頻段的故事 那些5G之外我們鮮有了解的話題

我們聊了太多關(guān)于5G的話題。突然發(fā)現(xiàn)。在5G這個(gè)眾所周知的名詞之外很多人其實(shí)還有很多并不了解的故事。比如有關(guān)頻段的話題。我們知道。5G可使用6GHz以下的中低頻段進(jìn)行中長(zhǎng)距離通信。短波頻率則可使用24GHz以上的毫米波進(jìn)而提供高帶寬通信服務(wù)。根據(jù)5G的預(yù)期承諾。能實(shí)現(xiàn)支持高達(dá)10 Gb/5的高吞吐量通信以及低至1-4ms的延遲。同時(shí)。在吸收性方面。無(wú)線信號(hào)可能會(huì)被墻壁、樹(shù)葉或空氣等吸收。而光纖電纜中的光束可能會(huì)被光纖玻璃芯中的微小缺陷吸收。當(dāng)攜帶信號(hào)的光子被這些環(huán)境中的障礙物吸收時(shí)。會(huì)出現(xiàn)信號(hào)變?nèi)酢⒉环€(wěn)定的情況……那么5G到底是如何解決或者規(guī)避這些問(wèn)題呢？靠頻段。

頻段是個(gè)熟悉而又陌生的東西

稍有物理知識(shí)的人都知道。信息傳遞都需要媒介。而數(shù)字信號(hào)也是一系列的信息符號(hào)，在選擇信息傳輸渠道時(shí)便需要權(quán)衡取舍。模擬無(wú)線電是通過(guò)無(wú)線電波“空中”傳輸?shù)?，它可以在長(zhǎng)距離的各個(gè)方向上承載簡(jiǎn)單的信號(hào)?；ヂ?lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)在使用光纖電纜中以引導(dǎo)光波在遠(yuǎn)距離傳輸大量信息中，需要建造和安裝大量的電纜，因此其主要存在昂貴的成本問(wèn)題。

由于不同的通道以承載不同頻率的EM波，通道可以承載的頻率范圍稱為其帶寬。帶寬的計(jì)算簡(jiǎn)單地是從最大值中減去通道可以承載的最小頻率。范圍從0到1000 Hz的信道具有1.000 Hz的可用帶寬，而范圍從100.000到101.000 Hz的信道具有相同的帶寬。帶寬有助于確定一個(gè)信道可以發(fā)送多少信息，因此更多的帶寬也就意味著更多的信息容量。

在給定固定數(shù)一的帶寬和恒定信噪比的情況下。信道可以承載的信息吞吐量有理論上的限制。著名的香農(nóng)-哈特利定理（通常稱為香農(nóng)極限）給出了其極限定式。這里我們不想解釋數(shù)學(xué)定理，直截了當(dāng)?shù)卣f(shuō)，香農(nóng)定理告訴大眾，更多的帶寬意味著更多的容量。更好的信噪比也是如此。如果信道的帶寬和信號(hào)功率是固定的，那么噪聲越大意味著容量越小。香農(nóng)定理使我們可以利用某種介質(zhì)的物理特性。例如銅線或光纖，能快捷的計(jì)算出我們可能會(huì)擠出多少的容一，即使目前的手段還不能實(shí)現(xiàn)也能給出計(jì)算上的結(jié)果。

通常而言，信號(hào)傳播的距離越長(zhǎng)，信號(hào)功率因衰減而變得越弱。根據(jù)香農(nóng)定理，這降低了SNR。并降低了信號(hào)可以攜帶的全部信息。因此，在不知道信號(hào)會(huì)走多遠(yuǎn)的情況下就不可能談?wù)撔诺赖娜萘?。無(wú)線寬帶解決了與有線和光纖等有線技術(shù)根本不同的問(wèn)題。有線技術(shù)可將服務(wù)提供到固定地點(diǎn)。例如家庭或企業(yè)端。無(wú)線技術(shù)通過(guò)空中向移動(dòng)設(shè)備提供數(shù)據(jù)服務(wù)，這是向大型公共區(qū)域提供靈活的寬帶服務(wù)的唯一方法。

在過(guò)去的幾十年中，無(wú)線和有線寬帶技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中和諧共存。但是。5G的出現(xiàn)，很可能讓無(wú)線寬帶能夠直接與有線寬帶展開(kāi)全新的競(jìng)爭(zhēng)，甚至?xí)耆娲芯€寬帶。

無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)的部署還受到有線系統(tǒng)不受限制的約束。低頻無(wú)線信號(hào)的應(yīng)用中，例如AM/FM廣播和廣播電視?？梢圆怀蓡?wèn)題地穿過(guò)樹(shù)木、建筑物和露天區(qū)域等環(huán)境。由于較高的頻帶具有更多的帶寬，通?？蓴y帶更多的信息。

只不過(guò)。高頻信號(hào)也更容易被吸收和散射，從而限制了它們可以傳輸?shù)木嚯x。雖然2.4 GHz WiFi可以穿過(guò)墻壁，但5GHz WiFi便會(huì)面臨穿透性差的問(wèn)題、據(jù)悉。下一代Wi-Fi技術(shù)稱為是WiGig，它利用高達(dá)60GHz的頻帶。在該頻率下，60GHz路由器將最適合附近的視線通信。

我們熟悉的4G是通過(guò)在700 MHz和2.6GHz頻段之間進(jìn)行運(yùn)行，可以為距離較遠(yuǎn)的農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)的設(shè)備提供服務(wù)。從技術(shù)上講，4G系統(tǒng)應(yīng)該能夠?yàn)榈鸵苿?dòng)性設(shè)備提供1 Gb/s的下載速度。但是。在現(xiàn)實(shí)世界中。大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商提供的速度實(shí)際為下行10～50 Mb/s。上行3-20 Mb/S。

5G有望在吞吐量和延遲方面比4G有所改善。對(duì)于長(zhǎng)距離鏈路。5G將使用4G當(dāng)前使用的相同頻譜，例如介于700 MHz和4 GHz之間。天線和編碼技術(shù)的改進(jìn)將使載波能夠更好地利用相同頻譜。在吞吐量方面，長(zhǎng)距離5G可能不是邁出的重大一步：低于6GHz 5G部署的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在最佳情況下它能夠達(dá)到數(shù)百M(fèi)b/s的速度。

除了重新使用4G頻譜外，5G還將支持26GHz及更高頻率的“毫米波（mmWave）”頻率。更高頻率的頻道很有吸引力，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁嗫捎脦?。因此可以支持更高的最大吞吐量。使用mmWave頻譜，5G發(fā)射機(jī)將能夠提供更好的傳輸速度，在最佳條件下最大可達(dá)1到10 Gb/s。只不過(guò)。由于毫米波信號(hào)的頻率比傳統(tǒng)的蜂窩信號(hào)高得多。因此它們?cè)馐艿奈蘸蜕⑸湟蟮枚?。毫米波信?hào)無(wú)法穿過(guò)大多數(shù)墻壁。茂密的樹(shù)葉甚至還會(huì)受惡劣的天氣影響。此外即使在晴朗的條件下。它們的功耗也比6 GHz以下的信號(hào)快得多。這意味著mmWave不能很好地用于室外到室內(nèi)的通信、mmWave發(fā)射器將更像Wi-Fi可以為較小的開(kāi)放區(qū)域提供服務(wù)，暫不能成為4G的現(xiàn)成替代品。

5G毫米波頻段的“波拆”

2019年底的時(shí)候，5G的毫米波頻譜之爭(zhēng)終于可以暫告一段落。ITU最終為5G毫米波頻段“擴(kuò)容”，具體包括24.25-225GHz、37-43.5GHz、45.5-47GHz-47.2-48.2GHz和66～lGHz。

如果要完全釋放5G所有潛力，中長(zhǎng)期來(lái)看，毫米波對(duì)中國(guó)5G的發(fā)展是很重要的。

毫米波對(duì)5G發(fā)展的重要性不可言喻。在5G網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，可以利用毫米波無(wú)線電頻譜為5G網(wǎng)絡(luò)提供所需要的帶寬。以滿足高速的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求。所以5G的毫米波頻譜之爭(zhēng)也會(huì)更加激烈。有業(yè)內(nèi)觀點(diǎn)認(rèn)為。從2020年到2034年。在15年的時(shí)間里。對(duì)毫米波頻譜資源的利用有望推動(dòng)全球GDP增長(zhǎng)5650億美元。

無(wú)論是5G毫米波頻段的確定，還是國(guó)際規(guī)則的修改。乃至保護(hù)措施的制定，其結(jié)果將對(duì)數(shù)萬(wàn)億美元的信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。所以，5G毫米波議題是世界各國(guó)以及國(guó)際組織關(guān)注的重中之重。

早在2019年世界無(wú)線電通信大會(huì)（WRC-19）的國(guó)際條約會(huì)議上，來(lái)自190多個(gè)國(guó)家的3000名代表將開(kāi)會(huì)決定5G頻譜如何使用，也成為他們相互博弈的主要戰(zhàn)場(chǎng)。

大會(huì)召開(kāi)前夕，GSMA及其董事會(huì)代表全球移動(dòng)產(chǎn)業(yè)，在一封發(fā)向全球170個(gè)國(guó)家的政府部長(zhǎng)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人的公開(kāi)信中。呼吁各國(guó)政府在WRC-19上支持移動(dòng)頻譜的規(guī)劃。經(jīng)過(guò)多輪激烈博弈。ITU最終為5G毫米波頻段“定音”。確定了更多的頻段，包括24.25-27.5GHz、37-43.5GHz、45.5-47GHz、47.2-48.2GHz和66-71GHz。

同時(shí)，大會(huì)為了適當(dāng)保護(hù)上述頻段的地球探測(cè)衛(wèi)星業(yè)務(wù)采取了相應(yīng)措施。大會(huì)形成的新決議指出，IMT的超低時(shí)廷和高比特率應(yīng)用需要比之前更大的連續(xù)頻段.為了促進(jìn)5G全球漫游和規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益得到最大程度的釋放，需要在全球范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的IMT頂段。

事實(shí)上，我國(guó)關(guān)于5G毫米波的技術(shù)研究早已開(kāi)啟。如IMT-2020（5G）推進(jìn)組將統(tǒng)籌規(guī)劃、分階段推進(jìn)，對(duì)毫米波試驗(yàn)的工作大體分為三個(gè)階段。之前有報(bào)道稱，2019年重點(diǎn)驗(yàn)證5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)特性，而2020年重點(diǎn)驗(yàn)證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作：2020到2021年開(kāi)展典型場(chǎng)景驗(yàn)證。

實(shí)際上，我國(guó)整個(gè)毫米波測(cè)試進(jìn)展比原來(lái)預(yù)期的計(jì)劃大大提前，諾基亞貝爾率先完成了整個(gè)毫米波的功能射頻和外場(chǎng)性能測(cè)試。截止到2019年10月底。華為、中興、諾基亞貝爾三家系統(tǒng)廠家全部完成了今年預(yù)計(jì)的測(cè)試工作，完成了毫米波關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試的主要功能、設(shè)計(jì)和外場(chǎng)性能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了毫米波的主要關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了毫米波射頻的測(cè)試，支撐了我國(guó)毫米波規(guī)劃工作。要知道，毫米波由于頻段很高，很多測(cè)試方法都會(huì)跟以往不一樣。所以通過(guò)在試驗(yàn)當(dāng)中來(lái)研究5G毫米波的測(cè)試技術(shù)，以制定相應(yīng)的方法。開(kāi)發(fā)毫米波射頻功能和系統(tǒng)。構(gòu)建NSA-SA的毫米波試驗(yàn)環(huán)境。是目前我們工作的重心。

題外話，關(guān)子“N79頻段”的狹隘言論

聊到頻段的話題，最近有件事也“很有趣”，那就是“廣電獲取的N79頻段將會(huì)使得市面上多款5G手機(jī)無(wú)法使用”的傳言。這個(gè)傳言本身是可笑的。

我們知道。中國(guó)廣電獲得了工信部頒發(fā)的4.9GHz頻段（N79）5G試驗(yàn)頻率使用許可，讓中國(guó)市場(chǎng)擁有了三張5G網(wǎng)，中國(guó)移動(dòng)一張。中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通共享一張以及中國(guó)廣電一張。也讓5G市場(chǎng)玩家更多，也讓5G市場(chǎng)有了更多可能。

但是。對(duì)于市面上多款5G手機(jī)無(wú)法使用無(wú)法使用中國(guó)廣電獲取的相關(guān)4.9GHz頻段（N79）5G試驗(yàn)頻率的言論，確實(shí)有些狹隘。首先，目前5G基站尚且未打開(kāi)N79頻段，N41頻段和N78頻段是主流頻段。中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信用的是N78頻段。而中國(guó)移動(dòng)用的是N41和N79頻段，而且中國(guó)移動(dòng)的N79頻段的5G基站還沒(méi)有開(kāi)始建設(shè)，只僅僅支持N41頻段。并且也會(huì)成為中國(guó)移動(dòng)未來(lái)數(shù)年內(nèi)的核心頻段，因此5G手機(jī)支持N79頻段也沒(méi)有什么用。對(duì)于的N79頻段。行業(yè)普通看法是“未來(lái)幾年難以落地”。覆蓋范圍小、穿障能力弱，使得必須運(yùn)營(yíng)商必須建設(shè)更密集的高頻基站，成本也高。短時(shí)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。

不過(guò)。中國(guó)廣電與國(guó)家電網(wǎng)合力建設(shè)5G基站，但當(dāng)前三大運(yùn)營(yíng)商幾乎已經(jīng)瓜分了用戶。飽和的用產(chǎn)市場(chǎng)讓中國(guó)廣電滲入其中十分艱難。這，才是廣電的核心難題，而不是“N79頻段”的問(wèn)題。

共建共享是國(guó)家政策所倡導(dǎo)。中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)走在前，難保中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)廣電不走在后。這樣一來(lái)。國(guó)內(nèi)5G格局將發(fā)生大變化。四家獲得5G牌照的企業(yè)，變成了兩大陣營(yíng)?，F(xiàn)在。影響格局變化的關(guān)鍵因素在于中國(guó)廣電，雖然它本身力一不強(qiáng)，但是它處于重要支點(diǎn)上。不排除中國(guó)廣電會(huì)牽手多家合作伙伴，解決站址、電力以及資金難題，并盡快推動(dòng)700MHz、4.9GHz產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。

后記

頻段，本身是技術(shù)的范疇，而不是市場(chǎng)的決定因素。隨著5G商用步伐進(jìn)一步加快。5G新業(yè)務(wù)應(yīng)用帶動(dòng)移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量飛速增長(zhǎng)，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)和固定無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)以及智慧城市、工業(yè)制造等行業(yè)應(yīng)用加速了移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量的激增。作為移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的核心資源。頻譜資源是寶貴而且稀缺的，頻譜規(guī)劃是產(chǎn)業(yè)的起點(diǎn)。也將在很大程度上決定產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向、節(jié)奏和格局。