關於5G的頻譜,看這一篇就夠啦!

2021-01-18 鮮棗課堂

什麼是「空口」?「空口」就是空中接口,也就是終端(手機)和基站之間通信的接口。

和以往2G/3G/4G不同,5G的「空口」,有一個專門的名字,叫做5G NR。

NR,就是New Radio,新無線接口

學習5G「空口」(5G NR),必須先了解5G所使用的頻譜。因為任何無線通信技術,都是基於電磁波,都有屬於自己的頻譜(工作)範圍。而頻譜(工作)範圍,基本決定了這個無線技術的特性。

那麼,5G工作在哪些頻譜範圍呢?

根據3GPP R15版本的定義,5G NR包括了兩大頻譜範圍(Frequency Range,FR):

FR1:

從 450MHz 到 6000MHz

頻段號從 1 到 255

通常指的是Sub-6Ghz(專家們經常嘴上說的「薩補六」)

FR2:

從 24250MHz 到 52600MHz

頻段號從 257 到 511

通常指的是毫米波mmWave(儘管嚴格的講毫米波頻段大於30GHz)

對於FR1和FR2整個頻率範圍,3GPP進一步進行了劃分。

FR1:

FR2:

看到了吧,每個頻段,都有一個頻段號,是以「n」開頭的。例如「n1、n2、……n260」。

大家現在用的手機,基本上都是4G LTE手機,一定會在手機包裝盒或說明書上,看到類似這樣的文字說明:

以iPhone 7 為例

這個,就是4G LTE對頻段的劃分方法,是以「B(Bands)」開頭的頻段號。

4G LTE的具體頻段劃分如下:

注意看仔細喲!4G的頻段號和5G的頻段號,並不是一致的對應關係。

比如,4G LTE的B42 (3.4-3.6 GHz) 和B43 (3.6-3.8 GHz) ,在5G NR裡面,就變成了一個n78(3.4-3.8 GHz),被合併了。

而且,5G NR裡面,n77還包括了n78呢!

為什麼會這樣呢?

有兩個原因:

1 滿足5G NR的大帶寬需求

頻率範圍越大,相當於馬路越寬,跑的車子就越多,當然傳輸速率越快。

2 滿足全球運營商的獨特需求

因為不同國家的運營商,在C波段的可用頻率範圍不同,所以n77乾脆將這些範圍全部包括進來,都算上。

備註:紅色實心方塊代表已確定可用,紅色虛心方塊代表有計劃但未確定。

採用這種寬頻方式定義頻段,形成了少數幾個全球統一頻段,大大降低了終端(手機)支持全球漫遊的複雜度。

也就是說,以後手機說明書會簡潔多啦!

另外,請大家再仔細看看最開始的FR1那張圖,是不是發現了什麼不同?

看紅色框框這幾個頻段,既不是FDD(頻分雙工),也不是TDD(時分雙工),而是SDL和SUL。

SDL和SUL,是什麼鬼?

它們是輔助頻段(Supplementary Bands)。

舉個例子,在空曠的廣場上,甲乙兩個人互相說話。請問,他們之間最大的說話距離,由誰決定?

顯然是由嗓門較低的那個人決定。

如果甲的嗓門不夠大,即使乙的嗓門再大,也不能正常溝通。因為乙聽不見甲的聲音。

移動通信也是這樣的道理。決定基站覆蓋範圍大小的,主要是上行(也就是手機的發射功率)。

總不能把手機的發射功率變成和基站那麼大吧?

如果手機不能把功率變得像基站那麼大,那怎麼才能讓手機發射信號的傳播距離更遠呢?

嗯,聰明的你一定想到了,那就是讓手機在更低的頻段發射信號。

鮮棗課堂說了一萬遍的話:頻率越低,穿透性越強,傳輸距離越遠。

以下圖為例,下行使用3.5GHz,不變。上行在3.5GHz的基礎上,使用1.8GHz的輔助頻段(SUL),通過載波聚合或雙連接的方式進行配合,從而補償3.5GHz上行覆蓋不足的缺陷。

華為提出的上下行解耦,和這個有很大的類似。

華為在英國倫敦與當地運營商EE進行了上下行解耦測試。

試驗結果表明,採用了上下行解耦後,3.5GHz的覆蓋半徑提升了73%,在用戶體驗提升10倍的前提下達到了與1.8GHz的同覆蓋。

最後,我們再來說說,哪些頻段在5G到來時,會最先被使用。

主要有:n77、n78、n79、n28、n71。

n77和n78,即C-BAND,是目前全球最統一的5G NR頻段。

n79,也可能用於5G NR,主要推動國家是中國、俄羅斯和日本。

n28,就是傳說中的700MHz。由於其良好的覆蓋性,同樣是香餑餑,在WRC-15上已經確定該頻段為全球移動通信的先鋒候選頻段,如果這段頻段不能充分利用,實在是太可惜了。(我們的廣電笑而不語。。。

n71,就是600MHz,目前美國運營商T-Mobile已宣布用600MHz建5G。

關於毫米波頻段,美國、日本和韓國正在試驗5G 28GHz毫米波頻段,初期要實現5G固定無線接入代替光纖入戶的最後幾百米。

不過,目前美日韓的28GHz並不在ITU WRC(世界無線電通信大會)考慮範圍之內,儘管3GPP列入了這一頻段(n257),但最終還需要ITU批准。

至於n258,研究稱該頻段可能會影響衛星通信系統,或將因為要考慮足夠的保護頻帶而進行調整。

好啦,以上就是關於5G頻譜的介紹。

謝謝大家的觀看!

引申閱讀:一文看懂手機頻段的那些事兒

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