)射天線）終端上行峰值體驗，已超過3.5G終端?？梢灶A(yù)見，在終端市場競爭以及運營商需求推動下，未來更多高端手機機型，將在2.1G頻段支持上行2T。

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

2.1G  8T8R天線技術(shù)穿透能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)淺層的居民樓的室內(nèi)覆蓋，適合低時延業(yè)務(wù),使得運營商在未來競爭中更具優(yōu)勢。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，因為該技術(shù)具備可迭代優(yōu)勢，在運營商投資后，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%站點數(shù)量，預(yù)估7年TCO可節(jié)省30%以上。對運營商而言，5G站點數(shù)量的減少，意味著未來網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)更少的能源消耗，也符合我國“雙碳”目標(biāo)。

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

03   FDD 8T8R并非理論，運營商已在多地試點

據(jù)悉，F(xiàn)DD 8T8R多天線技術(shù)已在全球30多個運營商商用部署。在國內(nèi)，多家地方運營商也完成了8T8R商用驗證，并取得不錯的效果。

今年6月，廈門電信攜手華為完成全球首個4/5G雙模2.1G 8T8R聯(lián)合創(chuàng)新站點開通。通過測試發(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NR2.1G 8T8R創(chuàng)新方案驗證 

今年7月，中國聯(lián)通研究院、廣州聯(lián)通攜手華為在廣州生物島外場完成聯(lián)通集團首個5G FDD 8T8R站點驗證，現(xiàn)場基于FDD 2.1G 40MHz帶寬，實測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%。

廣東電信完成國內(nèi)首個高容量2.1G 8T8R RRU三扇區(qū)4/5G協(xié)同測試

同月，東莞電信攜手華為完成2.1G8T8R RRU三扇區(qū)協(xié)同首測，驗證表明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、擁塞的問題。

此外，8T8R的連片測試也正在進(jìn)行當(dāng)中。

筆者觀察：

8T8R是運營商未來5G FDD建網(wǎng)重要方向之一

隨著中國5G快速發(fā)展，運營商對5G網(wǎng)絡(luò)體驗和商業(yè)投資更加要求實現(xiàn)最佳平衡點，而多天線技術(shù)多地試點驗證證明已經(jīng)成熟，無不反映出我國5G未來的建設(shè)方向——全頻段走向5G, 多天線技術(shù)全面升級，做強容量和覆蓋體驗。

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、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，三是運營商通過試點認(rèn)可中頻8T8R價值，所以產(chǎn)業(yè)也到了發(fā)力期，即將全面走向多天線時代。

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)，運營商將充分發(fā)揮FDD中頻資源稟賦優(yōu)勢，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，助力行業(yè)數(shù)字化升級。