5G市场漫谈

　　作为一家致力于为当前及未来5G射频设备打造经济高效测试解决方案的供应商，泰瑞达正携手集成设备制造商(IDM)、无晶圆半导体设计商(fabless)和半导体封测外包商(OSAT)，共同搭建5G发展新生态。

　　文编辑部

　　图网络

　　5G，一项被描述为“与印刷机、电报、蒸汽机、电力、互联网同等重要的通用技术”，其带来的变革将重新定义工作流程并重塑竞争规则。

　　根据2020年11月IHS Markit发布的《后疫情时代的5G经济》报告，到2035年，5G创造的经济产出将达13.1万亿美元。未来十五年，全球5G资本支出和研发投入将增长10.8%，年均投入高达2650亿美元，并创造2280万个工作岗位。IHS Markit将这一增长归因于对5G网络基础设施和终端前所未有的需求，以及对5G将变革广泛行业的共识。

　　作为当前无论是部署速度，还是基站数量、整体规模来看都位列全球第一的中国，更是5G市场的中坚力量。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电正式发放5G商用牌照，这是全球5G发展的标志性事件，宣布中国5G时代正式开启。据全球移动通信协会(GSMA)预测，到2025年全球5G连接数为14亿，其中中国占4.6亿，超过北美和欧洲的总和，位列全球第一。

　　5G服务的“铁三角”

　　众所周知，移动技术大约每十年完成一次代际演进，每一代移动技术的标准都建立在前瞻性基础科技研发的基础之上，5G也不例外。3GPP在2017年发布的5G标准的第一个版本Rel-15中，定义了三大应用场景：增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠低延迟通信(URLLC)和海量物联网(mMTC)，这也常常被业界称之为5G服务的“铁三角”，具体包括：

　　数据整理来自ITU

　　增强型移动宽带

　　集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证等，将是5G发展初期面向个人消费市场的核心应用场景。

　　超高可靠低延迟通信

　　该类型应用对可靠性、超低时延和普及易用性要求极高，更多面向车联网、工业控制、远程医疗等特殊应用，是未来社会走向智能化的网络基础。

　　海量物联网

　　该场景数据速率较低，但覆盖面广，电池寿命更长。主要包括智慧城市、智能家居、环境监测等应用场景，5G强大的连接能力可以快速促进这些垂直行业深度融合。

　　从泰瑞达（Teradyne）的角度来看，上述这些趋势正在从三方面影响5G测试需求：首先，在毫米波频率下，天线阵列的应用使得测试仪器上必须增加更多端口；其次，信号波束成形需要在接触和空气传导(OTA)下进行测试的技术创新。此外，增长率和需求的快速上升，正在以创纪录的速度推动测试工位数和产出率不断提高。

　　标准制定，从来不会“一蹴而就”

　　下图是5G技术演进的时间轴。

　　数据整理来自泰瑞达

　　可以看出，尽管Rel-15中囊括了基于OFDM的可拓展空口、基于时隙的灵活框架、先进的信道编码(包括多边缘LDPC和CRC辅助极化码)、massiveMIMO天线应用以及移动毫米波在内的多项技术，各项参数指标也都比较激进，例如与4G相比，时延降低100倍、速率最多增加1000倍、网络容量增加100倍等，但不难看出，其主要目标还是要能够实现5G智能手机的应用。

　　数据整理来自FCC

　　Rel-16是于2020年7月发布的5G标准的第二个版本，持续增强6GHz以下和毫米波频段通信能力，降低功耗，增加更多对于毫米波波束的增强功能，引入集成接入回传(IAB)节点。在此基础上，Rel-16版本还引入了全新的5G免许可频谱设计、增强毫米波与中频段的载波聚合和移动性、支持精准的5G定位、更强的URLLC功能以支持5G车联网、工业物联网和5G广播等应用；

　　Rel-R17则会在上述功能基础上再进一步增强，主要是支持eMBB之外的全新场景，将毫米波支持扩展至直连通信、URLLC和工业物联网领域；持续增强定位技术，实现厘米级精度，更低时延和更高的容量。不过由于受到新冠肺炎疫情的影响，Rel-17工作进度较之原计划会推迟大概一个季度，但全新NR-Light技术的引入将不会改变。

　　5G频谱分配

　　下图显示了当前全球主要地区5G频谱划分/计划。可以看出，5G频谱类型包括许可频谱、免许可频谱和共享频谱，全球各主要地区都有从几百兆赫兹到毫米波频谱的分布和规划，但低频频谱资源非常有限。

　　全球5G频谱划分/计划一览

　　从频谱角度来看，5G主要有两大可部署的频谱，一个是6GHz以下频段，频率范围大约是600MHz-6GHz范围；另一个是毫米波频段，它的频率覆盖范围大约是26GHz-39GHz，甚至更高。整体而言，频谱越高，可用频宽越宽，频谱资源越多，能承载的数据量也就越大，这是高频谱优势。但是，随着频谱增高，它的传输性能及覆盖能力会有所下降；相反，频谱越低，可用频宽降低，数据率也有所降低。但其传输性和覆盖能力会有所提升，因此高低频谱各有优劣。

　　数据整理来自泰瑞达

　　目前6GHz以下频段范围内频谱的多工方式主要分为两种：频分多址(FDD)和时分多址(TDD)。总体而言，6GHz以下频段范围内的频段越低，FDD的频段越多，例如6GHz以下频率范围内的600MHz、700MHz、1.8GHz等低频段，大部分都是FDD；而6GHz以下频率范围内的2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等高频段中TDD比较多。

　　从TDD和FDD的部署时间来看，TDD是优先部署的，因为TDD频段基本已经就绪，而FDD大部分频段已经被现有的4G占用，4G向5G频段的释放过程需要时间，因此TDD的部署时间要相对早一些，后续会有FDD的相关部署。上述都是在6GHz以下频率范围内的频谱多工方式，如果在毫米波频率范围内则基本上就都是TDD。

　　从下图可以看到，截至2020年初，包括美国、中国、欧洲、韩国和澳大利亚在内的国家和地区5G都是围绕6GHz以下频段的NSA模式进行部署。同时，美国已开始部署毫米波。毫米波的优势在于数据率非常高，可以对一些热点地区做重点覆盖；而6GHz以下频段覆盖性较好，可以在更大范围内比如全部国土范围进行大面积的覆盖。从长远来看，经过一段时间的发展之后，绝大部分的国家和地区会同时部署6GHz以下和毫米波频段。

　　数据整理来自泰瑞达

　　频段的使用需要国家来划分，频段就绪也需要一定的时间，所以在5G部署初期不同国家频谱的使用不同，毫米波和6GHz以下频段部署的时间也不同，例如目前美国已经率先部署毫米波。2020年还会有更多的5G的频谱组合和技术将在全球范围内部署，NSA 6GHz以下TDD会在包括日本、拉丁美洲、东南亚等地区部署，毫米波也会在欧洲一些国家(俄罗斯、意大利的一部分)以及日本和韩国部署。由于6GHz以下FDD频段目前绝大部分被4G占用，2020年之后将逐步释放并部署5G，所以在2020年绝大部分国家都进行了FDD的实验和部署。

　　在6GHz以下FDD、TDD频谱都得以部署以后，为了追求更好的性能、更好的体验，各个国家和地区还会开始6GHz以下内部TDD+TDD，FDD+FDD，TDD+FDD各种各样载波聚合的部署。

　　从5G规范来讲，目前业界主推的还是eMBB场景，Sub-6GHz只能将带宽提高到千兆级，如果要将带宽提升至万兆级(也就是10Gbps以上)，实现“光纤级”体验，需要毫米波频段才能实现。从目前的部署情况来看，业界普遍预计2021年毫米波将在全球几大地区实现一定规模的商用部署。尽管在中国的商用时间可能会稍微晚些，但从信通院所进行的毫米波测试规模来看，与海外预商用规模是相当的。

　　基础设施建设不断加速

　　尽管受到疫情的影响，但5G在全球加速部署的趋势并未停止。最新数据显示，目前，全球已有140家运营商在59个国家及地区推出了5G商用网络，412家运营商在131个国家及地区进行了5G投资。值得一提的是，超过40家运营商正在提供5G固定无线接入或家庭宽带服务，以充分发挥5G高带宽的特性。

　　这与10年前4G刚开始部署的情况相比有着巨大的数量级差别：2011年左右，首个4G网络开始部署。在4G部署的第一年中，全球只有4家运营商、3家终端厂商推出了相关的商用产品及服务，因此5G的部署和发展速度要远远超过4G。

　　数据整理来自泰瑞达

　　具体到中国，得益于国家正在力推的“新基建”战略，各地普遍加快了5G网络的建设速度。根据运营商公开的信息，中国三大运营商在2020年就建设了超过70万个5G基站。目前，从模式和频段来看，无论是NSA(非独立组网)和SA(独立组网)，还是Sub-6GHz和毫米波频段，都在全球得到了部署。

　　终端设备层出不穷

　　从终端的角度来看，目前已经有335款5G终端商用上市，相比2020年9月增加了51%。其中，233款5G智能手机已经商用，相比去年9月增加了55%，而在2021年，全球5G手机出货量预计将达到4.5-5.5亿部，这将比4G实现相同里程碑的速度快了一倍。

　　数据整理来自泰瑞达

　　在中国市场，仅2020年1月，5G手机出货量就接近550万部，市场占比26%，而在随后的2个月内，国内已经有数十家手机厂商及品牌陆续发布了5G旗舰智能手机，为消费者带来了丰富的5G终端选择。截至2020年11月，中国5G终端连接数超过了1.8亿。

　　数据整理来自泰瑞达

　　同时，伴随着新应用的不断涌现，移动连接需求也在不断增加，这也给5G带来了不少发展机遇。根据工信部的数据，2020年1月至2月，移动互联网累计流量达到235亿GB，同比增长44.2%；2月户均移动互联网接入流量达到8.88GB，同比增长45.5%。这意味着，疫情期间，消费者对移动互联网的需求反而比以前更高了。

　　结语

　　构建于4G LTE技术基础之上的5G其实是一个集成的系统概念。要实现5G的成功，需要同步对不同领域的技术进行大量投入，包括5G新空口、载波聚合、授权和非授权LTE频谱、射频前端，以及Wi-Fi向MU-MIMO、802.11ad/ax的演进等。如何构建一个具备统一连接架构和统一设计的平台，以满足未来多样化的服务和部署，是5G未来发展成功的关键。

　　作为一家致力于为当前及未来5G射频设备打造经济高效测试解决方案的供应商，泰瑞达正携手集成设备制造商(IDM)、无晶圆半导体设计商(fabless)和半导体封测外包商(OSAT)，共同搭建5G发展新生态。