被譽為「5G黃金頻段」的700MHz到底能幹什麼?

2020-12-03 品玩

2020年6月1日,中興正式發布國內首款支持四大運營商全頻段全網通的5G雙模手機——中興天機Axon 11 SE 5G。

不同於支持三家傳統主流運營商的5G手機,Axon 11 SE率先支持了由中國廣播電視網絡有限公司(簡稱「中國廣電」)運營的700MHz 5G頻段(頻段號n28)和4.9GHz 5G頻段(頻段號n79),其中700MHz頻段為中國廣電獨佔頻段。

此前(5月),中國廣電與中國移動通信集團有限公司(簡稱「中國移動」)籤訂5G共建共享合作框架協議,雙方聯合確定網絡建設計劃,按1:1比例共同投資建設700MHz 5G無線網絡,共同所有並有權使用700MHz 5G無線網絡資產,自此700MHz便為中國移動和中國廣電的共享頻段,而5G時代聯通+電信與移動+廣電兩大陣營「對立態勢」也隨之形成。

中興天機Axon 11 SE 5G什麼是700MHz 5G頻段?該頻段對於普通用戶有什麼用?首款支持700MHz頻段的5G手機相比普通5G手機在5G天線設計上有哪些不同?今天我們便為大家做一個簡單解讀。

何為700MHz 5G頻段?

事實上,700MHz 5G頻段並非一個全新頻段,而是5G NR的一個FDD(頻分雙工)頻段,上行頻段為703MHz~748MHz,下行頻段為758MHz~803MHz,頻段號為n28,是5G的低頻率頻段,被譽為5G黃金頻段,早在中國廣電正式商用之前,便已被其他國家電信運營商廣泛應用,比較具有代表性的為日本Softbank的738MHz~748MHz和Docomo的728MHz~738MHz。

不同於其他國家被多個電信運營商切割使用,700MHz 5G頻段在國內為中國廣電獨佔,其上行頻段為703MHz~743MHz,下行頻段為758MHz~798MHz,上下行帶寬均為40MHz,共計80MHz,是目前全球範圍內在700MHz低頻段覆蓋範圍最廣的。

在3月19日結束的移動通信國際標準組織3GPP第87次接入網全會上,中國廣電700MHz頻段2×30/40MHz技術提案獲採納列入5G國際標準,成為全球首個5G低頻段(Sub-1GHz)大帶寬5G國際標準,編號為TR38.888。

5G頻段號一覽(圖片來自網際網路)而中國廣電之所以得以擁有幾乎覆蓋全頻段的700MHz 5G頻段,主要是由於該頻段原本便屬於中國廣播電視的,是中國廣電的既有資源,而4月1日的正式商用則代表著中國廣電對於700MHz頻段使用權的延續。

工信部對此表示,「700MHz頻段是傳統的廣播電視系統頻段,近年來隨著技術進步,地面數位電視技術正逐漸取代傳統的模擬電視技術,原模擬電視佔用的部分頻段可以釋放出來。目前,包括我國在內的全球多數國家已經完成或正在進行700MHz頻段的地面電視『模數轉換』,並將釋放出的頻譜用於頻譜利用率更高的移動通信系統。」

「另一方面,700MHz頻段具有良好的傳播特性,是開展移動通信業務的黃金頻段,且國內移動通信產業在該頻段已形成了較為完備的網絡設備和終端產業鏈。考慮到700MHz頻段的產業發展情況、國內地面電視『模數轉換』進展以及移動通信系統的頻率使用需求,我部將700MHz頻段部分頻率調整用於移動通信系統。」

目前,清頻工作(即對原有700MHz頻率模擬有線電視信號的遷移工作)是中國廣電的首要任務,這將直接決定了中國700MHz 5G的商用進度。此前,曾有媒體報導,中國廣電700MHz清頻工作投入的資金已達到數百億人民幣級別。

不過,所幸的是,目前700MHz清頻工作正在有序進行。早在2019年末,陝西廣電網絡西安分公司便通知2020年1月1日起對西安市模擬有線電視信號進行全面關停,實現數位化有線電視信號接收。

700MHz能幹什麼?

700MHz能幹什麼?這是普通用戶最為關心的問題,也是很多中興用戶對於中興天機Axon 11 SE 5G這款手機好奇的核心原因。

眾所周知,電磁波的傳播特點在於頻率越高,波長越短,越趨近於直線傳播,即繞射能力越差,同時在傳播介質中的衰減也就越大。相比其他三大運營商目前掌控的較高頻率,700MHz低頻段的核心優勢便在於頻率低,波長長(覆蓋範圍廣),傳播損耗低,穿透力能力強,適合大範圍連續網絡覆蓋,被譽為「5G黃金頻段」。

而700MHz低頻段的另一個優勢則在於其建設成本和運營成本均相對較低,這對中國未來的5G廣覆蓋是十分必要的。據了解,低頻段(小於1GHz)覆蓋半徑約為中頻段(2.5GHz~6GHz)的3~4倍,在相同面積下,採用低頻段組網的解決方案,其5G基站數可以節省80%左右。計算顯示,中國廣電使用700MHz頻段建立全國5G網絡只需40萬基站,而三大運營商使用其他頻段則需要600萬座基站,建設成本差距明顯。

然而,凡事均有兩面性,低頻段也有自己的特性。因為實現相對較困難,且不實用,目前無法支持Massive MIMO(大規模天線),主要表現為帶寬不足,聯網設備之間易產生相互幹擾,無法滿足大量設備連入,這對於北京CBD、首都機場、和北京南站這樣的高密度、高流量地區顯然是不適合的。

因此,目前來看700MHz 5G網絡建設主要應用於偏遠山區、農村、城鄉結合部、以及人口密度不高的城區,該頻段將是未來加速5G全覆蓋的重要利器。此前,中國聯通產品中心總經理張雲勇在接受媒體採訪時曾表示,「中國距離5G網絡真正實現全面覆蓋,大概需要5至8年時間。」同時,700MHz 5G網絡也同樣適合於NB-IoT(窄帶物聯網)等領域。

針對700MHz 5G網絡的落地應用,目前廣電主要與中興通訊等廠商進行合作。據了解,中興已率先完成低頻5G多個業務能力驗證:2019年12月,中興聯合中國廣電在國網、歌華外場打通了首個Sub 1G和Sub 6G NR的First Call;近日,中興通訊率先與業界主流晶片廠家完成基於商用手機的端到端低頻5G VoNR視頻通話;同時,基於基站、核心網、測試終端完整的端到端系統,中興率先完成Sub 1G+Sub 6G載波聚合驗證,系統下行數據吞吐量達1.68Gbps。

首款支持700MHz的5G終端

除了頻繁與廣電合作對700MHz 5G低頻段網絡應用進行測試,中興還率先推出了國內首款支持700MHz 5G頻段的5G終端——中興天機Axon 11 SE 5G,並在5G天線設計上進行了重點優化。

「從本質上來說,700GHz的加入對於天線設計沒有特別的改變,但700GHz屬於低頻,對淨空的要求會比高頻段要求更高一些」,中興通訊副總裁、中興終端產品經營中心副主任王屹表示。

據了解,由於電磁波在傳播時極其容易受到幹擾,手機廠商在進行天線設計時,需要隔離金屬、電池、馬達、屏蔽罩、和攝像頭等零部件,為天線預留出一段乾淨的空間(簡稱淨空)以保障手機信號。其中,金屬類殼體、裝飾、和導電噴塗等應距離天線20mm以上,電池(含電連接座)與天線的距離應在5mm以上。

因此,為了滿足天線的高淨空要求,同時確保手機在電梯山區等弱信號環境和高鐵等高速移動環境下也能夠穩定流暢獲取信號,Axon 11 SE配備了中興獨家研發的5G超級天線技術。

具體來看,5G超級天線技術主要包含兩大優勢,一是採用航空級金屬雕刻工藝,把天線設計到中框外表面,相比天線設計在手機內部的LDS天線,天線淨空得到極大提高。

航空級金屬雕刻工藝,把天線設計到中框外表面「我們都知道LDS天線只能在手機結構件內部來做,不能放在結構件的外部,這是LDS和航空級金屬雕刻天線(MCA)在結構方面的最大差異,而做在外部最大的好處便是對手機天線淨空得到了極大的改善」,王屹解釋道。

「由於是在外部表面,布置的天線在數量上更多,同時對天線進行交錯的布置,從而達到了降低不同頻率天線之間的幹擾,這是金屬雕刻天線相比於LDS天線的優勢所在。」

二是在發射功率和信號接收的靈敏度(天線性能)上有了極大的提高。據了解,中興在解決外表面的天線和內部互連方面花了比較多的功夫:首先要將外表面的天線和內部結構的金屬進行互連,再通過主板上各種金屬的簧片和內部結構進行互連,從而達到滿足天線的發射性能。

一直以來,不同頻段信號之間的幹擾問題都是5G手機天線設計的重點,而Axon 11 SE也在這面下足了功夫:「一方面是交錯分布,把相鄰有幹擾的頻段錯開分布,相隔比較遠的相鄰分布。另一方面是解耦技術,通過解耦技術以及不同「隔離地」的解耦技術,降低天線之間的幹擾。由於把天線放在了外表面,空間和淨空得到了極大改善,對天線解耦、天線交錯分布都帶來了極大的好處,本質上提升了天線的性能。」

此外,Axon 11 SE的12根天線還採用了360度環繞集成設計,也能夠在一定程度上解決天線淨空等問題。不過由於天線在外表面和結構中框在一起,天線與內部器件進行互聯便成為了另一大難點,其加工工藝相對較難,需要雕刻、噴塗、夾具、和模具等的配合才能實現。

基於以上技術,官方測試數據顯示Axon 11 SE天線性能較一般5G手機提升58%。

參考文獻:

1、工信部調整700MHz頻段頻率使用規劃:https://xw.qq.com/cmsid/20200403A04M6T00

2、中國廣電5G採用700MHz+4.9GHz中低頻段獨立組網:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1653445372934214420&wfr=spider&for=pc

3、中國廣電攜手中興通訊持續助力5G低頻商用:http://tech.caijing.com.cn/20200520/4666434.shtml?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

4、手機淨空區越來越小,天線設計該如何應對:https://rf.eefocus.com/article/id-331906

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