5G大突破！中兴通讯完成全球首个毫米波外场DSUUU帧结构性能测试

5G商用时代，传统行业面临数字化升级的新机遇，对上行大带宽的需求格外迫切，5G上行速率因此成为运营商的“必争之地”，相关技术开发更如火如荼地展开。

近日，中兴通讯就协助中国联通合作成功完成毫米波+8K业务演示，这也是毫米波DSUUU帧结构国内首个外场真实业务演示。本次业务演示成功验证了5G毫米波的超级上行能力，对于满足未来众多5G行业应用的上行大带宽需求具有重要意义。

5G发展，唯快不破

5G时代万物互联，特别对于要打造工业互联网的传统工业制造业行业来说，5G上行大带宽绝对是刚需。

比如在智慧矿山的建设上，因为井下煤矿海量视频回传，因此大带宽势在必行；在智能制造的AI质检环节，因为需要质检机回传高清图片到AI算力平台，就需要极大增强上行传输速率，以满足质检机的工作需要；智慧港口则需要上行带宽增强方案实现智能理货、视频监控，从而达成规模商用。此外，在智能电网、远程医疗、工业设计方面，5G上行大带宽都会发挥有如定海神针的作用，从而推动5G更好赋能行业的数字化转型升级。

5G上行大带宽日益成为生产力关键要素，对通讯设备商和运营商来说则是更大的挑战和全新的机遇。而中兴通讯就与中国联通携手一道，展开了“没有最快只有更快”的5G上行速率 探索 。

毫米波让8K更高清

在各行业与5G的融合发展中，8K超高清视频是重中之重，而作为5G的重要组成部分，毫米波在这其中发挥的作用极为关键。

8K超高清视频具有超高的分辨率，能大大提升传递信息的细节感和质感，给观众带来身临其境的视觉震撼。超高清晰意味着巨量数据的产生。在这方面，5G毫米波网络具有天然的容量优势。通过增强上行链路的网络容量，上行链路峰值速率能够提高3倍，可以有效满足8K超高清视频的网络要求。

今年8月，中兴通讯在中国联通的指导下，配合IMT-2020(5G)推进组测试需求，在北京怀柔完成全球首个毫米波外场DSUUU帧结构性能测试。测试结果表明，基于中兴通讯5G毫米波基站与DSUUU帧结构，单用户上行峰值速率接近920Mbps，下行速率达到2Gbps以上，二者均接近理论峰值。

不到半个月，中兴通讯又与中国联通实现了该项技术的真实业务演示，展示了毫米波在大带宽、高容量、低时延方面的超强能力，并将推动5G网络在工业视频采集，AR/VR、超高清赛事直播等产业链的快速成长。

毫米波再精进

今年4月工信部发布的《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》中明确提出，组织开展5G毫米波基站研发和端到端测试，加快技术和产品成熟，奠定5G毫米波商用的产业基础。由此可见，2021是中国5G的“毫米波测试”之年，5G毫米波产业化同样会持续推进，从而满足未来众多5G行业应用的上行大带宽需求。

接下来，中兴通讯还将继续与中国联通深度合作，致力于推动毫米波的示范应用和商用进程，将毫米波高带宽、高容量、低时延的技术优势发挥到极致，推动其在不同网络场景下发挥更大的作用。

特别是目前中兴通讯已与合作伙伴在电子制造、钢铁、冶金、矿山、电力、轨交、港口、新媒体、文旅等15个行业广泛开展5G+创新实践，全球范围内实施了超过60个示范工程。这意味着在不久的将来，中兴通讯的毫米波技术会为这些行业的超高清视频监控、多点并发上传，以及精准远程控制指导等方面提供极大助益，从而推动5G赋能千行百业的数字化转型升级更快实现。

5G·深·体验4：为什么我的5G速度不超过600Mbps？

孙宇彤

通信技术与IT技能的普及者，LTE学习大使，《LTE教程》作者

来自专栏学好5G

这是我用上5G以后最大的一个迷。而探索答案的过程，可谓一波三折。

在用上5G之前，看过有些人的体验，用Speedtest测得的5G下行平均速率是可以达到1Gbps的，可是我的测试结果总是不超过600Mbps。

孙宇彤：5G·深·体验1：5G到底有多快？

当时听说用华为的手机可以测到800Mbps以上，因为华为手机可以支持SA，我用的是NSA手机，所以怀疑速率的差别是不是NSA与SA的差别。

后来听说SA还处在试验阶段，绝大多数站点还是NSA的站点，因此速率的差别应该与NSA无关。

之后遇到ZTE的一个测试团队，他们提到了D频段的影响，讲到正常也是600Mbps以下的速率，为了测到更高的速率，需要把D频段中D1和D2频点给关掉，腾出带宽后，才能测到800Mbps以上的速率。

我查了一下，移动5G的中心频率是2525MHz，100M带宽的范围是2475～2575MHz，而D频段是2570MHz～2620MHz，还是有部分带宽重叠。

因此，现网由于不能清空，5G带宽不足100MHz，所以速率也就不会超过600Mbps了。

这个解释听起来非常合理，于是我也就作为速率上不去的原因了。

基于这个原因，我一直认为现网只有电信和联通可以测到600Mbps以上的速率，因为这两家的5G网络的带宽是实打实的100MHz。

下图是联通现网5G与4G速率的对比，可见联通网络的下行平均速率可达600Mbps以上。

一、5G eMBB实现之『道』

增强型移动宽带(eMBB)，是现阶段5G最重要的发展方向，也是我们看得见摸得着的未来。

在5G基站下，国际电联的愿景是单小区可达20Gbps的速率。而在巴塞展上，国内的5G先锋中兴通讯曾经演示过惊人50Gbps峰值下载速率！

▲中兴通讯的5G演示

在这一切的背后，到底是何方神圣，能拥有如此大的能量？

这就要从“道”和“术”两方面来理解。“道”可认为是提供支撑的理论基础，“术”就是在此之上的实现方法。

两千五百年前，中国伟大的思想家老子曾说过：“道生一，一生二，二生万物”。那么到底什么是道呢？老子又说：“道可道，非常道”。

老子说得没错，但尽管“道”难以说清，还是有人为此孜孜不倦。70年前，美国的克劳德•香农发表了一篇划时代的论文《通信的数学理论》，从而成为了无线通信理论的奠基人，“道”终于“可道”了。

▲香农

香农公式，精确地描述了决定通信系统容量的几个因素和它们之间的关系。作为移动通信之“道”，2G，3G，4G要遵从，5G照样不例外。

▲香农公式

这个公式看起来非常的狰狞可怕，我们如果能鼓起勇气硬着头皮看一遍的话，就会发现，系统容量和信道带宽成正比，或者说，信道带宽越大，系统容量就越大！容量大了，不就是上网速度快了么？

5G的设计者也是这么想的：大幅提升网络速率，增加信道带宽是第一要务。那么，就从4G的20M带宽提升到100M，甚至400M吧！

可是常用的频段都让2G/3G/4G给占了，连WiFi也占了一大段，留给5G的已经不多。巧妇难为无米之炊，这可怎么办？

二、5G 毫米波的引入

于是，5G将眼光投向一片新的处女地。这里不但带宽丰沛，而且大部分都空闲着，正好为5G施展拳脚所用，真是一片流着蜜与奶的好地方。

▲5G毫米波候选频谱

这片处女地就是“毫米波”，又叫5G高频，一般指频率在30GHz到300GHz这段范围内的频谱，相对于传统的Sub6G来说频率要高得多，频率越高波长越短。

▲频率越高，波长越短

根据电磁波的“波长λ=光速C ÷ 频率f”这个公式可以得出，该段频谱的波长在1毫米到10毫米之间，因此得名“毫米波”，又叫mmWave，实际5G所用的毫米波下限是24GHz。

下图是5G毫米波的候选频段，可以看出，相比于拥挤的Sub6G频谱（2G/3G/4G/WiFi都在这一段狭窄的范围内），毫米波的频谱资源简直是太丰富了！就这还只是毫米波频段的一小部分而已

▲5G毫米波的带宽极为丰沛

目前标准确定的5G毫米波频谱叫FR2 (Frequency Range 2)集中在24GHz到29GHz这5G带宽，也基本可以满足5G初始部署阶段的需求了。

▲标准化的5G毫米波频谱

既然毫米波的资源这么丰富，为什么现在2G/3G/4G都非要挤在低频Sub6G不可，甚至5G也首先在Sub6G来部署？

三、毫米波的致命弱点

这是因为毫米波有致命的弱点——覆盖差。

电磁波的在空气中的传播有个特点，就是频率越高，损耗越快，绕射，穿透能力越差。典型的损耗分类有下面这几种：

1. 自由空间路径损耗：由于信号能量在自由空间的扩散，在传播了一定距离后，信号能量会发生衰减，功率损耗量和频率的平方成反比。举例来说，也就是频率增大3倍，损耗就会增加9倍！

▲频率越高，自由空间损耗越大

2. 绕射损耗：电磁波传播过程中由障碍物引起的附加传播损耗。频率越高，绕射能力越差，绕射损耗越高。

▲频率越高，绕射损耗越大

3. 穿透损耗：电磁波传播过程中，穿透建筑，花草树木等障碍物产生的损耗。频率越高，穿透能力越差，穿透损耗越高。

▲频率越高，穿透损耗越大（穿透树木）

▲频率越高，穿透损耗越大（穿透建筑）

4. 雨衰损耗：电磁波信号因大气中的雨、雪、冰的吸收，散射等现象导致信号减弱的现象。通常频率越高，衰减越大。

▲5G毫米波受天气的影响非常严重

信号在空间中的传播是上述几种衰减方式的总和。如果用低频2.6GHz和高频28GHz进行对比，在信号传播路径相同的情况下，经历的衰减如下图所示。

▲5G毫米波经历的层层损耗

毫米波28GHz由于频率高，每一步经历的衰减都要比2.6GHz多得多：

① 自由空间损耗：多20dB；

② 绕射损耗：多10dB；

③ 树木穿透损耗：多8dB；

④ 房屋穿透损耗：多14dB；

⑤ 室内传播损耗：多5dB。

把这些值加起来，可以得出：同样的发射功率，经历同样的传播路径，最终用户收到28GHz的信号是2.6GHz信号强度的百万分之一！

▲和2.6GHz相比，毫米波的传播损耗非常大

毫米波的覆盖这么差，看来这片“流着奶与蜜的处女地”确实不是那么好开发。但其大带宽高速率的诱惑是无法抗拒的，因此在使用中就必须扬长避短。

四、5G 毫米波的部署之『术』

首先，怎么扬长呢？最重要的方式是：

波束赋形

一般情况下，天线单元使用半个波长效率最高，因此电磁波的波长越短，所需要的发射和接收天线单元也就越小。

▲频率越高，电磁波的波长越短，所需要的发射和接收天线单元也就越小

而毫米波的特点正是波长短，所以天线的尺寸可以很小，在同样的面积下可以容纳更多的天线。通过调整天线阵列的基本单元的参数，使得某些角度的信号获得增强干涉，而另一些角度的信号获得抵销干涉，从而使信号在特定的方向上增强，这就是波束赋形。

▲频率越高，天线数量越多，赋形效果越好

波束赋形能力取决于天线单元的个数，个数越多，波束越窄，越能波束集中能量对准用户，提升覆盖规避干扰，赋形效果也就越好。

下图中的5G毫米波设备含有256个天线单元，每64个为一组，通过波束赋形来生成窄波束，因此该设备一共能提供4个波束来进行高速服务。这种实现方式是目前毫米波设备的主流。

▲真实的5G毫米波设备

有了波束赋形的加持，毫米波的一个个窄波束可以集中能量，精确对准并跟踪用户移动，带来更好的用户体验并降低干扰。

▲波束赋形在工作

下面再说下5G毫米波是怎么避短的。

1. 微站超密组网

首先，宏覆盖就别想了，要宏覆盖找低频去。咱毫米波就安心做微站和室内站，覆盖热点区域和室内就好，毕竟这些地方人多，流量需求大，更需要5G。

▲毫米波更适用于微站覆盖

如果有区域的流量需求持续升高，从热点变成了沸点，甚至到达了爆点，毫米波的覆盖距离虽然近，但可以布地密一点，再密一点，成为超密组网。

▲5G毫米波超密组网

2. 高低频宏微协同组网

为了弥补毫米波的覆盖问题，还可以和低频Sub6G协同组网，同时使用两个频段，低频负责控制面，高频负责用户面，这样既可以进行无感知的小区切换，还能享用高频带来的极致速率。

▲5G高低频宏微协同组网

总之就是，毫米波是5G实现eMBB业务的杀手锏。虽然毫米波有很大缺点，但只有优点够突出，这些缺点都是可以用各种各样的技术方案来弥补的。

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