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GSMA相關報告整理。本文任何之觀點，皆為交流探討之用，不構成任何投資建議，也不代表本公眾號的立場。如果有任何異議，歡迎聯繫國際第三代半導體眾聯空間。5G具備更高的速度和更低的時延，能為以往移動技術難以支持的新型應用提供前所未有的支持。這些5G網絡需要結合使用3個不同頻段的頻率（低於1GHz、1-6GHz和高於6GHz）以便最大程度發揮其功能。每個頻段都能提供不同的性能特徵，以幫助中國實現其5G願景。而後一段（24GHz-86GHz）5G毫米波頻譜的分配將為大量5G應用需求提供所需的擴展帶寬和性能。這一頻譜範圍預期將發揮重要作用，以滿足增強移動數據服務和新型應用的需求。
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1、毫米波在中國的潛在優勢
中國是5G的先行者，於2019年宣佈了商用5G服務的初步部署。作為5G的領跑者，預計中國也將在其5G網絡中使用毫米波頻段。預計到2034年，在中國使用毫米波頻段所帶來的經濟受益將產生約1040億美元的效應。這大約佔亞太地區毫米波頻段預估貢獻值（預計將達2120億美元）的一半。亞太地區其他有可能的先行國家包括澳大利亞、印度、日本和韓國，這些國家加上中國將大約佔該地區5G毫米波產生總GDP貢獻的90％。
▼截至2034年的亞太地區5G毫米波GDP貢獻結構
考慮到5G毫米波對中國GDP的預期貢獻，垂直行業領域中的製造業和水電等公用事業是目前可見貢獻最大的行業，佔貢獻總數的62％；其次是專業服務和金融服務，佔12％；信息通信和貿易，佔10％；然後是農業和礦業，最後是公共服務（請參閱圖2）。考慮到中國在全球製造業中的重要性，製造業在中國GDP中的主導地位是可以預期的。隨著5G毫米波的使用不斷增長，這種經濟優勢加上5G毫米波的眾多潛在工業應用，將為垂直行業對GDP的重大影響做出貢獻。
▼2034年中國垂直行業5G毫米波GDP貢獻結構
與預期在全球引領5G部署的其他國家（例如，德國、日本、韓國、英國和美國）相比，中國5G毫米波對國內GDP的預期貢獻將僅次於美國，這兩個國家的貢獻值分別為1040億美元和1560億美元（請參閱圖3）。在中國、德國、韓國和日本，由於5G毫米波，製造業和公用事業領域對國內生產總值的貢獻所佔比例最大，而專業服務和金融服務領域則是美國和英國的最大貢獻領域。
▼中國與其他5G引領國家的5G毫米波GDP貢獻對比
2、5G毫米波在中國的技術考量因素
2.1 5G頻譜要求
5G不僅僅是更快的4G技術。5G豐富了使用，令其更加多樣化，包括超可靠的低時延應用，並支持各種物聯網(IoT)服務。這就需要多樣化的頻譜-低、中、高頻段的組合，以便將頻譜用於提供最大價值的服務或應用。藉助5G，每個頻段範圍都在整個5G生態系統中扮演著不同的角色，從而讓移動網絡運營商以最佳的組合形式提供覆蓋範圍和容量。
此外，5G將啟用新服務和設備、連接新領域，並創造新的用戶體驗。認識到不同頻譜頻段組合的重要性，中國已經在推動5G部署的初始階段方面取得了長足的進步，特別是在6GHz以下的頻段。2018年12月，中國工業和信息化部(MIIT)向中國電信、中國移動和中國聯通發放了頻段為2.6GHz、3.5GHz和4.8GHz的5G網絡試驗頻率使用許可。2019年6月，工信部向三大運營商以及一家新的運營商–中國廣電頒發了5G商業牌照，以允許在全國範圍內開始商用5G服務。
在WRC-19期間，兩個5G毫米波頻段獲得了成員國的最大支持–24.25-27.5GHz和37-43.5GHz頻段。在WRC-19上達成的協議還包括了為24.25-27.5GHz頻段設置的帶外發射限值，而該協議正在推動該頻段的標準化和生態系統發展。在此基礎上，中國的下一步將要考慮如何將毫米波頻段納入國家5G頻譜政策框架，包括頻譜的發放工作。在行政分配2.6GHz、3.5GHz和4.8GHz頻段的工作中，中國採取了有利於投資的方案，即在最初幾年免去頻譜費用。其他市場也採取了類似的方法。在香港，運營商獲得了26GHz和28GHz頻段的直接許可，並且在兩個頻段的使用率達到75％之前都不支付頻譜費用。同樣，在日本，總務省(MIC)為運營商分配了3.7GHz、4.5GHz和28GHz頻譜，以換取網絡投資和部署承諾。6參考這些示例，中國應該通過免頻佔費的行政方式來分配毫米波頻譜，或者至少像之前對其他頻譜頻段那樣免除前幾年的頻佔費。另一種可參考的辦法是通過措施激勵（例如，部署承諾）以換取更多的頻佔費的減免。這三種分配方法中的任意一種都將在幫助在最大程度上鼓勵投資和網絡部署。
頻譜的協同對於5G網絡仍然很重要，正如每個運營商在每個頻率範圍內都有足夠的頻譜可供使用。例如，ITUIMT願景對於5G網絡功能的展望表明，5G賦能的移動寬帶系統應實現10Gbps的數據傳輸容量。這類場景很可能是因其作為熱點而不需要廣泛的覆蓋範圍，所以最好由24GHz以上的頻段提供。在廣闊的城市和郊區覆蓋範圍內，5G被期許能為客戶帶去至少100Mbps的速度體驗，此速度最適合6GHz以下的頻段。7請注意，需要使用不同的5G頻段來滿足特定要求，並充分利用5G網絡的全部能力，每個中國運營商都應至少具有以下的頻譜資源：
- 80-100MHz的中頻段連續頻譜（例如，3.5GHz頻段）。
- 在毫米波頻段內至少為1GHz的頻譜。
因此，中國的國家法規能符合這些國際建議非常重要。
2.2 5G生態系統的發展
中國認識到5G設備生態系統發展的重要性，並注意到5G芯片和模塊尚未實現全行業標準化。WRC-19確定了在國際範圍使用每個毫米波頻段的技術條件，從而為繼續標準化以支持設備生態系統的發展鋪平了道路。
多項與5G相關的標準化工作正在進行中。除了國際電聯在超越2020的國際移動通信(IMT-2020)方面的工作外，第三代合作伙伴計劃(3GPP)也正在更新5G新空口(5GNR)的使用規範。該規範最初在第15版中引入，並創建了一個全球標準以允許從2019年開始實施商用5G。國際電聯正在開展將3GPP標準考慮在內的相關工作。定義IMT-2020規範的過程應在2020年底之前完成。
亞洲、歐洲和北美的一些國家和地區已經授予運營商5G毫米波牌照。根據全球移動供應商協會(GSA)的數據，在2019年，所發佈的5G設備數量迅速增長，跟上了世界各地運營商推出首批商業5G服務的步伐。到2020年1月，已經發布了200多種5G設備，其中三分之一已經支持部分毫米波頻段（26.5-29.5GHz、27.5-28.35GHz、37-40GHz和66-71GHz）。這表明日益發展的5G毫米波設備生態系統已經可以支撐在中國的商用。
2.3 解決垂直行業的頻譜需求
工業和信息化部於2019年12月發佈的“5G+工業互聯網”計劃強調了政府對實現工業5G應用承諾的信心。5G毫米波確實有潛力通過關鍵行業垂直領域中的工業應用為中國帶來巨大利益。考慮到這些工業應用，已提出某些替代頻譜管理方法作為參考，例如，頻譜共享和預留。
2.3.1 頻率共享協議
監管機構可以選擇支持產業自願的頻率共享協議，也可以選擇強制共享以實現特定的政策目標。在自願頻譜共享協議中，運營商可以選擇與傳統或非典型的電信服務提供商共享頻譜。此選項可以促進一些超快速5G服務並提升頻譜的使用效率。通過這種方式，運營商就可以保持對授權式頻譜使用的確定性，並且可以有效地使用頻譜，以更好地促進提供廣泛、高質量的5G服務和應用，包括針對垂直行業等非傳統頻譜用戶的服務和應用。在強制性頻譜共享協議中，根據定義的標準，移動網絡運營商有義務與特定用戶共享頻譜。與自願協議不同的是，由於運營商有義務與其他用戶共享頻譜，因此減少了運營商可使用的授權式頻譜的數量。此種頻譜的減少可能會限制移動網絡運營商提供優質服務，從而降低頻譜對運營商的價值。因此，鑑於這些潛在的弊端，中國決策者應謹慎考慮強制與例如垂直行業用戶的頻譜共享。
2.3.2 預留頻譜
用於特定行業案例或垂直行業領域的預留頻譜也有被討論過。值得注意的是，一些垂直行業可能主張使用專用頻譜，以支持其專用網絡中的高級寬帶功能，包括直接訪問對4G和5G網絡至關重要的頻段。政府的“5G+工業互聯網計劃”表明，爭取適當的平衡以支持5G工業應用是政府的首要任務。至關重要的是，中國必須找到適當的平衡點，以確保移動網絡運營商能夠可靠地訪問毫米波頻譜，同時提供連接以支持行業垂直領域的一系列廣泛的5G工業應用。
在中國，在毫米波頻譜中專門為非傳統運營商預留頻譜存在一些風險。其中包括：
- 頻譜未被充分利用的風險；
- 毫米波頻譜的公平分配和使用可能會受到損害，因為在明顯不同的條件和義務下，更多用戶需要進一步協調，並可能與移動網絡運營商競爭；
- 由於可用的毫米波頻譜較少，可能會限制國家移動網絡運營商實現全部5G功能和用例。
5G網絡的一個主要組成部分是通信運營商支持中國眾多垂直行業需求的能力，包括為特定的5G應用類別設置特定的網絡參數。這樣，不給垂直行業在毫米波頻段內預留頻譜也能滿足他們的需求。為了實現政府的“5G+工業互聯網”計劃目標，應為中國移動運營商提供足夠的毫米波頻譜，以便他們更好的部署5G網絡。除了5G技術的技術能力外，移動網絡運營商還具有專業知識，不僅能夠支持工業應用，還能最好的維護網絡以持續提供服務，從而滿足不同垂直行業的質量和部署要求。
5G支持針對特定用途（例如，網絡切片）的流量管理新方法，以為不同的用戶或群體提供適當的服務質量（關鍵任務、公共安全、無源傳感器、消費者寬帶），使通信運營商為特定的垂直行業用戶提供最佳支持。因此，鑑於5G對中國的重要性，關鍵問題在於決策者確保移動運營商獲得毫米波頻譜以促進使用。
3、案例分析
毫米波可以大大提高5G網絡的容量和時延能力。首先，基於毫米波頻譜裡更大的帶寬，工業自動化的廣泛實施將受益於額外的容量，特別是要求高度精確的流程。5G毫米波還將支持每個自動機器人將產生或接收的大量數據，以及這些機器人在密閉區域中的密度。其次，鑑於連接丟失或時延可能帶來的負面安全隱患，所以在運輸環境中，維持高速連接的穩定性至關重要。由於預計網聯汽車的數量會出現增長，尤其是在人口稠密的城市地區，所以帶來的傳輸數據量將是巨大的，這使得毫米波變得更加重要。
與平均移動數據使用量相比，網聯汽車的數據量預測預計會大幅增加：英特爾預測，無人駕駛汽車每天將傳輸4TB的數據，而ITS汽車公司預測，普通汽車每天將傳輸多達30TB的數據。
此外，移動數據量有望繼續增長，並且對移動網絡提出更多要求。隨著傳輸數據量的不斷增加，額外的毫米波頻段容量對於網絡來說將變得更加必要。因此，在5G中添加毫米波頻段有助於使網絡變得更加“面向未來”，以應對未來幾年不斷增長的移動數據流量。
3.1 工業4.0–製造業
中國的製造業是毫米波頻譜對GDP預計影響的最大貢獻領域，佔總數的62％。5G毫米波技術的潛力為促進工業4.0發展以及提高效率和生產力提供了大量機會。政府同樣看到了5G工業應用的潛力，旨在通過其“5G+工業互聯網”計劃來促進工業5G應用創新，並開拓至少20種典型的工業應用場景。
中國已經是智能製造部署方面的全球領先者，通過在製造過程中使用互聯設備，其中越來越多的公司已經創造了更高的利潤。此外，在工業機器人的需求方面，中國也處於領先地位，在2017年就已佔全球市場的20％。中國處於利用智能製造的有利地位，因為相對於歐洲和美洲的製造中心而言，中國相對較新的工廠更容易部署和改造工業機器人流程。毫米波頻譜可通過提供高容量、低時延的無線連接，為製造商提供必要的網絡條件，以實現互連設備和自動流程的全部潛力。多種5G毫米波應用可以幫助實現工業4.0的5G潛力，包括遠程控制系統、工業機器人、遠程監控和質量控制以及自主工廠運輸。
▼5G毫米波工業應用
表中概述的潛在應用將通過工業4.0環境中預期的大量互聯設備傳輸大量數據。龐大的數據量、伴隨著某些應用程序的關鍵特性（例如，遠程控制系統和自主工廠運輸），以及支持高級增強現實(AR)/虛擬現實(VR)應用和高速成像的數據量，將需要可靠、高容量、低時延的毫米波頻譜連接。與更廣泛的環境相比，相對較小的工廠車間覆蓋區域也非常適合毫米波頻譜的自然傳播特性。
▼可用於工業4.0場景中的5G毫米波應用
另外，這些應用可以共同協作於同一個工廠環境，如圖中所述：例如，可以將互聯機器人集成到現有工廠生產線中，以實時收集和分析數據，並監控和標記維護問題。通過與周圍基礎設施和中央指揮部進行通信，使用自動導向機械的自主工廠運輸可以在工廠車間高效地移動組件。遠程分析以及遠程設備操作支持遠程操作員根據工廠情況進行故障排除並做出實時決策。
對於提供高容量和低時延以支持這些工業用例而言，5G毫米波是必不可少的。中國將從實施遠程控制系統、工業機器人、遠程分析和監控，以及自主工廠運輸等工業應用以提高工廠車間的安全性和效率中受益匪淺。
3.2 互聯交通
鑑於交通基礎設施每天都需要轉移龐大的人口數量，交通運輸對於中國特別重要。隨著中國城市人口的增長，交通系統負擔也隨之增加。自1980年以來，城市人口一直穩定增長，現已接近中國14億總人口的60％。這種快速的城市化進程促使城市發展迅速，並且經常因此而發生城市擴張。隨著這些城市的擴張，由於在農村人口湧入城市之前制定的城市規劃和基礎設施建設都已過時，所以帶來了許多挑戰。
▼1980-2018年中國城市人口的增長、總數和百分比
私家車擁有量的增加伴隨著城市人口的增長。中國國家統計局的報告顯示，2006年至2015年間，中國的私家車數量平均每年增長20％，但城市道路的數量每年僅以3.5％的速度增長。這種失衡表明，目前的道路基礎設施不足以應對越來越多的城市出行者對道路的需求。鑑於城市居民人數眾多，所以這不僅適用於私家車駕駛員對道路基礎設施的需求，還適用於其他公共交通方式。
交通運輸系統負擔過重還伴隨著其他影響，例如，日益上漲的市中心住房成本。反之，這種現象迫使許多員工去城市遠郊購買其能夠負擔得起的住房，導致通勤時間更長，並且也更依賴可靠的交通基礎設施。
這些情況使交通運輸的有效管理成為中國需要解決的的一個重要課題。5G毫米波解決方案可以幫助解決由城市化和交通負擔過重帶來的一些挑戰，並且政府已指定5G毫米波解決方案作為一項潛在的5G應用。毫米波頻譜可通過增加的容量和低時延寬帶來支持互聯交通環境，這在運輸應用中尤為重要，因為延遲或連接斷開會導致嚴重後果。全面的車聯網(V2X)生態系統可以在安全和交通運輸管理方面實現各種改進，包括：
- 車對車(V2V)-汽車隊列行駛安全；
- 車對基礎設施(V2I)或車對路(V2R)-碰撞或障礙預警；
- 車輛對行人(V2P)-提醒過人行橫道的行人或騎自行車者，及其與車輛的距離；
- 車輛對網絡(V2N)通信-在自動駕駛或輔助駕駛的情況下，更好地遵守交通規則和自適應駕駛。
V2X環境還可以更好地促進交通管理。通過V2V通信實現的隊列行駛，不僅可以通過針對附近的其他車輛進行速度和方向的自適應重新校準來提高安全性，而且還可以在比正常情況下真人駕駛更快的速度行駛來改善交通流量。這在很大程度上可通過隊列行駛中各個車輛之間的連續數據共享來實現。
此外，V2X應用的另一種可能用途是實施智能交通系統(ITS)來以減少城市地區的交通擁堵。基礎設施和車輛中連接的傳感器和攝像頭可以向交通管理中心發送有關交通流量、事故和交通擁堵的高質量、詳細的實時信息。同樣的，這些中心可以分析數據，以重新安排路線或對交通基礎設施重新發送信號，並將這些信息立即傳遞給已連接的車輛。隨著時間的推移，可以對數據進行分析和評估，以做出有效且有影響力的城市交通規劃決策，進而更有效的管理交通變化，併為駕駛員提供詳細且最新的導航地圖。智能交通系統還可以幫助實現公共政策，例如，在符合政府目標的情況下，於其他運輸方式相比選擇優先發展公共交通。
▼互聯運輸環境中潛在的5G毫米波應用
最後，雖然與改善交通管理沒有直接關係，5G毫米波網絡也可以實現沉浸式車載娛樂和高速寬帶。針對這些可能在廣告和娛樂方面應用潛力的討論已經展開。
5G毫米波支持的應用為中國提供了許多可能，例如，通過V2X生態系統和智能交通系統的使用減輕城市交通基礎設施的負擔。
4、總結
在中國，為5G網絡分配毫米波頻譜的預期社會經濟影響是巨大的。如所展示的兩個應用案例分析所述，在工業4.0場景和互聯交通運輸場景中部署5G毫米波應用將會帶來諸多益處。毫米波頻譜，特別是24.25-27.5GHz和37-43.5GHz頻段中的毫米波頻譜，能夠提供為大量數據密集型5G應用所需求帶寬而必須的連續頻譜。
為實現中國及其民眾的5G願景，移動運營商需要投入大量的網絡部署。為確保這項投資的確定性，移動運營商應有機會獲得針對頻譜的長期獨家授權使用權力。共享是提高頻譜使用率的實用工具之一，尤其是在無法進行頻譜重耕的情況下。同樣，頻譜預留也可以作為考慮選項之一，但是中國應該非常慎重地看待這一選擇以免損害網絡投資或限制移動網絡運營商訪問授權式頻譜。然而，在其他行業需要使用頻譜的情況下，例如，垂直行業中的專用網絡，政府應鼓勵並支持移動運營商與客戶之間的自願性頻譜租用協議，從而確保各方都能最好的利用5G毫米波的潛能。
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