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5G之频段制式Frequencyandmodeof5G

2020-03-06 22:03阅读:

5G之频段制式

Frequency and mode of 5G

从一条基础物理公式说起

我们先从一个基础的电磁波原理说起,也就是:
光速=波长 X 频率
当光速固定在每秒30万公里(3x10^8m/s)时,波长愈长,每秒震动的次数也就愈少。换言之,电磁波的波长与频率是互为反比的。
当今的无线通信,利用电磁波来进行各种信息交换。不同频率的电磁波,又决定了不同的特性及应用,我们可从下面的通讯电磁波频谱来略知一二。
就物理特性而言,频率愈高,波长愈短,穿透能力也就愈强,这就像是医院里X射线的频率极高,波长仅0.0110纳米,可用来穿透身体的部分组织一样。然而,高频信号的指向性也较强,它们遇到障碍物会想直接穿过去,而不是绕过去(也就是绕射能力差),因此其穿透障碍物所带来的能量消耗,也会使传输距离变短[1]
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G

以目前主流的4G LTE来看,常用的频段多集中于450MHz3.8GHz区间。然而,由于此区间已非常拥挤,因此我们渐渐把脑筋动到介于30GHz300GHz(10mm~1mm)的毫米波频段,那里能使用的频段资源相对丰富 (一般来说,高频段「比较可能」会拥有高带宽,进而带动传输速度的提升)。

好了,谈谈5G吧!

所谓5G 通讯,是指第 5 代移动通讯网络(5th Generation Mobile Networks),它是在4G 通讯技术成熟后,我们对下一代通讯网络的统称,不外乎就是追求更快的速度以及更低的延迟。
虽然国际上对5G的标准尚未完全确定,不过大致可涵盖两种主流频段:一为sub 6GHz(也就是6GHz以下),这与我们目前采用的4G LTE频段差异不大;另一种则是在24GHz以上,也就是最近很常听到的“毫米波”频段。
也就是说,其实5G 网络结合了既有的4G LTE 频段,是一种异质性网络(HetNet)。其透过主打速度的毫米波(mmWave)宽带技术,及主打低功耗、覆盖能力广的sub 6GHz窄频技术,在不同的环境下提供最适的无线网络,以同时满足短距离及长距离的通讯要求[1]
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G
例如,当场域要求高带宽(eMBB)、低延迟(URLLC等特性时,就适合运用高频的毫米波频段,例如自驾车、远距手术等应用场景;当场域要求低功耗、大范围覆盖以及稳定连接等特性(MMTC)时,则较适合sub 6GHz低频频段,例如智慧城市的相关应用。下面这张图列举了目前可行的众多场景,总的来讲,5G可以分为三大场景:高带宽(eMBB)、低时延(URLLC)和大连接(MMTC。我们常提起的自动驾驶如果依靠5G实现既需要低时延又需要高带宽,因为驾驶,特别是高速驾驶及时的反应至关重要,驾驶时又需要处理大量的图像数据。这里存在一个有趣的现象,我们知道云计算的处理能力必然是强过车载处理器数倍甚至百倍的,通过5G实现如此大量的数据可靠发送与控制信号的及时接受是个难点。我想未来在线计算和本地计算会区分应用场景的存在。
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G
结合上面的分类,5G相比4G的革命性进步有三个:增强型移动宽带、超可靠低时延和海量机器类通信,分别对应用户体验速率大于1Gbps、时延小于1毫秒、每平方公里100万个连接,但实现这一切有赖于丰富的频谱资源,所以在频谱资源的分配上5G4G多了很多

5G的频率范围

5G频谱分为两个区域FR1FR2FR就是Frequency Range的意思,即频率范围,也可以叫做频谱。
Sub6GFR1的频率范围是450MHz6GHz,也叫Sub6G(低于6 GHz)。
毫米波:FR2的频率范围是24GHz52GHz,这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的,因此也叫毫米波mmWave(严格来说大于30GHz才叫毫米波)。(1Ghz: 3x10^8/10^9=0.3m, 30Ghz: 0.01m
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G
Note:什么是频谱?frequency spectrum. 移动通信中,无线电波为媒介进行信息的传输,一定频率范围无线电波的组合就形成了无线电的频谱。“频谱”可以认为是无线信道,是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻,对于无线电波而言,一段特定的频谱限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,形成一个频率通带。

频谱优缺点

FR1的优点是频率低,绕射能力强,覆盖效果好,是当前5G的主用频谱。FR1主要作为基础覆盖频段,最大支持100Mbps的带宽。其中低于3GHz的部分,包括了现网在用的2G3G4G的频谱,在建网初期可以利旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。
FR2的优点是超大带宽,频谱干净,干扰较小,作为5G后续的扩展频率。FR2主要作为容量补充频段,最大支持400Mbps的带宽,未来很多高速应用都会基于此段频谱实现,5G高达20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大带宽。

我国三大运营商5G频谱划分

目前我国仅对FR1中的频段进行了分配,其中
中国移动(2.6Ghz4.9Ghz)2515MHz-2675MHz160MHz,频段号为n41,以及4800MHz-4900MHz100MHz,频段号为n79
中国电信(3.5Ghz):3400MHz-3500MHz100MHz,频段号为n78
中国联通(3.5Ghz)3500MHz-3600MHz100MHz,频段号为n78
其中2515-2575MHz2635-2675MHz4800-4900MHz频段为新增频段,2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE4G)频段;中国联通获得3500MHz-3600MHz100MHz带宽的5G试验频率资源[2]
三大运营商频谱规划的依据是什么?
总体来说工信部的原则是平衡,通信行业合并和拆分大都与这个原则有关。
仅从频段上看,中国移动获得了2.6GHz频段的160MHz带宽以及4.9GHz频段上的100MHz带宽,2.6GHz频段比3.5GHz频段覆盖范围更广,中国移动整体的带宽资源也更多。但实际情况是,2.6GHz4.9GHz的产业链都不成熟,不管是国内还是国际运营商的前期测试更多集中在3.5GHz中频段。3.5GHz的产业链已经在加速成熟,特别是中国移动作为龙头企业拥有强大的号召力,资金和人才都不缺少,中国电信和中国联通获得较为成熟的频段,获得了起步阶段优势[3]
对应的5G NR Band(频段号):
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G

2/3/4G网络频段制式

2G包括:900MhzGMS)和1800Mhz,两个频段。
3G包括:900MhzDRX)和2100Mhz,两个频段。
4G包括:2Ghz-中低频段,1Ghz=1000MhzBand1缩写B1
中国电信和联通使用的Band3相对是最被广泛部署的FDD频段。
欧洲运营商比较常见的频率是B3/B7/B20
美洲比较常见的是Band2Band4
有人会问有1G吗?答案是有的,第一代移动通讯技术,以模拟技术为基础,仅语音的蜂窝电话标准,如今已经被淘汰。
5G之频段制式Frequencyandmodeof5G

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