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打造高質量5G 離不開這對“超強組合”
2020-03-25 08:21:53 來源: 科技日報
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  5G時代,微小基站的建設將與宏基站齊頭並進。兩者相互配合,才有望“織”出一張立體化、全覆蓋的5G網絡。

  去年以來,全球5G規模化商用步伐加快,預計2020年即將發布的由全球通信行業標準化組織3GPP制定的5G R16 標準將支持和催生更多5G行業應用。

  最近,我國首個5G微基站射頻芯片YD9601研發流片成功,進入封裝測試階段。領銜這項開發的國家特聘專家、美國麻省理工學院博士王俊峰介紹説,5G基站分為宏基站和微小基站兩種,宏基站主要用于室外覆蓋,微小基站發射功率較小,主要用于室內場景。

  從2G到4G,運營商只需要建設一個高高的鐵塔,搭載一個宏基站,就能滿足方圓數平方公裏內的通信需求。到了5G時代,為何在宏基站之外還要建設微小基站?微基站的發展,將對人們的無線通信、工業互聯網的數據傳輸和我國的通信産業帶來哪些改變?科技日報記者為此走訪了相關高校和企業,聽聽專家怎麼説。

  不同基站類型功率容量大不相同

  “根據3GPP組織的規則,無線基站分為4類,分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站。” 中科智達物聯網係統有限公司董事長許欣説。

  劃分基站主要依據是功率和容量。其中,宏基站的功率在10W以上,可同時接入用戶數視基站規模而定,一般在1000個以上;微基站功率為500mW—10W,同時接入用戶數為128—512個;皮基站功率為100—500mW,同時接入用戶數為64—128個;飛基站功率小于100mW,同時接入用戶數8—16個。微基站、皮基站和飛基站,通常合稱“微小基站”,也就是我們談到與宏基站所對應時的概念。

  從名字上也可以判斷,“宏基站”是高大威猛,“微小基站”則是小巧玲瓏。

  宏基站適用于廣域覆蓋,微基站偏向局域覆蓋,皮基站相當于企業級WiFi,而飛基站則與家庭路由器相當。

  針對不同的室內場景,比如高鐵站、飛機場、大商場等,必須布置多個微基站才能滿足需求;而在寫字樓、工廠園區等場所,人流量相對固定,皮基站就可以勝任;飛基站則是滿足家庭、咖啡館等場景的需要。

  宏微交錯 “織”出更密5G網絡

  翻開人類無線通信發展史,會發現頻率越來越高,這是因為人們對無線通信提出的要求也越來越高。以我國為例,2G的工作頻段主要是900MHz和1.8GHz,3G和4G的工作頻段主要為1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz,而即將到來的5G則主要集中在兩個頻段:3.3—3.6GHz、4.8—5GHz。

  “過去的無線通信是語音網,現在則是數據網,頻率越高所能提供的帶寬也就越大,就好比4車道的高速公路比2車道的高速公路跑的車多,而且車速還快。”東南大學信息科學與工程學院教授張川説。

  然而無線信號的傳輸速率與穿透性往往不可兼得。“無線頻率越高,穿透性就越差,同等面積必須建設更多的基站來完成覆蓋,組網成本就比較高。”許欣介紹説。

  目前我國正在規模建設的基站,以宏基站為主。一個5G宏基站的成本有多高呢?一般來説,宏基站的建設成本是由主設備、動力配套設備設施、土建施工共同組成。此前廣東省擬建設2.4萬個宏基站,計劃投資60億元,每個基站的投資額約為25萬元。而據上海市的網絡建設規劃,2020年累積建設2萬個5G基站,累計總投資超過200億元,每個5G基站的建設成本超過了100萬元。中國移動也曾經表示,建成一個5G宏基站,成本大約是4G的3倍左右。除去建設成本之外,後續的維護、使用成本等,又是一大筆開銷。

  在5G性能與建設成本間尋求最優解,是運營商勢必要解決的問題,因此他們將目光轉向了微小基站。

  許欣告訴記者,微小基站不像宏基站需要專用的機房和回程網絡,所以設備簡單、部署靈活、成本較低。它甚至能夠直接釘在墻上,或者藏身路燈桿、公交站牌等任何不起眼的角落,可以根據需求在人流密集、信號較差的地方建設。

  而且有媒體做過抽樣調查,幾乎80%以上的用戶流量來自室內,80%以上的用戶投訴也來自室內,這些投訴主要集中在信號質量上。 “因此可以大力在室內建設微小基站,增強室內網絡覆蓋的質量。”張川説。

  值得一提的是,德國和日本等工業強國已經或正在為工業等行業5G應用分配頻譜,打造行業專有5G網絡,並且主要的設備形態就是微小基站。

  當然,微小基站也不是那麼盡善盡美。由于微小基站發射的信號是散射的,各微小基站之間的信號還會相互幹擾,造成大量資源浪費。並且微小基站的可靠性遠不如宏基站,目前還不能穩定應對室外環境,因此目前主要用于解決室內覆蓋。張川認為,5G時代,微小基站的建設將與宏基站齊頭並進。兩者相互配合,才有望“織”出一張立體化、全覆蓋的5G網絡。

  將微小基站核心技術牢牢抓在自己手裏

  無人車間、黑燈工廠、智能機器人……在高速率、低時延的5G時代,許多工業互聯網的應用場景不斷呈現,一個生産車間只需架設若幹微小基站即可低成本接入5G網絡,實現遠程控制與精密制造。

  微小基站的核心元器件是基帶芯片和射頻芯片,兩者的物料成本佔整個基站的50%左右,而利潤可能高達90%。許欣認為,如果誰能攻克這兩個核心器件,就能將發展微小基站的主動權牢牢掌握在自己手中。而當前我國在這方面的産業鏈比較薄弱,成為制約5G微小基站産業發展的重要因素。

  王俊峰告訴記者,南京宇都通訊科技有限公司自主研發成功的YD9601射頻芯片,不光覆蓋700MHz廣電頻段,也兼容了工信部2月初剛剛頒發許可的3.3—3.4GHz的電信、聯通、廣電共享室內頻段,可以説是為5G時代室內共享微小基站量身定做的芯片。

  目前,以工業互聯網為核心的智能制造浪潮,已經席卷全球。“以機械加工行業為例,目前中國有1000萬臺機床,但從事零部件機械加工的中小企業在設備聯網和現場實時管理方面還比較落後,而工業互聯網對于遠程數據採集和機器控制的要求非常之高,傳統網絡接入方式無法滿足,西門子、博世等國際巨頭提出了‘5G工業內網’的解決方案。但是,工業網絡對安全性要求更高,5G工業內網基站的核心器件必須自主研發,不能再受制于人。”許欣説。

  據不完全統計,目前全球關于5G的專利約1.5萬個,與5G工業互聯網相關的僅有100多個。與5G工業互聯網密切相關的5G微小基站也處于剛剛起步階段,但是到目前為止,我國還沒有出現專門的研發機構與骨幹企業領銜開展微小基站的設計開發,微小基站産業發展呈現出散亂局面。

  “我國擁有世界最大的5G網絡和龐大的工業體係,如果中小型科技企業能抓住微小基站的機遇,我認為一定會實現我國在5G無線通信領域的又一個突破。”許欣説。(記者 張 曄)

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【糾錯】 責任編輯: 詹婧
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