5G時(shí)代，微小基站的建設(shè)將與宏基站齊頭并進(jìn)。兩者相互配合，才有望“織”出一張立體化、全覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)。
去年以來，全球5G規(guī)模化商用步伐加快，預(yù)計(jì)2020年即將發(fā)布的由全球通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP制定的5G R16 標(biāo)準(zhǔn)將支持和催生更多5G行業(yè)應(yīng)用。
最近，我國首個(gè)5G微基站射頻芯片YD9601研發(fā)流片成功，進(jìn)入封裝測試階段。領(lǐng)銜這項(xiàng)開發(fā)的國家特聘專家、美國麻省理工學(xué)院博士王俊峰介紹說，5G基站分為宏基站和微小基站兩種，宏基站主要用于室外覆蓋，微小基站發(fā)射功率較小，主要用于室內(nèi)場景。
從2G到4G，運(yùn)營商只需要建設(shè)一個(gè)高高的鐵塔，搭載一個(gè)宏基站，就能滿足方圓數(shù)平方公里內(nèi)的通信需求。到了5G時(shí)代，為何在宏基站之外還要建設(shè)微小基站？微基站的發(fā)展，將對人們的無線通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和我國的通信產(chǎn)業(yè)帶來哪些改變？科技日報(bào)記者為此走訪了相關(guān)高校和企業(yè)，聽聽專家怎么說。
不同基站類型功率容量大不相同
“根據(jù)3GPP組織的規(guī)則，無線基站分為4類，分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站。” 中科智達(dá)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有限公司董事長許欣說。
劃分基站主要依據(jù)是功率和容量。其中，宏基站的功率在10W以上，可同時(shí)接入用戶數(shù)視基站規(guī)模而定，一般在1000個(gè)以上；微基站功率為500mW—10W，同時(shí)接入用戶數(shù)為128—512個(gè)；皮基站功率為100—500mW，同時(shí)接入用戶數(shù)為64—128個(gè)；飛基站功率小于100mW，同時(shí)接入用戶數(shù)8—16個(gè)。微基站、皮基站和飛基站，通常合稱“微小基站”，也就是我們談到與宏基站所對應(yīng)時(shí)的概念。
從名字上也可以判斷，“宏基站”是高大威猛，“微小基站”則是小巧玲瓏。
宏基站適用于廣域覆蓋，微基站偏向局域覆蓋，皮基站相當(dāng)于企業(yè)級WiFi，而飛基站則與家庭路由器相當(dāng)。
針對不同的室內(nèi)場景，比如高鐵站、飛機(jī)場、大商場等，必須布置多個(gè)微基站才能滿足需求；而在寫字樓、工廠園區(qū)等場所，人流量相對固定，皮基站就可以勝任；飛基站則是滿足家庭、咖啡館等場景的需要。
宏微交錯(cuò) “織”出更密5G網(wǎng)絡(luò)
翻開人類無線通信發(fā)展史，會發(fā)現(xiàn)頻率越來越高，這是因?yàn)槿藗儗o線通信提出的要求也越來越高。以我國為例，2G的工作頻段主要是900MHz和1.8GHz，3G和4G的工作頻段主要為1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz，而即將到來的5G則主要集中在兩個(gè)頻段：3.3—3.6GHz、4.8—5GHz。
“過去的無線通信是語音網(wǎng)，現(xiàn)在則是數(shù)據(jù)網(wǎng)，頻率越高所能提供的帶寬也就越大，就好比4車道的高速公路比2車道的高速公路跑的車多，而且車速還快。”東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授張川說。
然而無線信號的傳輸速率與穿透性往往不可兼得。“無線頻率越高，穿透性就越差，同等面積必須建設(shè)更多的基站來完成覆蓋，組網(wǎng)成本就比較高。”許欣介紹說。
目前我國正在規(guī)模建設(shè)的基站，以宏基站為主。一個(gè)5G宏基站的成本有多高呢？一般來說，宏基站的建設(shè)成本是由主設(shè)備、動(dòng)力配套設(shè)備設(shè)施、土建施工共同組成。此前廣東省擬建設(shè)2.4萬個(gè)宏基站，計(jì)劃投資60億元，每個(gè)基站的投資額約為25萬元。而據(jù)上海市的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃，2020年累積建設(shè)2萬個(gè)5G基站，累計(jì)總投資超過200億元，每個(gè)5G基站的建設(shè)成本超過了100萬元。中國移動(dòng)也曾經(jīng)表示，建成一個(gè)5G宏基站，成本大約是4G的3倍左右。除去建設(shè)成本之外，后續(xù)的維護(hù)、使用成本等，又是一大筆開銷。
在5G性能與建設(shè)成本間尋求最優(yōu)解，是運(yùn)營商勢必要解決的問題，因此他們將目光轉(zhuǎn)向了微小基站。
許欣告訴記者，微小基站不像宏基站需要專用的機(jī)房和回程網(wǎng)絡(luò)，所以設(shè)備簡單、部署靈活、成本較低。它甚至能夠直接釘在墻上，或者藏身路燈桿、公交站牌等任何不起眼的角落，可以根據(jù)需求在人流密集、信號較差的地方建設(shè)。
而且有媒體做過抽樣調(diào)查，幾乎80%以上的用戶流量來自室內(nèi)，80%以上的用戶投訴也來自室內(nèi)，這些投訴主要集中在信號質(zhì)量上。 “因此可以大力在室內(nèi)建設(shè)微小基站，增強(qiáng)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的質(zhì)量。”張川說。
值得一提的是，德國和日本等工業(yè)強(qiáng)國已經(jīng)或正在為工業(yè)等行業(yè)5G應(yīng)用分配頻譜，打造行業(yè)專有5G網(wǎng)絡(luò)，并且主要的設(shè)備形態(tài)就是微小基站。
當(dāng)然，微小基站也不是那么盡善盡美。由于微小基站發(fā)射的信號是散射的，各微小基站之間的信號還會相互干擾，造成大量資源浪費(fèi)。并且微小基站的可靠性遠(yuǎn)不如宏基站，目前還不能穩(wěn)定應(yīng)對室外環(huán)境，因此目前主要用于解決室內(nèi)覆蓋。張川認(rèn)為，5G時(shí)代，微小基站的建設(shè)將與宏基站齊頭并進(jìn)。兩者相互配合，才有望“織”出一張立體化、全覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)。
將微小基站核心技術(shù)牢牢抓在自己手里
無人車間、黑燈工廠、智能機(jī)器人……在高速率、低時(shí)延的5G時(shí)代，許多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景不斷呈現(xiàn)，一個(gè)生產(chǎn)車間只需架設(shè)若干微小基站即可低成本接入5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與精密制造。
微小基站的核心元器件是基帶芯片和射頻芯片，兩者的物料成本占整個(gè)基站的50%左右，而利潤可能高達(dá)90%。許欣認(rèn)為，如果誰能攻克這兩個(gè)核心器件，就能將發(fā)展微小基站的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手中。而當(dāng)前我國在這方面的產(chǎn)業(yè)鏈比較薄弱，成為制約5G微小基站產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。
王俊峰告訴記者，南京宇都通訊科技有限公司自主研發(fā)成功的YD9601射頻芯片，不光覆蓋700MHz廣電頻段，也兼容了工信部2月初剛剛頒發(fā)許可的3.3—3.4GHz的電信、聯(lián)通、廣電共享室內(nèi)頻段，可以說是為5G時(shí)代室內(nèi)共享微小基站量身定做的芯片。
目前，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心的智能制造浪潮，已經(jīng)席卷全球。“以機(jī)械加工行業(yè)為例，目前中國有1000萬臺機(jī)床，但從事零部件機(jī)械加工的中小企業(yè)在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場實(shí)時(shí)管理方面還比較落后，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和機(jī)器控制的要求非常之高，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入方式無法滿足，西門子、博世等國際巨頭提出了‘5G工業(yè)內(nèi)網(wǎng)’的解決方案。但是，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對安全性要求更高，5G工業(yè)內(nèi)網(wǎng)基站的核心器件必須自主研發(fā)，不能再受制于人。”許欣說。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球關(guān)于5G的專利約1.5萬個(gè)，與5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的僅有100多個(gè)。與5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的5G微小基站也處于剛剛起步階段，但是到目前為止，我國還沒有出現(xiàn)專門的研發(fā)機(jī)構(gòu)與骨干企業(yè)領(lǐng)銜開展微小基站的設(shè)計(jì)開發(fā)，微小基站產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出散亂局面。
“我國擁有世界最大的5G網(wǎng)絡(luò)和龐大的工業(yè)體系，如果中小型科技企業(yè)能抓住微小基站的機(jī)遇，我認(rèn)為一定會實(shí)現(xiàn)我國在5G無線通信領(lǐng)域的又一個(gè)突破。”許欣說。（記者 張 曄）
