5G技术发展的下一步该如何进行？现有频段急需扩容

市场研究公司Dell'Oro Group副总裁及分析师Stefan Pongratz在最近的一篇博客文章中对5G技术未来发展所需的频谱进行了分析。根据预测，移动数据流量预计将在未来十年内再增长15-25倍，而现有的中频段和Massive MIMO技术并不足以应对这样的流量增长。

以下为这篇文章的主要内容：

随着5G如今正在6Ghz以下频段（同时包括低频段和中频段）全速部署，焦点正在转移至下一个频段前沿。即使从经济和技术的角度来看，与Massive MIMO结合使用的中频段取得了巨大的成功，以比最初设想低得多的资本支出实现了更多的总容量和吞吐量增长，但基线情况表明，移动数据流量预计将在未来十年内再增长15-25倍，到2030年将超过每月1ZB。尽管Massive MIMO和6Ghz以下频段频谱将在很大程度上带来5倍至潜在15倍的增长，但考虑到运营商面临的经济限制，这可能不足以满足未来十年的容量需求。

因此，所有的目光现在都集中在下一代5G频谱的前沿--也被称为6 GHz频段频谱（5.925-7.125 GHz）。美国联邦通信委员会（FCC）最近宣布了计划，将6GHz频段的1200MHz频谱用于非授权使用。为了最大程度地提高整体效率和对无线经济的潜在影响，其他国家和地区必须考虑在6GHz频段的非授权频谱和授权频谱之间采取更为平衡的方法。6425-7025MHz频段的WRC-23 IMT标识将为服务提供商提供一个实现5G愿景的坚实基础，同时为消费者、企业和行业提供600MHz的增量非授权频谱，以管理日益拥挤的WiFi网络。

基线情况假设移动数据流量在未来十年将增长15-25倍。虽然与前几十年的增长率相比，这一数字最初看起来可能相对较为缓慢，但现实情况是，我们有望在2030年消耗掉与智能手机时代前20年一样多的数据流量。

这其中不存在什么魔法。从最初的1G网络到今天的5G网络，运营商已经掌握了三种基本工具来应对容量增长，包括引入更高效的技术，部署更多的蜂窝基站，以及使用更多的频谱。

随着移动通信行业的发展，这些提升容量的手段的作用也随着时间的推移而波动，然而，一个始终不变的主题是：唾手可得的果实已经摘了下来，要想获得显著的收益，难度越来越大。

假设其他所有条件保持不变，那么从4G到5G的转变可以提高20%-30%的频谱效率。全球宏基站的部署数量每年以很高的个位数百分比在增长。small cell部署正在加速，但与此同时，不使用波束成型技术的同信道致密化会增加基站之间的干扰，从而限制了增长空间。

Massive MIMO和波束成型技术通过增加站点的天线数量解决了与small cell致密化相关的干扰限制，使运营商能够优化定向到目标用户的射频信号，同时将对剩余用户的干扰水平降至最低。

因此，从技术角度来看，Massive MIMO和波束成型是容量工具包的下一个最有效解决方案。此外，更有针对性的波束正在提高基站的小区范围，使运营商可以在较高的中频段上实现等效的2GHz LTE覆盖，从而减少了增加更多的站点来补偿更高运行频段带来的更高路径损耗的需求。

而且，由于移动基础设施投资和无线资本强度之间的耦合性仍然很强，这意味着受限的运营商收入增长将最终影响运营商提高资本支出的能力，因此中频段Massive MIMO对其的吸引力不难理解。容量的上升和由于不需要增加更多站点而产生的每比特成本收益的结合，构成了Massive MIMO成功的基础--Massive MIMO技术占2019年5G移动基础设施市场的70%以上。

毫不奇怪，Massive MIMO的前景依然看好，这表明运营商将使用32T32R、64T64R以及最终使用128T128R天线，尽可能从这一宝贵的中频段频谱中挤压出更多容量和价值。在当前关头确定确切的增长空间具有挑战性，但这并非不可想象的，根据频谱资产的不同，有效的Massive MIMO策略可以再产生5-15倍的增长。

无论如何，中频段上的Massive MIMO将不足以应对到2030年每月移动流量超过1ZB的基线情况。而且它肯定不能应对任何颠覆性设备的引入，这些颠覆性设备的引入将刺激使用移动网络的行为和视频流量消耗的改变。尽管视频消耗占了2019年移动数据流量的最大份额，但普通智能手机用户每天在移动网络上观看流媒体视频的时间仍然只有20分钟左右，而基线预测是建立在这样的假设之上：到2030年，普通智能手机用户每天将花费不超过45分钟的时间来观看4K视频。

非授权频谱支持者倾向于将6GHz频段的大部分或者全部频谱分配给非授权应用，这意味着他们预计移动数据消耗增长的放缓速度将远远快于普遍预期，或者毫米波技术可以在解决预期的短缺方面发挥重要作用。

随着2020年毫米波基站的安装部署数量将超过10万个，毫米波智能手机设备已经具备Gbps性能，因此，大多数人都认为，基于5G NR技术的毫米波的发展速度比最初预期的要快得多。与此同时，对于早期和晚期的大多数运营商来说，经济上的优势还不足以让他们在更广阔的城市地区部署毫米波系统，而且在资本支出受限的情况下，这项技术还不能应对整体移动数据流量中很大一部分。即便向上调整了预期，5G毫米波系统未来五年内在无线电出货量中的占比仍将不足5%。

但是，通过600MHz的6GHz频谱和基于EIRP水平的宏基站，运营商将能够利用现有的宏蜂窝网络来部署采用波束成型技术的Massive MIMO系统，从而为运营商提供更多的能力，使其不仅能够应对资本支出受限背景下未来十年的基线增长预测，并且也有一定的余地来应对新的颠覆性设备的引入或是比预期更多的物联网/固定无线接入用例使用。

从速度的角度来看，IMT-2020标准和愿景中一个更重要的要求是，5G网络应该始终能够随时随地为所有用户提供100mbit/s的数据速率。因此，除了对网络容量进行规划外，运营商还需要将网络设计为在每个小区和每一天提供一致的体验。

简而言之，我们不知道未来十年将实现多少5G愿景。但是我们确实知道运营商可以使用哪些工具来应对从MBB向eMBB和物联网的持续过渡。尽管移动网络的增长速度可能将以比预期快得多的速度放缓，频谱政策也需要考虑替代方案，但是，如果人们每天花费超过5%的时间在移动网络上观看视频，那该怎么办呢？