作為一家致力于為當(dāng)前及未來5G射頻設(shè)備打造經(jīng)濟(jì)高效測試解決方案的供應(yīng)商，泰瑞達(dá)正攜手集成設(shè)備制造商(IDM)、無晶圓半導(dǎo)體設(shè)計(jì)商(fabless)和半導(dǎo)體封測外包商(OSAT)，共同搭建5G發(fā)展新生態(tài)。
5G，一項(xiàng)被描述為“與印刷機(jī)、電報(bào)、蒸汽機(jī)、電力、互聯(lián)網(wǎng)同等重要的通用技術(shù)”，其帶來的變革將重新定義工作流程并重塑競爭規(guī)則。
根據(jù)2020年11月IHS Markit發(fā)布的《后疫情時代的5G經(jīng)濟(jì)》報(bào)告，到2035年，5G創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出將達(dá)13.1萬億美元。未來十五年，全球5G資本支出和研發(fā)投入將增長10.8%，年均投入高達(dá)2650億美元，并創(chuàng)造2280萬個工作崗位。IHS Markit將這一增長歸因于對5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和終端前所未有的需求，以及對5G將變革廣泛行業(yè)的共識。
作為當(dāng)前無論是部署速度，還是基站數(shù)量、整體規(guī)模來看都位列全球第一的中國，更是5G市場的中堅(jiān)力量。2019年6月6日，工信部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電正式發(fā)放5G商用牌照，這是全球5G發(fā)展的標(biāo)志性事件，宣布中國5G時代正式開啟。據(jù)全球移動通信協(xié)會(GSMA)預(yù)測，到2025年全球5G連接數(shù)為14億，其中中國占4.6億，超過北美和歐洲的總和，位列全球第一。
5G服務(wù)的“鐵三角”
眾所周知，移動技術(shù)大約每十年完成一次代際演進(jìn)，每一代移動技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)都建立在前瞻性基礎(chǔ)科技研發(fā)的基礎(chǔ)之上，5G也不例外。3GPP在2017年發(fā)布的5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個版本Rel-15中，定義了三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)、超高可靠低延遲通信(URLLC)和海量物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)，這也常常被業(yè)界稱之為5G服務(wù)的“鐵三角”，具體包括：
數(shù)據(jù)整理來自ITU
增強(qiáng)型移動寬帶
集中表現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的移動性保證等，將是5G發(fā)展初期面向個人消費(fèi)市場的核心應(yīng)用場景。
超高可靠低延遲通信
該類型應(yīng)用對可靠性、超低時延和普及易用性要求極高，更多面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等特殊應(yīng)用，是未來社會走向智能化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。
海量物聯(lián)網(wǎng)
該場景數(shù)據(jù)速率較低，但覆蓋面廣，電池壽命更長。主要包括智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用場景，5G強(qiáng)大的連接能力可以快速促進(jìn)這些垂直行業(yè)深度融合。
從泰瑞達(dá)（Teradyne）的角度來看，上述這些趨勢正在從三方面影響5G測試需求：首先，在毫米波頻率下，天線陣列的應(yīng)用使得測試儀器上必須增加更多端口；其次，信號波束成形需要在接觸和空氣傳導(dǎo)(OTA)下進(jìn)行測試的技術(shù)創(chuàng)新。此外，增長率和需求的快速上升，正在以創(chuàng)紀(jì)錄的速度推動測試工位數(shù)和產(chǎn)出率不斷提高。
標(biāo)準(zhǔn)制定，從來不會“一蹴而就”
下圖是5G技術(shù)演進(jìn)的時間軸。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
可以看出，盡管Rel-15中囊括了基于OFDM的可拓展空口、基于時隙的靈活框架、先進(jìn)的信道編碼(包括多邊緣LDPC和CRC輔助極化碼)、massiveMIMO天線應(yīng)用以及移動毫米波在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)也都比較激進(jìn)，例如與4G相比，時延降低100倍、速率最多增加1000倍、網(wǎng)絡(luò)容量增加100倍等，但不難看出，其主要目標(biāo)還是要能夠?qū)崿F(xiàn)5G智能手機(jī)的應(yīng)用。
數(shù)據(jù)整理來自FCC
Rel-16是于2020年7月發(fā)布的5G標(biāo)準(zhǔn)的第二個版本，持續(xù)增強(qiáng)6GHz以下和毫米波頻段通信能力，降低功耗，增加更多對于毫米波波束的增強(qiáng)功能，引入集成接入回傳(IAB)節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，Rel-16版本還引入了全新的5G免許可頻譜設(shè)計(jì)、增強(qiáng)毫米波與中頻段的載波聚合和移動性、支持精準(zhǔn)的5G定位、更強(qiáng)的URLLC功能以支持5G車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和5G廣播等應(yīng)用；
Rel-R17則會在上述功能基礎(chǔ)上再進(jìn)一步增強(qiáng)，主要是支持eMBB之外的全新場景，將毫米波支持?jǐn)U展至直連通信、URLLC和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域；持續(xù)增強(qiáng)定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)厘米級精度，更低時延和更高的容量。不過由于受到新冠肺炎疫情的影響，Rel-17工作進(jìn)度較之原計(jì)劃會推遲大概一個季度，但全新NR-Light技術(shù)的引入將不會改變。
5G頻譜分配
下圖顯示了當(dāng)前全球主要地區(qū)5G頻譜劃分/計(jì)劃。可以看出，5G頻譜類型包括許可頻譜、免許可頻譜和共享頻譜，全球各主要地區(qū)都有從幾百兆赫茲到毫米波頻譜的分布和規(guī)劃，但低頻頻譜資源非常有限。
全球5G頻譜劃分/計(jì)劃一覽
從頻譜角度來看，5G主要有兩大可部署的頻譜，一個是6GHz以下頻段，頻率范圍大約是600MHz-6GHz范圍；另一個是毫米波頻段，它的頻率覆蓋范圍大約是26GHz-39GHz，甚至更高。整體而言，頻譜越高，可用頻寬越寬，頻譜資源越多，能承載的數(shù)據(jù)量也就越大，這是高頻譜優(yōu)勢。但是，隨著頻譜增高，它的傳輸性能及覆蓋能力會有所下降；相反，頻譜越低，可用頻寬降低，數(shù)據(jù)率也有所降低。但其傳輸性和覆蓋能力會有所提升，因此高低頻譜各有優(yōu)劣。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
目前6GHz以下頻段范圍內(nèi)頻譜的多工方式主要分為兩種：頻分多址(FDD)和時分多址(TDD)?？傮w而言，6GHz以下頻段范圍內(nèi)的頻段越低，F(xiàn)DD的頻段越多，例如6GHz以下頻率范圍內(nèi)的600MHz、700MHz、1.8GHz等低頻段，大部分都是FDD；而6GHz以下頻率范圍內(nèi)的2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等高頻段中TDD比較多。
從TDD和FDD的部署時間來看，TDD是優(yōu)先部署的，因?yàn)門DD頻段基本已經(jīng)就緒，而FDD大部分頻段已經(jīng)被現(xiàn)有的4G占用，4G向5G頻段的釋放過程需要時間，因此TDD的部署時間要相對早一些，后續(xù)會有FDD的相關(guān)部署。上述都是在6GHz以下頻率范圍內(nèi)的頻譜多工方式，如果在毫米波頻率范圍內(nèi)則基本上就都是TDD。
從下圖可以看到，截至2020年初，包括美國、中國、歐洲、韓國和澳大利亞在內(nèi)的國家和地區(qū)5G都是圍繞6GHz以下頻段的NSA模式進(jìn)行部署。同時，美國已開始部署毫米波。毫米波的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)率非常高，可以對一些熱點(diǎn)地區(qū)做重點(diǎn)覆蓋；而6GHz以下頻段覆蓋性較好，可以在更大范圍內(nèi)比如全部國土范圍進(jìn)行大面積的覆蓋。從長遠(yuǎn)來看，經(jīng)過一段時間的發(fā)展之后，絕大部分的國家和地區(qū)會同時部署6GHz以下和毫米波頻段。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
頻段的使用需要國家來劃分，頻段就緒也需要一定的時間，所以在5G部署初期不同國家頻譜的使用不同，毫米波和6GHz以下頻段部署的時間也不同，例如目前美國已經(jīng)率先部署毫米波。2020年還會有更多的5G的頻譜組合和技術(shù)將在全球范圍內(nèi)部署，NSA 6GHz以下TDD會在包括日本、拉丁美洲、東南亞等地區(qū)部署，毫米波也會在歐洲一些國家(俄羅斯、意大利的一部分)以及日本和韓國部署。由于6GHz以下FDD頻段目前絕大部分被4G占用，2020年之后將逐步釋放并部署5G，所以在2020年絕大部分國家都進(jìn)行了FDD的實(shí)驗(yàn)和部署。
在6GHz以下FDD、TDD頻譜都得以部署以后，為了追求更好的性能、更好的體驗(yàn)，各個國家和地區(qū)還會開始6GHz以下內(nèi)部TDD+TDD，F(xiàn)DD+FDD，TDD+FDD各種各樣載波聚合的部署。
從5G規(guī)范來講，目前業(yè)界主推的還是eMBB場景，Sub-6GHz只能將帶寬提高到千兆級，如果要將帶寬提升至萬兆級(也就是10Gbps以上)，實(shí)現(xiàn)“光纖級”體驗(yàn)，需要毫米波頻段才能實(shí)現(xiàn)。從目前的部署情況來看，業(yè)界普遍預(yù)計(jì)2021年毫米波將在全球幾大地區(qū)實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的商用部署。盡管在中國的商用時間可能會稍微晚些，但從信通院所進(jìn)行的毫米波測試規(guī)模來看，與海外預(yù)商用規(guī)模是相當(dāng)?shù)摹?
基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加速
盡管受到疫情的影響，但5G在全球加速部署的趨勢并未停止。最新數(shù)據(jù)顯示，目前，全球已有140家運(yùn)營商在59個國家及地區(qū)推出了5G商用網(wǎng)絡(luò)，412家運(yùn)營商在131個國家及地區(qū)進(jìn)行了5G投資。值得一提的是，超過40家運(yùn)營商正在提供5G固定無線接入或家庭寬帶服務(wù)，以充分發(fā)揮5G高帶寬的特性。
這與10年前4G剛開始部署的情況相比有著巨大的數(shù)量級差別：2011年左右，首個4G網(wǎng)絡(luò)開始部署。在4G部署的第一年中，全球只有4家運(yùn)營商、3家終端廠商推出了相關(guān)的商用產(chǎn)品及服務(wù)，因此5G的部署和發(fā)展速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過4G。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
具體到中國，得益于國家正在力推的“新基建”戰(zhàn)略，各地普遍加快了5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度。根據(jù)運(yùn)營商公開的信息，中國三大運(yùn)營商在2020年就建設(shè)了超過70萬個5G基站。目前，從模式和頻段來看，無論是NSA(非獨(dú)立組網(wǎng))和SA(獨(dú)立組網(wǎng))，還是Sub-6GHz和毫米波頻段，都在全球得到了部署。
終端設(shè)備層出不窮
從終端的角度來看，目前已經(jīng)有335款5G終端商用上市，相比2020年9月增加了51%。其中，233款5G智能手機(jī)已經(jīng)商用，相比去年9月增加了55%，而在2021年，全球5G手機(jī)出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到4.5-5.5億部，這將比4G實(shí)現(xiàn)相同里程碑的速度快了一倍。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
在中國市場，僅2020年1月，5G手機(jī)出貨量就接近550萬部，市場占比26%，而在隨后的2個月內(nèi)，國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)十家手機(jī)廠商及品牌陸續(xù)發(fā)布了5G旗艦智能手機(jī)，為消費(fèi)者帶來了豐富的5G終端選擇。截至2020年11月，中國5G終端連接數(shù)超過了1.8億。
數(shù)據(jù)整理來自泰瑞達(dá)
同時，伴隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，移動連接需求也在不斷增加，這也給5G帶來了不少發(fā)展機(jī)遇。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，2020年1月至2月，移動互聯(lián)網(wǎng)累計(jì)流量達(dá)到235億GB，同比增長44.2%；2月戶均移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量達(dá)到8.88GB，同比增長45.5%。這意味著，疫情期間，消費(fèi)者對移動互聯(lián)網(wǎng)的需求反而比以前更高了。
結(jié)語
構(gòu)建于4G LTE技術(shù)基礎(chǔ)之上的5G其實(shí)是一個集成的系統(tǒng)概念。要實(shí)現(xiàn)5G的成功，需要同步對不同領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行大量投入，包括5G新空口、載波聚合、授權(quán)和非授權(quán)LTE頻譜、射頻前端，以及Wi-Fi向MU-MIMO、802.11ad/ax的演進(jìn)等。如何構(gòu)建一個具備統(tǒng)一連接架構(gòu)和統(tǒng)一設(shè)計(jì)的平臺，以滿足未來多樣化的服務(wù)和部署，是5G未來發(fā)展成功的關(guān)鍵。
作為一家致力于為當(dāng)前及未來5G射頻設(shè)備打造經(jīng)濟(jì)高效測試解決方案的供應(yīng)商，泰瑞達(dá)正攜手集成設(shè)備制造商(IDM)、無晶圓半導(dǎo)體設(shè)計(jì)商(fabless)和半導(dǎo)體封測外包商(OSAT)，共同搭建5G發(fā)展新生態(tài)。
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