在5G垂直行業(yè)應(yīng)用的探索中，大上行、低時(shí)延、高精度定位等特性被認(rèn)為是企業(yè)數(shù)字化發(fā)展過程中最迫切的需求。sub-6G的5G網(wǎng)絡(luò)可以提供百M(fèi)bps的用戶速率和十ms級(jí)的時(shí)延，大大提升了移動(dòng)通信為垂直行業(yè)應(yīng)用的服務(wù)能力。通過大上行幀結(jié)構(gòu)、上行MIMO增強(qiáng)和載波聚合等技術(shù)手段，可以進(jìn)一步提升sub-6G的上行速率。然而仍然存在一些問題，例如，由于需要兼顧上、下行業(yè)務(wù)的平衡以及交叉時(shí)隙干擾等問題，大上行幀結(jié)構(gòu)只能在有限的區(qū)域和頻段使用。而sub6頻段即使采用載波聚合技術(shù)，可用的頻譜仍然是有限的，提供高速率上下行業(yè)務(wù)的能力十分有限。
和sub-6G相比，毫米波頻譜資源更為豐富，可分配百M(fèi)Hz到千MHz的可用頻譜，從而提供更高的用戶速率；同時(shí)，由于毫米波可用更高的子載波間隔，時(shí)延也可以進(jìn)一步降低；此外由于毫米波可以提供更高的分辨率，在定位精度上也比sub-6G更具優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于滿足垂直行業(yè)應(yīng)用來說，毫米波技術(shù)是非常好的選擇。
中信科移動(dòng)自主研發(fā)的毫米波5G設(shè)備和端到端組網(wǎng)方案，可以采用高低頻混合組網(wǎng)方式構(gòu)建連續(xù)覆蓋和區(qū)域高速傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)，也可以獨(dú)立組網(wǎng)部署，為行業(yè)用戶提供大帶寬、低時(shí)延和高精度定位的端到端的產(chǎn)品和解決方案。
高低頻混合組網(wǎng)，構(gòu)建連續(xù)覆蓋和區(qū)域高速傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)
毫米波路損大，穿透損耗大并且和材質(zhì)高度相關(guān)。室外毫米波適用于LOS場(chǎng)景和反射徑豐富的近LOS場(chǎng)景，室內(nèi)毫米波適用于反射徑豐富和空曠隔間少的場(chǎng)景。在組網(wǎng)架構(gòu)上，毫米波可以靈活選擇和5G中低頻協(xié)同組網(wǎng)或者獨(dú)立組網(wǎng)。在工業(yè)廠房內(nèi)部一般較為空曠，實(shí)際使用時(shí)可以考慮獨(dú)立工作模式；在大的產(chǎn)業(yè)園區(qū)工作時(shí)，由于建筑物較多，考慮到毫米波易阻擋，可以配合sub-6GHz基站一起高低頻組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)覆蓋。
針對(duì)不同訴求，5G毫米波專網(wǎng)有三種模式，即獨(dú)立專網(wǎng)、混合專網(wǎng)和虛擬專網(wǎng)。對(duì)于對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、運(yùn)維和獨(dú)立管理要求比較高的企業(yè)或園區(qū)，可以考慮完全采用行業(yè)頻譜建設(shè)5G專網(wǎng)，如圖1所示，同時(shí)還可以融合其他工業(yè)有線、無線技術(shù)協(xié)同構(gòu)建低成本全功能無線專網(wǎng)。此時(shí)數(shù)據(jù)出場(chǎng)需要經(jīng)過防火墻，理論上對(duì)外界可以做到數(shù)據(jù)封閉，靈活性、安全性和性能都比較好。
圖1.采用行業(yè)頻譜自建5G毫米波專網(wǎng)
對(duì)于成本、運(yùn)維、管理能力不足的企業(yè)或園區(qū)，可以考慮和運(yùn)營商合作建設(shè)5G專網(wǎng)。為保證安全，可以通過自建UPF(UPF-User Plane Function，用戶面功能)確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出場(chǎng)。在少量需要高低頻搭配組網(wǎng)的場(chǎng)合，如果行業(yè)頻譜無法保證高低搭配，可以考慮用公網(wǎng)低頻段實(shí)現(xiàn)和行業(yè)毫米波頻段的雙連接。如圖2所示。
圖2.5G毫米波混合專網(wǎng)
對(duì)于希望專網(wǎng)徹底托管的公司，可以考慮建設(shè)5G虛擬專網(wǎng)，利用端到端的切片實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯隔離，從而保證速率、時(shí)延等需求。
不同配置的幀結(jié)構(gòu)和大帶寬，提供更高傳輸速率
毫米波幀結(jié)構(gòu)的上、下行鏈路無線幀長10ms，包含10個(gè)子幀，每個(gè)子幀1ms，每個(gè)無線幀被分為兩個(gè)長度相同的半幀，每個(gè)半幀包含5個(gè)子幀。每個(gè)幀以及每個(gè)子幀中的時(shí)隙數(shù)目見下表。
毫米波通常采用5個(gè)時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)，具體如下：
3種幀結(jié)構(gòu)上下行時(shí)隙比例不同，加上特殊時(shí)隙配比，可以很好的滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大帶寬場(chǎng)景應(yīng)用。按目前業(yè)界毫米波芯片的能力，支持下行800MHz和上行400MHz的雙流MIMO，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，該能力還將進(jìn)一步提升。下表是根據(jù)目前芯片能力測(cè)算的5G毫米波速率能力。
表3. 5G毫米波傳輸能力
高子載波間隔帶來更高的時(shí)間分辨度，提供低時(shí)延
相比于5G中低頻段30kHz的子載波間隔，毫米波子載波間隔擴(kuò)大4倍，相應(yīng)的時(shí)隙長度即縮短為1/4，空口時(shí)延可顯著降低。毫米波的低時(shí)延傳輸能力能夠很好的滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Φ蜁r(shí)延通信的需求。工業(yè)領(lǐng)域中的遠(yuǎn)程控制、設(shè)備診斷等方面要求傳輸時(shí)延在毫秒量級(jí)，這些需求的數(shù)據(jù)包大小往往較小。下表是不同數(shù)據(jù)包大小的毫米波通信用戶面時(shí)延，可見毫米波通信的用戶面時(shí)延完全能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)r(shí)延的需求。對(duì)于一些規(guī)律傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，開啟預(yù)調(diào)度能夠進(jìn)一步將用戶面時(shí)延降低到5ms以內(nèi)。
表4. 毫米波的用戶面時(shí)延
為進(jìn)一步降低時(shí)延和增強(qiáng)可靠性，中信科移動(dòng)毫米波設(shè)備支持DU類型幀結(jié)構(gòu)和上行免調(diào)傳輸，能把空口時(shí)延控制在1ms內(nèi)，后續(xù)引入R16特性將進(jìn)一步降低時(shí)延；同時(shí)設(shè)備支持高低頻雙連接組網(wǎng)，在PDCP支持重復(fù)傳輸；后續(xù)將陸續(xù)引入低碼率MCS表格/CQI表格、高聚合等級(jí)PDCCH、PDSCH/PUSCH時(shí)隙級(jí)重復(fù)發(fā)送、R16和R17的M-TRP等功能進(jìn)一步保證毫米波的可靠性，使毫米波技術(shù)能夠更好的為5G垂直行業(yè)服務(wù)。
空間域高分辨度，提供精準(zhǔn)波束賦形和高精度覆蓋
毫米波頻率高，采用多panel的數(shù)模混合聯(lián)合波束賦形技術(shù)，可以提供窄波束賦形，實(shí)現(xiàn)區(qū)域精準(zhǔn)覆蓋和掃描。對(duì)于大帶寬工業(yè)應(yīng)用，可以采用傳統(tǒng)的單波束掃描方案，但是對(duì)于時(shí)間敏感性業(yè)務(wù)和工業(yè)場(chǎng)景的覆蓋區(qū)域，單波束掃描方案需要一定的時(shí)間周期，可以通過多panel并發(fā)多波束降低由掃描周期帶來的時(shí)延。毫米波的波束賦形能力如圖3所示。
圖3.毫米波在不同方位的波束能力
毫米波較寬的系統(tǒng)帶寬有助于提升定位精度，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)精確定位的需求�？梢詮谋碚骶嚯x感知能力的縱向距離分辨率和角度感知能力的橫向距離分辨率兩方面衡量定位能力。
圖4.橫向定位能力同天線孔徑之間的關(guān)系
圖4給出了不同頻段下，在D = 10米的感知距離下，不同橫向定位精度要求下對(duì)定位信號(hào)發(fā)射天線孔徑的要求。可見定位信號(hào)頻段越高，發(fā)射定位信號(hào)所需天線孔徑也越小。在10cm橫向定位精度要求下，工作在26GHz頻段的毫米波定位天線孔徑約為1.4米，而在60GHz頻段，天線孔徑只需要0.61米。相比之下，3.5GHz頻段則需要10米以上的發(fā)射天線，工程難度較大。
中信科移動(dòng)自主研發(fā)的5G毫米波設(shè)備與組網(wǎng)解決方案，為業(yè)界提供大帶寬、低時(shí)延、精準(zhǔn)波束賦形與定位能力。支持獨(dú)立組網(wǎng)應(yīng)用的同時(shí)，也支持FR1-FR2 DC的高低頻混合組網(wǎng)能力，能夠滿足廣域覆蓋和區(qū)域大帶寬傳輸能力，滿足垂直行業(yè)應(yīng)用需求。
圖5.中信科移動(dòng)毫米波系列產(chǎn)品
圖5為中信科移動(dòng)自主研發(fā)的系列毫米波產(chǎn)品，根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)要求和工程條件，可以選擇不同的毫米波產(chǎn)品進(jìn)行組網(wǎng)。同時(shí)，可以根據(jù)行業(yè)對(duì)運(yùn)維管理、區(qū)域吞吐量、用戶速率等方面的要求，選擇不同的組網(wǎng)方式、幀結(jié)構(gòu)、載波帶寬配置，以滿足不同企業(yè)和園區(qū)的行業(yè)應(yīng)用需求。
