美国5G进展

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特朗普总统于21号在推特上发表了关于美国5G技术的一系列言论,对华为态度较为暧昧。但笔者坚信,美国仍将坚定原有意图,意欲锁死我国高科技的发展,短期内的态度暧昧或有其他因素。在这个时刻,我们也应保持警惕,避免盲目乐观,抓紧时间把握窗口发展核心技术,才是实现突破的方法。

5G技术成为了最近关注的焦点,国内通信行业的企业也被深挖了很多,运营商也开始了试验网的组建。按照国内运营商的传统建网流程,试验网组建后的下一年就会开始大规模的部署商用网络,2020年国内正式商用5G看来问题不大。

2019年春晚采用5G进行直播,今年可依旧关注重要时点发布的新闻。

在深挖了我们自己的同时,对海外5G的建设状态也要有较好的把握,取长补短,为我所用。下面我们来看看,对华为态度突然暧昧的川普,自己国内的5G建设到底怎么样吧。

1. 演进路线

目前针对5G是否是刚需仍有很大的争议,对于潜在需求落地的可能性存在争论。但从目前来看,更大的带宽需求基本可以作为一个确定的事情了。而5G是当前通信发展中,唯一能够大规模提升带宽的标准,建设5G网络也就势在必行。不管争议如何,有一项确定的需求,就会推动网络的建设。

美国首先选择的5G落地场景与国内的逻辑有所不同。从美国运营商AT&T和Verizon的最新动向开看,固定无线是他们认为比较确定的方向,5G网络为其提供的是高带宽能力。但从后文我们会详细阐释,固定无线只是应用了5G的一两项技术,美国运营商当前铺设的网络根本不能叫做5G。

什么是固定无线。先以国内用户比较熟悉的应用场景来介绍。目前我国家庭宽带基本采用的都是FTTH,也就是说,家里装一个光猫,光猫通过光纤连接运营商的网络。目前运营商的光猫基本也都集成了路由器的功能。简单但是不太严谨的说,家里装个路由器,后面连根光纤就可以上网了。家庭中的多个设备可以通过连接路由器来上网。

固定无线和国内家庭带宽的区别,主要就在于路由器到运营商网络的这一段的连接方式,并非通过光纤,而是采用无线毫米波。也就是说,在固定无线场景中,家里的路由器通过毫米波的方式与室外的基站相连,手机以及电视等终端设备的流量通过路由器以无线信号的形式发送给基站。

为什么“路由器”要采用这种方式,而不是像国内一样采用光纤连接呢?这其实和美国的国情相关。

首先,美国高净值用户大多住在郊区的别墅区,地广人稀,房屋密度不高。这样的居住结构特点,决定了固定无线有较好的应用场景。

第一、由于用户密度不高,铺设光纤的成本较高,利用率不高,铺设光纤从经济效益上来讲并不划算。美国运营商也是要赚钱的,亏本的生意可不做。就像美国一些农村地区,由于用户数量太少,ARPU值较低,运营商觉得没钱赚,索性不放基站不覆盖了。华为就成为了这些美国农村小运营商的设备供应商。其实,美国从来就没有明令禁止采购华为、中兴的设备,只是大运营商不采购,美国农村的运营商还是使用的华为设备。在前几个月,特朗普还打算考虑禁止中国电信设备进入美国市场的时候,美国农村运营商就站出来抵制川普的这一做法了。

说到这里,就不得不为我们国家点个赞了,就是正在进行的电信普遍服务项目。为了覆盖山上的一个住户,需要拉几公里的光纤过去,再加上提速降费和补贴,这个住户一年可能只用交300块钱就能享受宽带服务。按光纤20年退休,这个用户用20年宽带,最多也就能带来6000块的营收。等铺设的光纤老化退休了,运营商连成本都收不回来。但是电信普遍服务项目定位的并不是为了赚钱,而是让更多人用上高速便捷的网络,改变更多的人命运。从这个意义上来讲,我国运营商并非单纯以营利为目的,也同时承担了一定的社会责任。

第二、美国普遍的别墅区更容易被毫米波所覆盖。毫米波众所周知的一个问题,就是频段太高导致覆盖效果较差,能够覆盖的距离较短,且很容易被遮挡所干扰。可以想象,在我国城市化的现阶段,大量居民居住在楼房林立的商品房中,毫米波到房间内,估计都被挡了多少面墙了。在这种非视距场景下,毫米波的应用前景是比较堪忧的。但是美国别墅区,遮挡相对来说少了很多,毫米波能够较好的发挥其大带宽的应用潜力。

其次,美国现有的土地制度,决定了光纤铺设的附加成本太高。美国土地是私有的,铺设光纤沟通成本过高,铺设较为困难。比如在美国的有比较大农户,所拥有的农田覆盖面积可能很广,如果要在地下挖光纤,必然要征得农户的同意,因为这块土地是别人的私有财产。同样,运营商在各个州进行网络建设的时候,也会和州政府所拥有的土地打交道,这一部分是不受联邦政府控制的。美国国土面积中,私人所有的土地占58%,联邦政府占32%,州政府及地方政府占10%。建设网络的沟通成本可想而知。而我国受益于国家的体制,可以快速开展光纤网络的铺设。

伴随着游戏主机的逐渐火爆,叠加4K、8K电视逐渐普及,家庭带宽的需求量大幅提升。虽然5G有大多不确定的需求,但家庭大带宽需求这个基本是确定性的。有人可能会说,我买了游戏主机平常大多数时间用不上。但通信网络的定位一直以来是以峰值能力来衡量的,在你用的时候体验流畅才是通信网络的目标。正是看到了这一点,美国运营商决定以固定无线作为5G应用的切入点,发挥毫米波带来的大带宽收益。

因此,美国运营商围绕固定无线也就展开了较多的竞争。

2. 频谱之争

与中国频谱是租用的情况不同,美国的频谱是拍卖的,负责拍卖频谱的机构叫FCC。根据3GPP的定义,大于6Ghz的频段都可以是称为毫米波频段,看似无限多,但由于大气中各种分析对电磁波的吸收,毫米波在大气中衰减是十分严重的,只有“大气窗口”附近的几个频段受大气影响较小,能够用于远距离通信。一般就是47Ghz、37Ghz,28GHz和24GHz。

所以归根到底,毫米波在移动通信中能够应用的频段也是相对有限的,这也加剧了美国几大运营商在毫米波频段的争夺。一次性占住,就可以挤压对手的空间。

39GHz频段基本已经划分完毕了,其中Verizon占39%,AT&T占27%,尚未拍卖的32%,其他的占2%。这个频段的争夺可以追溯到2017年。当时一家名叫Straight Path的公司持有39GHz频段中约620M的带宽资源,Verizon和AT&T针对这家公司展开了争夺。2017年4月上旬,AT&T报价16亿美元,随后Verizon报价18亿美元。最终Verizon以31亿美元收购了这家公司。在该频段上占据了领先地位。

28GHz中,2019年1月,FCC拍卖了28GHz 频段的频谱,于1月24日结束,拍卖产生的总出价为7.0257亿美元。24GHz目前还是一片空白,还没有开始拍卖,全部在FCC的手里。FCC计划于3月14日开始24GHz 5G拍卖。

美国毫米波频谱拍卖的顺序和产业发展的顺序是较为接近的。率先拍卖的28Ghz是目前产业主流的毫米波频段。同时,覆盖效果较好的24Ghz更多用于车载电子,由于产业链尚不成熟,顺序也较为滞后。我们可以关注后续拍卖的结果,价格应该会越来越高。频谱的划分也将影响美国运营商的格局。

3. 商用之争

前一阵子美国运营商AT&T声称自己部署了5G网络,笔者查了相关资料,这个5G也就只能算是个固定无线场景的应用,并非真正的5G。看网络是不是真正的5G,很简单,看看下面几个关键点就行:核心网、基站、终端。为了降低对5G网络判断的标准,我们不考虑网络是不是真正实现了5G的所有场景,即embb、urllc和emtc,只看embb场景。鉴于笔者目前查不到AT&T有关核心网进行5G升级的资料,姑且认为保持了4G,剩下的就是分析基站和终端了。

AT&T声称自己的网络是三步走演进的,根据AT&T官网信息,分为三步:5G Evolution、5G和5G +。主要关注这个5G+,从官网对5G+的表述:Even faster 5G speeds will power innovation zones in select locations,5G+理论上应该是最接近5G网络的,是短期内的最优网络的。根据AT&T的公开信息,AT&T也确实兑现了诺言,在12个城市中都部署了自己的5G+网络。

但是,AT&T的5G +网络,只是固定无线,并非真正的5G网络。要使用这个5G+网络,AT&T用户需要购买一个叫做NETGEAR Nighthawk的5G热点,注意圈出来的地方,是使用了毫米波的。

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其实这个方案和我国通信网络的使用方式不太一样。国内通信网络,使用方式一般是用户买个手机,基站直接给手机发信号就行了。但是这个方案,首先放个基站,然后基站和一个类似于路由器的热点相连,用户的终端和这个路由器相连。这个路由器有个专有名词叫CPE。AT&T的这个热点就是类似于CPE的东西。这么做的主要逻辑,其实主要有两点:1、站址不太好获取,这个和光纤的逻辑是一样的。2、转移了一部分成本到用户,毕竟羊毛还是要出在羊身上。在毫米波基站没有广泛覆盖的情况下,这种CPE设备实现盲区的补充是较为方便的。

也就是说,AT&T的这个CPE,和基站间是用毫米波连接的,CPE和用户手机间,还是原来的4G信号或者wifi信号。

换句话说,就是把在家门外面的基站信号拉近了,相当于在家里放了个小基站。所以美国用户在测试的时候发现速率之只比4G快了一点也就不足为奇了。

再看下这个CPE设备的配置参数,4*4MIMO,现在是个路由器也有4天线了。至于NETGEAR Nighthawk所采用的高通X50基带,这个就比较有意思了,来一起看看高通官网的表述。

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下载速度可达5Gbps,然而他又叫5G 调制解调器,这个5G到底是啥就有点说不清了。到底是说标准,还是说速率,怎么理解都行,都不算错。不过3GPP对于新一代通信技术并不是定义为5G,而是NR(New Radio),5G只是大家叫习惯了。没关系,可以看下实现了什么通信标准,这样就能确认是干啥的了。

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从宣传上来看,固定无线成为宣传的重点,与毫米波是相通的,直观上感觉是为了毫米波场景特意打造的一款基带芯片。

综上来看,AT&T这个方案,再加上高通的这个X50调制解调器。可以说,AT&T的这个所谓的5G方案,实际实现的是毫米波进行热点覆盖的测试。也就是说,基站与热点之间进行毫米波链接,手机和家庭中的设备和热点再进行连接。虽然目前很多评论对于AT&T的5G方案评论很差,认为测试效果不好,但从笔者角度来看,这个效果可以说很好,甚至超出了笔者的预期。主要有以下几点原因。

1)AT&T的5G方案,归根到底是为了实现固定无线。这个在美国多个城市的试点,就是为了测试毫米波热点的可行性。一直以来毫米波的覆盖性被人质疑,链接是否能够保持稳定运营商也一直打鼓。从这次部署来看,基站和热点之间的连接基本达到了性能要求。

2)至于速率为啥这么低,是因为手机就是4G的,还指望能跑出5G的速率?能实现比4G快一些的速率,已经证明了方案的可行性了。

3)前期把这些底子打好了,终端成熟后迅速换成5G终端,5G的部署更加快捷。

4)终端用电池就能实现毫米波,只是目前看不到工作的时长,不过还是说明设备的毫米波技术还是很成熟的。

至于它的老对手,Verizon,就没那么舒服了,从一开始就走了弯路。

Verizon在2018年10月的时候宣布在美国4个城市正式商用5G网络,但近日宣布暂停其5G网络的推广。在5G建设如火如荼的时候,为什么Verizon会暂停呢?主要就是因为其采用的通信协议并未主流3GPP的5G标准。

Verizon的5G网络使用的是5GTF标准,5GTF全称叫5G TechnicalForum,这个论坛就是Verizon办的,所以,5GTF就是Verizon在2016年自己定的所谓的V5G标准,与3GPP的5G标准并不兼容。标准不兼容,导致Verizon的5G设备需要有厂商为其定制。

2017年2月,诺基亚宣布通过全球首个5GTF连接;2018年10月,休斯顿居民克莱顿·哈里斯成为Verizon的第一位5G用户。看来诺基亚和哈里斯成为了厂商定制标准的第一批冤大头。

定制标准很难被推广是因为运营商的需求不大,厂商单独为一家运营商开发一套通信标准并进行生产的成本过于高昂,运营商需要有力量推动整个产业链为其单独定制,这样是极为困难的。Verizon也意识到了这一点,再进行其自己标准设备的部署,已经是浪费资源了。索性停止部署,改用3GPP标准的设备,声称要升级到后续3GPP标准设备。

4. 写在最后

3/4G网络为我们带了BAT这样的行业巨头,对我们的社会产生了巨大影响。还记得在90年代,出租车司机在自己的座位的旁边都要加保险杠,防止自己被抢劫,现在由于移动支付的出现基本没有了。滴滴这样的商业模式,在移动互联网成熟之前是不可想象的。偏远山区的孩子,通过网络直播接受更为优质的教育从而改变自己的命运,让教育跨过地域的鸿沟,在过去也是难以设想的。

通信网络,虽然设备商、运营商,都称其为管道,但在笔者看来,它确实社会资源分配效率提升的发动机,是一张能够改变很多人命运网络,是一个打破传统的运行规则的有利武器。

4G网络已经给我们带来了足够多的惊喜,惊喜到美国开始害怕,进行封杀,5G来了,又该如何畅想呢?

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