搭建5G“天梯”,微波回傳成爲利器

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2016年12月,位於四川省涼山彝族自治州昭覺縣支爾莫鄉的阿土列爾村開通了“100M光纖寬帶”。近年來,中國的信息基礎設施建設速度冠絕全球,在一個偏遠村莊開通光纖或4G網絡似乎是稀鬆平常的事。然而,這個僅有70多戶人家的小村並不只是偏遠,還有更爲惡劣的環境,如下圖所示:

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這是學生每天上學放學必走的一條路,從村裏走向外界,需要攀爬落差800米的懸崖上近乎垂直的天梯,因此該村還有一個名字——“懸崖村”。想要快速爲懸崖村70戶人家與外界通信搭建一個“信息天梯”,重新鋪設光纖是一個難度大、成本高的工程。華爲和中國電信最終選擇微波回傳的方式,在短短几天內就爲懸崖村實現了百兆寬帶入戶。

5G微波回傳,減少光纖投資

不論是寬帶還是移動通信,用戶終端數據都需要傳輸到服務器或核心網,這個過程涉及到回傳。尤其是移動通信,手機和基站之間完成接入,基站之間、基站和服務器之間需要佈設專門的回傳通道,這個過程可以通過有線光纖實現,也可以通過無線回傳實現。其中,微波回傳是無線回傳的一個主要方式。

雖然說光纖回傳的可靠性強於無線,而且目前光纖的成本並不高。但是,當我們需要在非常廣袤的土地上部署光纖時,這種基礎設施需要大量的人力投入,加上一些地區環境比較惡劣,使得光纖部署的成本大大增加。另外,光纖部署需要佔用土地資源,做好地下光纖保護,在海外很多國家,土地資源的私有屬性,使得光纖部署租用土地的交易成本居高不下。因而,採用微波這種無線方式回傳就非常有效。例如懸崖村的微波回傳就解決了惡劣環境帶來的挑戰。

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懸崖村微波回傳方案(來源:華爲公衆號)

從全球範圍看,微波回傳已成爲一種主流的回傳方式。

2017年,第三方市場研究機構Sky LightResearch發表了《5G回傳,微波超越預期》一文,文中指出目前全球有50%-60%的移動基站通過微波進行回傳,隨着5G部署步伐的加快,網絡容量、複雜性、時延要求更高,移動基站的數量也會增加,微波作爲無光纖場景下的重要傳輸手段,隨着5G的演進還會繼續擴大。

愛立信在2018年發佈的《Ericsson Microwave Outlook》中提到,光纖和微波融合的方案是4G演進和5G回傳的主流方式。到2023年,40%基站回傳都會基於無線的方式進行,若剔除中國大陸、中國臺灣、韓國、日本,則到2023年無線回傳的比例高達65%,因爲東北亞這幾個地區有大量4G基站且其回傳主要依賴光纖的方式,因此拉低了全球無線回傳的比例。

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全球基站回傳方式分佈(來源:愛立信)

歐洲電信標準化協會(ETSI)於2018年11月發佈的《5G無線回傳》報告中也提到,無線回傳技術已經應用於全球50%的基站連接,無線回傳顯然已成爲5G快速部署和經濟化的重要方案。

微波傳輸方式有一定的不足之處,主要是視距傳播,而且當空氣中的水分或灰塵太多時,微波信號的質量會降低。當然,這不影響微波回傳在海外已佔據回傳市場一半以上的份額。

可以看出,4G時代微波回傳已經是主流的回傳方式,5G時代會繼續延續這一方式。不過,5G的固有特徵,對微波回傳提出挑戰,如帶寬的增加、公共頻段的稀缺、網絡體驗的嚴苛等。此前,全球微波回傳主要採用6-42GHz頻段,平均回傳容量在50Mbps至500Mbps之間,顯然,這是無法滿足5G時代的基站回傳容量需求的。於是,E波段開始登場,即70GHz-80GHz頻段。

E波段確實爲5G的回傳提供了強有力的支撐。2019年5月,德國電信和愛立信合作首次在1.5公里的E波段微波鏈路上實現100Gbps回傳速率,這是當前商用微波回傳速率的10倍,能夠達到5G回傳的需求。

根據Dell’Oro發佈的研究報告,華爲佔據微波傳輸市場的最大份額,在2019年第四季度獲得了29%的份額。此前,任正非接受媒體採訪時曾提到“全世界能做微波的廠家也不多,華爲做到最先進”,這也許是華爲能領先微波傳輸市場的主要原因。

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全球微波傳輸市場供應商份額(來源:Dell’Oro)

Dell’Oro預測,由於5G基站需要更好的回傳系統,未來5年市場對微波傳輸設備的需求將達到170億美元,僅移動回傳就將驅動微波傳輸市場70%的收入,其中E頻段系統出貨量在未來5年將以36%的年複合增長率增長。

電信普遍服務、5G微波回傳的機遇

正如前文所述,海外大部分國家尤其是發達國家,一方面人力成本較高,另一方面土地私有,光纖大範圍部署難度很大,因此微波回傳比例很高。而中國人力成本相對低且土地爲公有,因此光纖部署難度大大降低,形成大規模光纖鋪設。是否微波回傳在國內就沒有場景?不可否認,由於光纖基礎設施非常完善,微波回傳在國內遠遠不會達到類似海外一樣和光纖平分秋色的態勢,但在它仍然能夠作爲光纖的重要補充有一定的應用場景。

(1)電信普遍服務中無線回傳的作用

普遍服務作爲全球信息通信業發展的最高宗旨,在中國得到了最好的執行。

根據公開資料,電信普遍服務試點由工信部、財政部於2015年底開始組織實施,前三批試點中央財政資金帶動基礎電信企業投資累計投入超過400億元,支持推動13萬個行政村光纖網絡通達,其中包含4.3萬個貧困村。試點工作極大提升了我國農村及偏遠地區寬帶網絡覆蓋水平。

2018年6月,新一輪電信普遍服務全面啓動,作爲電信普遍服務的“升級版”,工信部正式批覆確定支持123個地市實施行政村4G基站建設,滿足1.2萬個行政村4G網絡覆蓋需求,支持23個地市實施邊疆4G基站建設,支持海南省三沙市實施海島4G基站建設等決議。

在光纖網絡基本通達基礎上,工信部、財政部繼續深化電信普遍服務試點,支持農村及偏遠地區4G網絡覆蓋,力爭到2020年實現行政村4G網絡覆蓋率達到98%以上。

行政村4G覆蓋達98%以上,這在全球其他國家是不可能完成的任務。在4G覆蓋的同時,大部分地區也實現了光纖覆蓋,然而類似本文開頭的“懸崖村”那樣的惡劣環境,通過微波回傳是快速、低成本達到電信普遍服務目的的最好方式。

隨着5G的發展,若干年後普遍服務也會擴展到5G覆蓋,或許那個時候微波回傳將再次發揮其作用,爲大量偏遠地區和人煙稀少地區送去5G服務。

(2)行業服務中的微波回傳

5G賦能千行百業,在很多行業應用場景中,尤其一些光纖基礎設施還未完善地方,微波回傳可以快速、低成本爲行業客戶搭建5G網絡環境,無需等待光纖鋪設。例如,一些視頻回傳場景,包括公共安全監控、輸配電監控、油氣生產監控等場景,若處於偏遠地區,可以直接採用微波進行回傳。

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以華爲AirFlash 5G企業微波解決方案爲例,已經在安防、地鐵、電力、油田落地。在河南周口,通過點對多點微波接入視頻站點,實現平安城市視頻系統快速上線開通;在深圳地鐵,車載5G無線監控視頻通過微波方式實現快速上傳,爲智能巡檢和客服提供支撐;在秦嶺特高壓輸電監控應用中,通過微波方案爲監控系統提供無人區可視化信息回傳。

最後,再次強調一下,在國內環境中,微波回傳不可能替代光纖成爲主流回傳方式,但確實爲5G網絡和寬帶網絡快速開通提供了一種低成本、有效的手段。5G的商用不僅僅是4G帶寬升級,而在於會催生更多創新業態,屆時新的業態或許對微波回傳會提出更多需求。

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原文發佈時間:2020-06-21
本文作者:iot101君
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