美国拿出一记应对5G“中频危机”的杀手锏 但恐怕暂时没什么用

2019-06-06

5G

为了撑起“全球第1科技强国”的外壳,今年4月3日,美国推出了全球第2个利来国际最老牌最给力5G网络——仅落后韩国不到24小时——展示了其在通讯领域的“领先”地位。

然而,美国科技网站PC Magazine在网络开通的第2天就进行了实地测试,结果并不如意。在实地测试中,这个由美国第2大运营商Verizon运营的5G网络暴露了多个缺点,包括:

5G信号覆盖率差,在7个街区291个测试点中只有64个地方有5G信号;5G信号衰减快,高频毫米波衰减快、穿透能力差,基站覆盖范围无法达到号称的300米,只有100米不到,室内几乎无信号;5G网速慢,最高只有600Mbps,远低于宣传的10Gbps。

除了终端设备少以外,以上缺点归根结底都可以归因于于一个问题——频段。

按照早前的规划,在美国4大运营商中,AT&T将采用39GHz频段建网,Sprint采用2.5GHz,T-Mobile分别用600MHz、28GHz、39GHz建网,Verizon则单独使用28GHz。

按照定义,28GHz属于广义的高频毫米波频谱的一部分。单独使用这一频段建网,好处是在中低频普遍被瓜分的情况下,高频频段资源丰富,前期建网成本低,可以最快速度开通网络。坏处则是,高频毫米波本身具有衰减快、传播范围小、穿透能力弱等缺点。因此,最好的选择是采用不同波段联合组网。

问题在于,美国的中低频段——尤其是宝贵的C波段分配——出了大问题。

中频波段危机

中频波段通常指C波段,在过去是卫星通信术语,这指的是3.7-4.2GHz的下行频段,同时配以5.925-6.425GHz的上行频段,而在移动通讯行业,C波段传统意义上指的是频率为4.0-8.0GHz的一段频带。

与高频毫米波相比,中频C波段具有2个非常明显的优点:从经济上说,C波段覆盖范围大,可以依托现有的基站网络建设,无需布置密集的新站点;从技术上说,与毫米波相比,C波段在非视距环境传输和室内信号穿透方面具有明显优势。

而和使用频分双工(FDD-LTE)技术的低频波段相比,C波段允许信号在同个信道上传输和接收,无需使用专用双工器隔离传输和接收,节省了信道资源。

总而言之,作为网络覆盖以及系统容量两者的最佳平衡者,C波段是5G网络中最宝贵的频段之一。

和我国由工信部统一给各运营商分配频率不同,FCC在频谱分配方面遵循市场化原则,不仅在发放方面要通过公开拍卖,已分配的频段通常不能强制收回。

前面提到,美国的3.7-4.2GHz过去一直是卫星通讯的下行频段,掌握这部分频段的并非美国政府机构,而是几家卫星通讯公司。这就导致,如今美国能否完成建设“历史上最广覆盖、最高容量的移动网络”的千秋大计,希望就寄托于Intelsat、SES、Eutelsat和Telesat这4家国内外私人卫星公司身上。

几年前5G还在讨论阶段的时候,美国通讯行业就有要政府收回这部分频段重新分配的声音。但此事一方面有悖于市场化的原则,另一方面,当时5G网络尚未成型,频段需求没那么强烈,这部分声音并未得到重视,留下了后患。

卫星通讯公司手握这份宝藏,自然待价而沽。他们极力反对政府回收的方案,要求由自己交易这部分频段,而且不能用传统的拍卖方式,而是通过“令人满意的基于市场的办法”,交由他们自己和5G无线运营商“沟通”,独享其中收益。

德意志银行曾预计,仅200MHz的C波段频谱,就可能给卫星公司会带来110亿美元的总销售额;美国有线电视协会表示,整个500MHz的C波段频谱价值可能高达600亿美元。

即便如此,他们承诺让出使用权的波段只有200MHz,甚至在一开始,他们只答应让出100MHz频段。

对此,曾有众议院议员质疑称:“我想我们要问一下: FCC凭什么会允许一组外国卫星提供商拿着可能可以解决我们国家的宽带需求的数百亿元资金抽身离去?”美国电信巨头康卡斯特也表示,C波段联盟的提案“违背了公众利益,应该拒绝”。

由于中频频段发放面对这种种乱象,Verizon最终作出了只用28GHz建网的选择,也导致了文章开头列举的一系列问题出现,遭到美国民众疯狂吐槽至今。在上月底Sprint开通覆盖中低频的可用5G网络后,Verizon 5G的热度迅速下降。

当然,Sprint的5G网络也并非十全十美,缺少高频的情况下,他们的极限网速可能会比Verizon慢一些。当然,频段资源残缺是全美运营商都面临的困境,就算是资源最丰富的T-Mobile,也缺失了中频频段。

为此,痛定思痛的Verizon决定另辟蹊径,准备发力CBRS网络部署。

新的“杀手锏”

根据LightReading的报道,Verizon对于当前的问题并非全无预料。从几个月前开始,Verizon就在为其网络设备增加新的天线,以支持3.5GHz CBRS频段传输。而且他们一直在敦促手机供应商为合约机添加想关功能,时间已有1年之久。

CBRS全称Citizens Broadband Radio Service,即“公民宽带无线电服务”,它算是一种辅助技术,没有5G技术和物联网那么重要,但是一旦运行成功,就能极大缓解无线频谱短缺的现状。

经过多年来在技术和法律领域的努力, 美国终于实现海军和无线运营商共用3.5GHz频段。3月,CBRS联盟宣布,正在发展一个共享5G标准并计划从2020年开始通过3.5GHz频段提供商业5G网络服务。

CBRS有2项新举措:

1、允许未拥有某频段执照的用户使用该频段。比如说,3.5GHz频段原来是分配给美国国防部等的频段,但用于军队及人造卫星等通信的频段可供其他商用服务使用。

这个其实就是2013年提出的“授权共享接入(Licensed Shared Access,LSA)”概念,也就是将原属于公共机构但未得到充分利用的无线频段,在频段执照所有者不用的时间和场所进行共享。这一概念将有力推动无线通信用的频谱扩展。

这一举措的关键在于使用合理的技术,严格控制各方对频谱的使用,避免发生同频段干扰。为此,业界提出了第2项举措。

2、引进3级结构,第1级是该频段执照原持有者,如美国海军雷达和固定卫星地球站,第2级是付费购买优先访问许可证(PAL)的用户,第3级是剩下的一般授权访问(GAA)用户,级别越高。

5G

在这种设计下,级别越高,使用该频段的优先程度就越高,如果有很多第3级用户接入该频段,就要按照公平的原则使用可用频率。

为了严格实现这一点,FCC专门建立了管理用户使用登录及使用条件的一种数据库——频谱接入系统(Spectrum Access System,SAS)。

CBRS有几项明显的优点,比如,频谱可用于多种用途却不用增加成本;运营商可增加覆盖面积及容量。而在更深层次,CBRS还有众多可以挖掘的优势,如先进的SAS系统、其对私有LTE无线网络搭建的意义、可能为“远距离级别传输”提供替代方案、对分布式天线系统的影响等等。

以私人LTE网络搭建为例。Wi-Fi是目前用于创建专用网络的唯一技术。它的规则相对自由,设备容易获取,花费低,易开发。但是,与商业LTE无线网络相比,它也具有明显的缺点,比如其在工业、科学领域、医疗领域应用的频率是无牌照的2.45-5GHz、缺乏中继功能、无法在多个范围内使用等。

CBRS可以让大型公司在低成本的情况下,通过员工移动设备上的自定义应用程序,创建一个安全的专用LTE网络进行交流管理。通过特定具备定制功能的私有网络,为各种设施提供建筑内全覆盖。简言之,CBRS让私有LTE组网变得可行,不依赖无线运行商,价格低廉,低复杂度。

总而言之,CBRS具备相当大的潜力,很有可能是代表着某种未来的技术。

不过,CBRS也有缺点,最突出的就是参与者少。亚洲、欧洲等地的大多数早期5G网络都采用中频频段,因此并没有美国当前的烦恼,关于CBRS的讨论也相当稀少。

从公开信息来看,目前对该技术投入最多的是高通牵头、5家公司组建的CBRS联盟。而在产品方面,已知高通有支持该技术的基带,三星也配合美国运营商进行过CBRS测试,除此之外少有消息。参与者少就代表发展慢。

往宏观层次说,这项技术在短期内——至少在中美5G竞赛中,可能对美国的帮助有限。说到底,运营商在CBRS中只是PAL级别用户,是在花钱买美国海军和卫星公司的“剩饭”,想必很难用得如臂指使。

而且即使是花了钱,这部分频段也不一定用的上。根据法律规定,美国海军可以在需要的时候随时占据或切断这部分频谱的通讯。

说到底,美国运营商还是很难以中频频段作为其5G发展的根基。

今年早些时候,诺基亚全球5G发展部负责人墨菲(Mike Murphy)介绍,中国通讯运营商基本上仍会使用3G和4G时代的无线频段,因此大量的既有基站在5G时代仍可以使用。

铁塔公司也曾表态,一旦政府完成无线频段的分配,他们只需3年就能完成全国范围的5G基础设施建设工作。也就是说,我国将在2023年完成5G网络的全覆盖。

在美国,使用高频波段的运营商需要部署4G时代3-4倍数目的的基站,基础设施建设的工作量比中国要大得多。爱立信5G商业推广部主管诺伦(Thomas Noren)表示:“历史经验告诉我,中国运营商的网络扩张速度极快。他们的4G网络比美国的也要大得多。”

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