任正非說美國選毫米波“押錯寶” 究竟怎么回事
來源：科工力量 柳葉刀
12月27日，華為心聲社區發布任正非接受《華爾街日報》采訪表示，美國在5G上有判斷失誤的問題。不是美國真正輸給華為，而是選擇時押錯寶了，華為押的是厘米波，美國押的是毫米波。
根據3GPP R15版本的定義，5G NR（5G空口，即終端和基站之間通信的接口）包括了兩大頻譜范圍（Frequency Range，FR）。FR1的頻率范圍是450MHz到6GHz，也被稱為Sub-6G。FR2的頻率范圍是24GHz到52GHz，這段頻譜的電磁波波長大部分都是毫米級別的，因此也叫毫米波mm Wave。
在5G的建設中，中國和世界上大部分國家5G網絡的建設基本選擇在FR1頻段進行，相比于FR2，其優點是頻率低，繞射能力強，覆蓋效果好，是當前5G的主用頻譜。其中低于3GHz的部分，包括了現網在用的2G、3G、4G的頻譜，在建網初期可以利用舊站址的部分資源實現5G網絡的快速部署。
中國在Sub-6G頻段建設5G網絡，美國選擇在mm Wave頻段建設5G網絡
但是，美國在5G的部署上，選擇了FR2頻段作為切入點，但給自己帶來了困境。從技術角度來講，毫米波頻段通信受限于高頻器件，支持毫米波的集成電路投入成本更高。FR2所在的頻段高，可以劃分出更多的頻譜資源，超大帶寬、頻譜干凈、干擾小。但是頻率越高覆蓋范圍越小，需要更多的基站進行部署，成本大幅升高。
“押寶”毫米波 美國面臨被孤立的困境
毫米波技術的研究歷史已經超過百年，可以追溯到19世紀末。但長時間以來，毫米波主要應用于軍事、射電天文等領域。近年來，隨著5G的發展，毫米波成為5G的核心技術之一。5G網絡的低頻段（Sub-6）支持n×1Gbit/s的高速通信，而毫米波頻譜支持n×10Gbit/s的高速通信。
美國選擇毫米波作為5G網絡建設的切入點，一方面原因是，美國開發毫米波有它的技術優勢，美國聯邦通信委員會（FCC）早在2015年就已經規劃了28GHz、37GHz、39GHz和64~71GHz四個頻段為美國5G毫米波推薦頻段。去年2月，高通發布的驍龍X55，支持26GHz、28GHz、39GHz三個毫米波段，以及TDD/FDD雙模式的5G NR 6GHz以下頻段。
幾乎所有無線電頻譜已經劃分為軍用和民用，其中一些重要的頻段被專門用于電視和無線電廣播，以及各種導航和衛星。所以，美國選擇開發毫米波5G技術的另一個原因是，當前中國力推的Sub-6G頻段，在美國已被軍事和衛星占用，短時間內無法快速將Sub-6G頻段騰出來給5G網絡使用。
《財富》雜志在今年10月份的報道就指出，美國AT T、Verizon和T-Mobile等供應商開始向特定的市場消費者供應5G網絡，但是這些網絡于采用高頻頻譜的基站。從技術上講，高頻頻譜提供了最快的上網速度，但是覆蓋的區域有限，在中國及世界上其他大部分地區，5G發展主要集中在中低頻，因為頻譜較低的基站可以覆蓋更廣的范圍。
IHS Markit分析師Stephane Teral表示，目前，美國市場要求一個頻率，而世界上其他地方要求另一個通用頻率，這讓美國面臨孤立局面。
深感中國中頻5G網絡威脅 美國欲打算轉戰Sub-6G
美國國防創新委員會去年在谷歌公司的幫助下，對美國5G網絡使用的mm Wave配置標準和中國5G網絡使用的sub-6配置標準進行了現場對此測試。
谷歌的測試結果，在加州洛杉磯的平坦地區，同一高度的基站，28GHz（左）與3.4GHz（右）部署方式的信號傳播差異，藍色代表100Mb/s，紅色代表1Gb/s
結果顯示，（在某一選定的區域內）mm Wave只能給不到4%的用戶提供每秒千兆的網速，而sub-6G可為約21%的用戶提供每秒千兆網速。在提供百兆網速方面，mm Wave只能覆蓋不到12%的用戶，sub-6G的覆蓋率可以達57%。初步研究甚至沒有考慮人體和車輛可能阻斷mm Wave信號，這將進一步降低網絡有效性。
5G世界由中國公司主導的前景，令美國軍方不安。美國國防創新委員會報告稱，部署在海外的美國軍隊可能會發現自己通過5G網絡發送信號，而整個5G網絡都嵌入了中國設備，這將對國防部的行動和網絡安全構成了嚴重威脅。
面對可能成為廣域網全球標準的中國sub-6G通信方式，美國五角大樓顧問委員會建議美國政府把重心從mm Wave移開，要求美國國防部在4GHz頻段共享其500MHz頻譜資源。
特朗普力推釋放更多頻譜 低、中、高頻頻譜資源統籌規劃
在過去的幾個月，美國聯邦通信委員會推出了一系列的頻譜拍賣活動，因為它急于兌現特朗普關于在美國全境建立超高速互聯網承諾。去年2月，特朗普曾在推特上呼吁，希望美國盡可能快的發展5G，甚至6G技術。
推動5G建設，釋放頻譜資源是關鍵。同樣在去年4月，特朗普在白宮發表演講時表示，美國將釋放更多的無線頻譜并簡化通信設施建設許可，以在5G領域獲得領導地位。
2018年9月，美國聯邦通信委員會就宣布了《5G快速計劃》（5G Fast Plan）。文件內容指出，在高頻段，美國聯邦通信委員會將對24GHz、28GHz、37GHz、39GHz、47GHz的頻段進行拍賣，并將努力釋放26GHz與42GHz頻譜資源。
美國聯邦通信委員會《5G快速計劃》
而在中頻段，該委員會正考慮將2.5GHz、3.5GHz和3.7~4.2GHz的頻譜資源釋放，提供844MHz帶寬用以建設5G網絡。另外在低頻段，委員會將改善5G服務對低頻段的使用，目標是改變600MHz、800MHz和900MHz。
上個月，美國聯邦通信委員會啟動了新一輪毫米波頻譜拍賣，拍賣范圍包括37GHz較高頻段（37.6GHz~38.6GHz）、39GHz（38.6GHz~40GHz） 47GHz（47.2GHz~48.2GHz）頻段，共計3400MHz頻譜，1.41萬張許可證。
2020年，美國聯邦通信委員會還將進行兩次中頻段頻譜拍賣，包括計劃6月進行的3.5GHz頻譜拍賣和下半年進行的3.7GHz~4.2GHz頻譜拍賣。委員會計劃在2020年年底前拍賣3.7GHz~4.2GHz頻段的280MHz頻譜，同時保留200MHz以上的頻譜用于廣播。
美巨頭爭奪5G頻譜控制權陷入“口水戰”
據《福布斯》雜志去年9月份報道，美國第三大無線運營商T-Mobile以巨額資金成功收購美國第四大無線運營商Sprint，從而擁有相當多的5G頻譜，這或許會加速美國部署5G網絡。
然而，事情發展并非如此簡單，幾乎就在同一時間，英國就披露，美國政府5G頻譜拍賣，引發了蘋果、微軟、臉書和谷歌在內的科技巨頭與愛立信等公司的爭執不休。
截圖自
正如前文所提到的那樣，美國聯邦通信委員會已經在統籌規劃高、中、低頻段頻譜資源的釋放，推動了一系列頻譜銷售。但是最棘手的問題是6GHz附近的頻段，美國聯邦通信委員會開放6GHz頻段用于WiFi，稱，包括蘋果、微軟、臉書和谷歌在內的11家科技公司組成的集團支持委員會的決定，但愛立信等公司擔心，這一頻段可能會干擾他們現有的通信衛星。
圍繞C波段（4~8GHz），也爆發了一場類似的公開斗爭。幾家廣播公司使用C波段通過衛星上傳和下載內容，但美國聯邦通信委員會希望將其用于5G。但美國國家海洋和大氣協會抱怨說，開放24GHz頻率可能會干擾其氣象衛星。
確立未來通信領域地位 毫米波仍是關鍵
總體上看，5G網絡毫米波產業鏈還處于初級階段，距離成熟商用還有一定距離。關于毫米波，最大的反對聲音在于，高頻信號傳播距離短并且容易被物體影響，因此需要大量的基站進行密集覆蓋。這樣的高建設成本是運營商難以承擔的。但是毫米波的技術優勢不能因此被忽視。
從帶寬來看，6GHz頻段以下的LTE最大可用帶寬僅為100MHz，這意味著數據速率最高只能滿足1Gbps的下行，但毫米波頻段移動應用最大帶寬達到了400MHz，傳輸速度達到10Gbps甚至更多。其次，從頻譜資源看，毫米波頻段更為豐富。前期通信領域的快速發展，使得30GHz內的頻譜資源幾乎快消耗殆盡，幾乎全球運營商都正在面臨頻譜資源短缺問題，LTE與5G的沖突愈發明顯，因此此時未經開墾的毫米波勢必會成為未來移動通信領域的“新大陸”。
毫米波技術今后可能成為“熱門”技術，以空聯網（IoS）為例，其利用中低軌衛星網實現全球無死角高速覆蓋，正在成為繼物聯網之后的一個新的研究熱點，歐美等發達國家已經開始規劃和部署高速空聯網。發展高速空聯網的關鍵是高速數據傳輸與組網技術。為了支撐如此高的吞吐率和吉比特每秒量級的數據傳輸，大帶寬的毫米波通信技術成為首選。此外，相較于微波低頻段，毫米波系統和天線體積、重量將大幅減小。
在北美，美國AT T和Verizon等運營商都積極投身于發展高頻5G技術，其中AT T通過收購Fiber Tower獲得了39GHz附近的頻段資源，而Verizon在美國國家儀器（NI）公司的支持下，于2017年3月展示了全球首款實時28GHz Verizon 5G無線原型系統。在亞洲，無論是日本運營商NTT docomo，還是韓國電信KT都將高頻納入5G網絡的技術測試。值得注意的是，在主設備方面，由于目前北美和日韓在毫米波系統研究方面走在前列，所以廠家設備頻段以北美和日韓頻段為主。
中頻段組網是中國5G網絡建設基礎，但是追求更高速率、更大帶寬，毫米波研究是重要環節。工業和信息化部也于2017年7月批復24.75~27.5Ghz和37~42.5GHz用于5G技術研發測試。專家指出，頻譜是移動通信產業最根本的生命線，推動5G毫米波產業發展，需要國內明確毫米波的頻譜規劃和劃分。
截圖自：工業和信息化部
雖然此前任正非稱華為“押寶”厘米波，但其在毫米波領域也擁有巨大潛力。在去年的開發者大會上，華為展示了使用折疊屏手機HUAWEI Mate X通過毫米波技術與基站通信在線播放4K高清視頻，該款手機搭載的5G多模芯片巴龍5000，不僅支持Sub-6G低頻，還支持毫米波26GHz和28GHz高頻，顯示出華為在5G毫米波領域同樣擁有技術優勢。
另外，從2019年11月初召開的5G創新高峰論壇上獲悉，除了終端領域，在通信設備制造方面，目前華為、中興均已完成了5G毫米波關鍵技術測試的功能、射頻和外場性能，這也有利地支撐了我國毫米波規劃工作。
結束語
特朗普近期參觀蘋果位于德克薩斯州奧斯汀工廠時，詢問庫克是否能讓蘋果公司參與在美國建設5G，此舉被媒體毫不留情地諷刺為“無知”。實際上，目前全球能提供5G設備的主要供應商分別華為、中興、諾基亞、愛立信，而美國也僅剩高通這樣的5G芯片制造商。沒有設備供應商，再加上5G網絡毫米波產業鏈不成熟，商用存在困難，使得美國5G建設面臨窘境。
不過，就毫米波技術本身來講，不可否認其未來價值。在中低頻5G網絡建設方面，中國確實抓住了機會，但是想獲得更高速率、更大帶寬，毫米波研究仍是關鍵。
