每個蜂巢網路營運商都各有授權取得的5G頻譜執照,將會對他們必須搭建的5G行動電話基礎設施產生影響。本文將討論業界對5G頻段訊號的認知及其對5G部署規劃的可能影響。

從無線產業決定利用更高頻率進行5G傳輸的那一刻起,每個人都知道頻譜會對這些部署規劃產生一些影響。事實證明,一個問題可能不是什麼大事,而另一個問題則更為重要,但兩者都沒有得到很好的解決。這兩個問題的根源眾所周知:無線訊號的頻率越高,傳播效果越差,穿越障礙物的能力也越弱。來看一下這兩個實際問題:

1.與部署3G和4G不同,部署5G需要有不同的室內和室外策略;

2.5G基地台的間隔必須要更加緊密,因此需要更多的數量,特別是在人口密集的地區。

第一個問題對於5G來說本來是一個比較大的問題,但業界為了應對另一個問題已經廣泛採用了一種解決方案。當4G網路營運商擔心他們可能遇到容量問題時,便開始支援雙模(蜂巢/Wi-Fi)手機,現在,Wi-Fi分流了大量的無線網路流量,證實雙模運作對於緩解日益增長的流量問題來說是種有效的解決方案。

此外,雖然不常發生,但是在某些室內場合4G訊號比較弱,甚至沒有,這時候雙模運作也可以很好地解決這個問題。

因此,支援雙模對於營運商升級網路到5G來說簡直是一個福音。室內接收對5G來說絕對是一個大問題,特別是更高頻的毫米波訊號無法穿透牆壁,如果雙模式還不是標配,那麼營運商就必須要推出。

一種替代方法是創建兼具4G和5G(可能還包括Wi-Fi)的小型基地台(small cell)。無線網路營運商已經考慮採用小型基地台超過15年,但如果這是最佳解決方案,那業者早就積極佈建了。如果可以,沒有人願意部署額外的用戶端設備(CPE),從而避免購買和維護的成本。

另一個問題是:網路營運商會保留其4G基礎設施。當5G無線用戶遇到5G盲區而又沒有開啟Wi-Fi時,他們會連接到4G網路,因此,關乎大量手機使用的5G美好未來,實際上是使用了Wi-Fi和4G。這讓你感受到5G來臨的興奮了嗎?

此外,5G頻率的弱訊號傳播對於行動電話來說約束更加嚴重,事實證明毫米波(mmWave)頻率並非都是一樣的。

建築物、山丘、樹木等物體,甚至人體(特別是人群密集的地方),也會阻擋任何毫米波訊號。

水蒸氣(濕度)會對24GHz的訊號造成損失。氧氣在60GHz時也會成為障礙。你看到的沒錯,這一大氣層中地球生命生存必需的元素也可能形成問題(圖1)。

20190212NT31P1 圖1 大氣吸收毫米波的情況。

實際上,在大多數情況下,水蒸氣和氧氣對鏈路預算的影響可能只有1dB左右,但是在某些情況下卻會變得嚴重——雨衰(Rain fade)效應必須考慮進去。是德科技(Keysight Technologies)工業解決方案兼數位行銷資深總監Joel Conover在最近投稿至EDN的一篇文章《Tiny waves, big challenges: Getting 5G mmWave mobility right》中指出,「儘管強訊號不會受到影響,但在大雨情況下,微弱訊號可能無法使用。」

進入毫米波頻率還有其他一些挑戰,其中一些已經在上述文章中提及了。例如,當5G接收端快速移動時(例如30mph),6MHz及以下頻率的通道一致性可以毫秒計。而在毫米波範圍內,這一指標會下降到微秒級,這個問題並非不可能解決,而是必須要解決。

以前業界估計指出,5G基地台之間的平均距離大概是250m~300m。但Conover報告稱,由於各種潛在障礙的綜合影響,大多數設備設計人員將目標定在150m~200m之間,從而達到充分的網路覆蓋。

相比之下,即便在最密集的城市地區,4G基地台相隔也可能接近400m~800m(在更開闊的區域,它們可能相隔一到兩公里或更遠)。

這意味著,無線營運商將必須安裝比支援4G網路更多的5G基地台。這要比原先預計的多,因此會增加5G網路部署的成本。

當談及無線公司敦促美國聯邦政府強迫地方政府機構減少或取消電線桿附加費時,考慮這一點是有益的。

這對各無線供應商意味著什麼?

唯一可能在這方面佔據優勢的競爭對手是T-Mobile。T-Mobile已經「儲備」許多6GHz及以下(< 6GHz)的頻譜執照,並計畫首先在這一頻譜上推出5G服務。該公司還表示將在稍後的某個時間使用毫米波頻譜(如果能取得執照)以擴展其5G網路覆蓋。

若主要使用< 6GHz的頻段,T-Mobile可能以較大的基地台間距來部署5G網路,這意味著它能夠以更低的總成本安裝較少的基地台來啟動和營運5G網路。這樣最終也許會提供更可靠的5G服務,但這仍有待觀察。

當T-Mobile最終使用毫米波頻譜來補充其5G網路的覆蓋範圍時,將不得不安裝更多緊密相鄰的基地台。話雖如此,但是在最糟糕的情況下,該公司似乎已經制定了一條最可行的方式,能夠以可控的投資來部署5G網路。

其他主要的無線網路營運商也會這樣做,亦即及早混合和匹配 < 6GHz和毫米波覆蓋。

安裝多組不同的基地台,讓每組基地台專用於單一頻率的傳輸,這是沒有意義的。從物流的角度來看,考慮到基地台安裝過程的複雜性,這將十分昂貴並且非常困難。

由於每家無線網路營運商都將混合和匹配5G頻譜以獲得最大覆蓋範圍,因此不管他們獲得的執照在哪個頻譜範圍內,他們(可能T-Mobile除外,而且也只是在短期內)都將被迫以150m~200m的間距來安裝5G基地台。

早在2017年2月,當營運商仍處於現場測試5G傳輸系統的早期階段時,小型基地台論壇(Small Cell Forum)就預計到2025年,業界將安裝1,310萬個5G或多模小型基地台,現在幾乎可以肯定這一預估數字高估了。

美國聯邦通訊委員會(FCC)目前正在單獨平行拍賣24GHz和28GHz頻譜的執照,已經有40家公司提出其中一項或兩項執照申請,大多數都是小型區域性公司。與迄今為止幾乎所有美國頻譜拍賣的情況一樣,預計最大的幾家公司最終將贏得絕大多數執照。

AT&T、Verizon Wireless、Cox Communications、T-Mobile、U.S. Cellular和Windstream是競爭24GHz頻譜執照最大的幾家公司;另一家著名的競標者是Starry,這是一家雄心勃勃的初創公司。

Verizon於2017年以18億美元收購XO Communications,由此獲得了不少28GHz頻譜的執照。跟24GHz拍 賣結果幾乎(但不完全)一樣,最有可能搶佔28GHz頻譜中其餘部分頻譜執照的網路營運商名單如下:AT&T(透過AT&T Spectrum Frontiers)、Verizon Wireless、T-Mobile、U.S Cellular、Frontier Communications和Windstream。

(參考原文: 5G buildout will be more involved than we’ve been led to believe,by Brian Santo)