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漫长的6G和未来射频创新之旅

Stefan Pongratz, Dell’Oro Group, Redwood City, Calif.

5G的发展尚未过半，6G的钟声已经敲响。有关6G的研究正蓄势待发，世界各国政府都在考虑如何将这一下一代移动标准与其更广泛的技术路线图结合起来。中国在2021年发布的题为《6G愿景与候选技术》的6G白皮书中概述了自己的愿景，目标是在2030年推出6G。2023年，印度政府宣布计划让运营商为2030年商用6G做好准备。与此同时，韩国政府的目标是到2028年商用6G网络投入运营，比国际电信联盟预定的6G标准批准时间提前两年。在业界努力确定人工智能、云无线接入网(RAN)、自动化和ESG在6G时代的作用时，我们将远离那些闪闪发光的东西，专注于基本问题：6G将使用哪些频谱，以及为什么持续的射频创新对于在未来五到六年内将6G从概念变为现实至关重要。

图1：5G收入和技术细分。

首先，我们需要评估5G的现状。最近的估计表明，5G RAN市场在商业运营的最初五年经历了快速增长，超过了以往移动技术的发展速度。造成这一显著增长的一个因素是先进和不太先进的移动宽带（MBB）市场之间的地区差距缩小了。在LTE时代，美国和中国/印度的发展差距分别为5到7年。然而，随着5G时代的到来，中国占据了领先地位，印度的RAN市场已于2023年达到顶峰，仅比北美的RAN峰值（2022年）晚一年。小基站的广泛采用也促成了4G和5G之间的市场差异，部分原因是在4G时代的前半段，LTE小基站市场几乎可以忽略不计，而5G新无线电（NR）小基站收入已经占到5G NR宏基站和小基站市场总和的10%以上。图1显示了Dell'Oro对5G现状的最新估计。

现有MBB/固定无线接入（FWA）用例取得成功的主要推动力之一，也是5G发展的主要促进因素，就是6GHz频段以下大规模多输入多输出（mMIMO）的广泛应用。mMIMO最初被认为主要适用于热点场景，但在过去五年中取得了长足进步。除了容量优势外，mMIMO还在扩展覆盖范围和补偿通常与中高频带相关的较高载波频率方面发挥了重要作用。这使运营商能够充分利用现有的4G网，而无需大量增加基站投资。

毫不奇怪，迄今为止，毫米波NR在5G NR投资总额中所占比例较低，仅为个位数。这主要是由于高频段相对于中高频段的RAN经济性较差。目前的毫米波方法依赖于小型蜂窝基础设施和"较低"的EIRP水平，尤其如此。

迈向5G-Advanced并最终迈向6G的过程并非一帆风顺。这取决于各种因素的综合作用，其中频谱类型是最关键的未知因素之一，它可以完全改变整个6G的轨迹和速度。毕竟，如果没有中高频段的大片频谱和mMIMO，5G的资本支出（capex）将完全不同。

图2：5G/6G频谱图

目前，普遍认为6GHz频段和厘米波（cmWave）频谱将在6G时代发挥关键作用，成为频率跨度为6.4至15.3GHz的锚频段。这一频段将类似于5G时代C波段所承担的功能。与此同时，毫米波频谱从5G的后座位置过渡到6G的潜在乘客座位，这种多层频谱方法包括新的和现有的7GHz以下频谱、厘米波频谱和毫米波频谱。图2显示了这些特定频段的详细信息。

然而，实现更广泛的6G覆盖的经济可行性使情况变得复杂，并对小型基站基础设施提出了挑战。因此，6至15GHz基站需要利用现有的宏网格。理想情况下，未来的毫米波系统也将越来越多地利用宏基站基础设施进行MBB应用。

俗话说，世界上没有什么事情是确定的，除了死亡、税收以及频率升高必然带来的更大传播损耗。根据中型城市的Hata模型，与C波段相比，6GHz波段的接收功率下降了约7dB。与6.5GHz相比，12GHz波段的接收功率又下降了约7dB。

从本质上讲，射频创新对于旨在利用新频谱部署大带宽和广域6G的运营商来说至关重要。在更广泛的层面上，5G之旅已经包含了三项主要工作，包括提高射频输出功率、增加更多收发器和集成更多天线阵元。对于6G在6至15GHz上部频段的部署，推进mMIMO对实现同等的中上频段覆盖是不可或缺的。领先的供应商目前正在探索128T/128R或256个收发器信道等配置，以补偿不同的损耗参数。虽然还为时尚早，但初步测试显示了前景。例如，华为已在小规模测试中验证，高阶多输入多输出（MIMO）可以管理6GHz和C波段之间的传播三角洲。

图3：6G RAN频谱

迄今为止，毫米波的部署主要集中在FWA和低移动性MBB应用上，部分原因是在高移动性场景中面临覆盖和性能下降的挑战。为此，技术领先企业正在提高EIRP，以解决覆盖范围有限的问题。其中一家供应商已经证实，通过使用70dBm+EIRP的宏基站和6GHz以下频谱的带内协调进行同址部署，可以在整个小区提供Gbps性能。要实现平滑切换，还需要更多创新。值得注意的是，UL通常是限制因素，需要做更多工作来解决毫米波频段与C波段之间约20dB的差距。

小结

从频谱的角度来看，有三种高级6G"锚"选项，每种选项的资本支出考虑因素都大不相同：1）重新分配频谱；2）使用宏网格作为主要频谱的新频谱；3）使用小基站网格作为主要频谱的新频谱。目前的基础方案倾向于新频谱（6GHz至15GHz的上部），其中宏网格起主导作用。图3显示了Dell'Oro关于这些不同频谱方案对未来整体6G市场收入的相对重要性的想法。然而，要将这一愿景变为现实，仍有相当长的路程要走。