5G高频应用前瞻

费佩燕　常欢　王飞

摘  要：本文从各行各业的现实需求出发，结合通讯技术的应用现状和发展，分析第5代通讯技术的应用，并给出第5代通讯技术高频通讯技术在不同场景下的应用特点，将高频通讯应用与智能应用结合起来，给出了高频在各个行业可期的应用场景，挖掘高频更多的未来可开拓空间，呈现了高频未来在各个行业蓬勃发展的可能。

关键词：高数据速率;智慧交通;垂直行业：无线连接

1.引言

当今世界是通讯技术飞速发展的时代，通讯行业日新月异。2G、3G、4G还在应用，5G已经走进我们的生活。5G的大带宽、低时延、海量连接等特点，倍受各行各业关注，并已在世界范围步入商用之路。5G包含两大频段，分别是sub6GHz和高频频段，其中高频对5G更具有革命性意义。随着5G在各个领域应用的不断深入，6GHz以下的频段会出现频率资源不足的问题，而具有大带宽和高数据速率优点的高频频段必然成为移动通信新的资源蓝海，同时，也会成为众多电讯运营商和企业在5G领域发展、竞争的焦点。

目前高频主要的代表频段是在24.25GHz-300GHz之间，具有频率高、波长短、可靠性高、方向性好等特点，能够进一步实现5G对高速率、低能耗、多连接的要求。

与4G相比，5G的子载波有更多的细分，带宽配置更加灵活，参考信号配置更加多元，帧结构配置更加丰富等等，这些特点更利于5G实现低时延，大容量，高可靠性。5G的这些特点同样适用于5G高频，这将增进5G高频应用更广泛和丰富。

2.高频应用

高频频谱范围从24.25GHz到300GHz，带宽资源丰富，其应用将非常多元，而且不同应用采用的空口技术可以不同。高频可能应用的场景有：智能交通;人口聚集的大型场馆、室内热点等的大数据回传，工业loT等等。

2.1智能交通

智能交通可安全有效的利用运输基础设施和运输工具达到智慧物流和智慧客运的目的。如车辆间无线连接，以及车和路边通信设备间的无线连接，这些都可基于24.25GHz以上的高频来实现。这些网络在高带宽通信下使用，覆盖范围小。可采用不同的定向中/高增益天线，还可做到高频谱复用。高频的研究和开发有待深入，以满足不同小覆盖下的ITS和V2X的低时延、高可靠性、高数据速率的需求。未来，智慧交通可助推新业务发展，如扩展传感器、自动驾驶中的精确定位等。

2.2接入回环- -体化

在光纤或专用的无线回环拿不到或不方便情况下，IAB 设备可用于回环部署。IAB 技术的应用，可增加NR的优势，有些节点可兼顾回环和接入功能。这种应用，设备- -般在LOS场景下运.作，采用IAB直接传输可拓展gNBs间的距离。

当有线连接不可行时，可采用各种无线技术来进行回环/中继服务，例如PtP 微波链接。IAB通过单个节点（如：gNB）为多个设备（如：UE）提供宽带服务，或给其它节点（可以是多个节点）提供中继服务，或综合服务。在MBB网络增长期，IAB 能带来的好处是确定的。

2.3高数据速率传输（eMBB）

在高清多媒体流量高和用户数高的场景，比如室内，室外开阔地，體育场馆，娱乐场馆，运动场所等等，高频eMBB应用可以满足个人和群体的需求。并且，可满足更高的客户消费能力，比如超高清显示，多视觉超高清显示，3D展示，全息视频会议，增强现实（AR），混合现实显示、交互等。这些会引发非常高的数据量需求以及超大带宽需求，丰富的高频频谱，使得超大带宽应用成为可能。

密集城区和室内热点，eMBB不断增长的速率需求，是高频的主要驱动力。高频频谱资源丰富，会促进高频频段成为这一应用领域的热点.

2.4垂直行业应用

在工业自动化企业，不只要提供一类服务，而是多种不同需求要同时满足，例如：马达控制、移动控制、机器人控制、AR等等，这就要求系统有高的适应性和柔性。有的工业级别的通讯服务对端到端低延时要求高，如AR，需要高速数据传输和低时延。有的应用有安全、保密和私密需求。高频技术是十分适合垂直行业应用的技术，其传输特点以及大带宽，使其十分适合私密/保密性强的网络建设需求。

2.5宽带分布式网络

无线以太网可提供宽带连接给室外街道、大学校园，体育馆、卖场等等。在24.25GHz以上频谱工作时，NR可作为无线以太网的延伸，可替代或补充现有以太网络。单站给固定设备提供预期的宽带服务（大于20Gbps），可支持大约300m到500m的传输距离。网络可以是公网，也可以是非公网。PtP，PtMP，都可以。

现有的网络，采用宽带以太网布网进行最后- - 公里接入（例如，光纤），而采用24.25GHz以上授权/非授权高频频谱，以固定无线接入来替代现有有线接入，在光纤无法布置的条件下，其应用前景广阔。

2.6工厂自动化/ IloT

机器人应用是属于工业自动化应用，传输距离大约是50m到100m，移动速度大约5km/h。在工业自动化领域，工业loT是工厂自动化中工业批量生产降成本的关键因素之一。未来工厂，静态顺序生产系统将越来越多的被新的生产系统取代，新的系统具有高度的灵活性和多样性。工业自动化领域IIOT应用特点是：基础设施无线连接需求高，特别是在低时延和高可靠性方面。高精度时间同步，低时延抖动，保护性时延约束方面，等等，这些指标是lloT的重要特征。

室内-to-室外存在干扰问题的场景，在高频段上，问题反倒化解了，因为高频穿透能力相对低频弱，混泥土建筑材料将室内到室外/室外到室内间可能存在的干扰阻断。在IloT应用场景，采用高频传输技术，从而达到工厂需要的高可靠和低时延需求。

2.7.AR/NR头盔及其它高端穿戴产品

高端AR/VR穿戴设备，如眼镜，其典型要求是大数据速率、低时延、低传输功率。对于AR/VR应用，由于时延要求小，这些视频不能压缩，需要超过10Gbps数据速率。传输功率要求低，因为高的传输功率需要大电池，也会增加可穿戴设备的重量。还有，AR依赖传感器信息来处理和辨识环境。高频高带宽可提高传感器可传递的分辨率，降低时延。

2.8.数据中心间连接

当数据中心不同框架间的光纤连接失败时，可采用无线连接作为数据中心间的备用接口。依赖无线技术来为网络提供备份，可以提升通信服务实用性。一些框架间的链接，可采用高带宽高可靠的NR通信来替换。采用非授权频谱，使得框架间通信的高带宽、高可靠、可用授权频谱高EIRP）成为可能。数据中心间的无线通信应用，可避免电缆复杂性，可以在工厂内部实现按需灵活进行设备重组。

2.9雷达/定位

误差0.5m或更小的高精度定位，对于室内、室外业务至关重要。

复用。高频的研究和开发有待深入，以满足不同小覆盖下的ITS和V2X的低时延、高可靠性、高数据速率的需求。未来，智慧交通可助推新业务发展，如扩展传感器、自动驾驶中的精确定位等。

低频下的定位，位置不确定性比较高。与低频不同，高频下的定位精度高，如果能在交通系统应用起来，有希望避免通行堵塞。

定位信息可增强波束对齐处理。波束信息可以用于确定用户在波束内，还是在波束间，可增强现有定位系统的定位精度。

高定位精度的应用可从宽带获益，定位精度通过信号ToA的精确估计获得。高频相对低频，多径稀少，天线系统又是窄波束，有利于提升AOA估计，从而增进定位的精度。

此外，受益于室内分格和密集分布，高頻可提供更大的空间分辨率，可为运营商和私网提供新的有针对性的服务和解决方案。

3.高频面临的问题

由于5G高频可提供更大的连续带宽，所以高频频谱可提供更高的数据速率，低时延，高容量。然而，在高频段运行，设备性能会受限，例如，PA效率变差，更大的相位噪声修复，来自前后端LNA（低噪放大器）和ADC转换噪声的插入损失。此外，还有高频段的高衰落，高穿透损耗。5G首次将毫米波应用于蜂窝通信，之前都是用于点对点中继或室内WLAN为主，在蜂窝通信中应用，需要的产业链与点对点传输会有所不同，包括对性能的需求，处理能力与点对点传输不会完全一-致，所以很多方面需要完善。

毫米波相对于低频段，整体产业链完善程度还不足够，包括器件的成熟度等，还需要进-一步推动整体产业链成熟。另外，在什么样的应用场景下能充分发挥毫米波的优势，降低劣势，也需整个行业充分论证。

4.小结

5G高频频谱使用，可全面释放5G能力，并可以让人们从工业互联网、娱乐服务、智能交通领域、更好的医疗保健、更好的教育等各个领域，进-一步受益，从而改善生活，同时促进各个领域发展，创造更多发展新动能。5G高频有希望继续加强数字基础设施，尤其是其在全面展开的经济转型进程中，为创新型带来新动能。5G加上毫米波频谱可帮助释放低时延、数据密集型应用的潜力，这些应用可为各行业带来变革。