【導讀】所謂 “頻譜”，是指特定類型的無線通信所在的射頻范圍。不同的無線技術使用不同的頻譜，因此互不干擾。由于一項技術的頻譜是有限的，因此頻譜空間存在大量競爭，并且人們也在不斷開發(fā)和增強全新的、高效率的頻譜使用方式。
本文將介紹5G通信使用的第3代合作伙伴計劃組織（3GPP）全球頻譜。
介紹5G 3GPP全球頻譜
頻帶的帶寬越多，接收數(shù)據(jù)的量越大、速度越快。帶寬越多，下載大文件的用時越少。因此，移動網(wǎng)絡運營商和監(jiān)管機構正在盡一切可能，重構、獲取或共享頻譜資源。
所謂“頻譜重構”，是一種將一個現(xiàn)有應用所使用的頻譜轉(zhuǎn)移到新應用的方法（例如：2010年，移動網(wǎng)絡運營商將2G應用使用的頻譜直接轉(zhuǎn)移到4G LTE應用）。
在釋放頻譜資源上，盡管監(jiān)管機構已有長足進步，但仍需采取其他措施。為適應5G通信的眾多用例和性能需求，必須在所有頻率范圍都提供頻譜資源。另外，承運商為支持5G需要增加容量，由于帶寬是提高數(shù)據(jù)率的關鍵，因此運營商必須取得更多寬帶。
3GPP為全球各個地區(qū)分配國際移動電信（IMT）頻帶。3GPP是一個由移動系統(tǒng)制造商組成的集體性項目合作伙伴組織。過去幾年，3GPP通過重構和清理數(shù)字電視等現(xiàn)有服務，穩(wěn)步增加新的時分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）3G和4G頻帶。
甚至在5G到來之前，4G LTE就已在許多方面完善了頻譜效率。隨著高位調(diào)制技術的進步，例如：64和256正交波幅調(diào)制技術（QAM），以及多入多出（MIMO）和波束賦形技術的推出，每秒峰值數(shù)據(jù)率被推升至2吉比特。另外，LTE載波聚合技術也為移動網(wǎng)絡運營商新增一個提高帶寬的選項，即：將多個20MHz帶寬的頻率載波合并，提供最高140MHz的可用頻譜。在美國，當非特許LAA和CBRS頻譜與7分量載波（CC）聚合時，可實現(xiàn)140MHz的聚合帶寬。5G更進一步，允許進一步加大分量載波帶寬。在7GHz以下的FR1頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)100MHz帶寬；對于FR2頻段毫米波，則可實現(xiàn)400MHz的帶寬。如果個體移動網(wǎng)絡運營商擁有足夠的頻譜許可證，5G在FR2頻段能夠聚合達到800MHz的帶寬。
5G頻譜目前劃分為兩個頻段：
● 7GHz以下頻段（FR1）
● 毫米波頻段（FR2）
圖3-1所示為世界各國被分配的7GHz以下頻譜。
圖3-1：全球5G 7GHz以下頻帶使用情況，藍色為特許頻譜，灰色為非特許/共享頻譜
在6GHz以上，更容易在毫米波頻帶找到100MHz或以上的連續(xù)帶寬。這種帶寬通常集中在24GHz、28GHz、39GHz直至80GHz ，5G允許的FR2信道帶寬最高可達400MHz。
圖3-2所示為全球現(xiàn)有毫米波頻帶的可用情況。雖然6GHz以上的頻譜資源更多，但這些頻率的傳播條件更為復雜，往往需要基站與設備之間滿足視距條件。另外，毫米波還需要高度方向性波束賦形和大規(guī)模MIMO天線，以便實時跟蹤用戶。
圖3-2：全球5G毫米波頻帶使用情況，藍色為特許頻譜
認識頻譜
5G的部署將是在當前頻譜資產(chǎn)基礎上的演進。根據(jù)頻帶的不同，技術性能也不同。對某些用例而言，有些頻帶會比其他頻帶更適合。
您可以主要通過兩種方式來考慮5G：頻帶的分配和頻帶的特許（無論是非特許頻帶、特許頻帶，還是共享頻帶）。
01 5G頻帶
5G頻帶分為三個明確類別：
● 低頻：410MHz至1GHz。
○ 容量有限，但覆蓋面積大，室內(nèi)穿透率強。
○ 峰值數(shù)據(jù)率最高約為200Mbps。
● 中頻：1GHz至7GHz。
○ 適合城鎮(zhèn)部署，增加容量。
○ 峰值數(shù)據(jù)率最高約為2Gbps。
● 高頻：24GHz至100GHz（毫米波）。
○ 覆蓋面積有限，但可能達到極高容量。
○ 峰值數(shù)據(jù)率最高約為10Gbps。
隨著運營商和原始設備制造商不斷完善毫米波技術，7GHz以下頻率技術將在不久的將來成為首選5G網(wǎng)絡技術。7GHz以下頻率技術能夠長距離遞送高數(shù)據(jù)率，因此不僅適合農(nóng)村地區(qū)，也適合城鎮(zhèn)地區(qū)。
圖3-3：LTE-Advanced Pro與5G NR生態(tài)系統(tǒng)
毫米波等高頻率頻帶最適合增強型移動寬帶（eMBB）所需的短距離、低延時、超高容量傳輸。不過，我們在上文提到，這些高頻率頻帶傳輸距離短，更容易因為天氣或物體原因而產(chǎn)生信號損耗，并且室內(nèi)穿透率有限。這種毫米波蜂窩站網(wǎng)絡設計就像4G的小型蜂窩，因為二者擁有相似的頻率范圍和覆蓋率。
中頻頻譜平衡了多項能力，在城鎮(zhèn)和郊區(qū)環(huán)境下能夠補充毫米波。中頻頻譜的傳輸距離更遠、傳播特性更好， 因此除了人口稠密地區(qū)，中頻頻譜還能在其他地區(qū)提供5G。另外，中頻部署還有一個優(yōu)勢：運營商能夠?qū)⒅蓄l能力添加到現(xiàn)有的4G蜂窩站區(qū)域，從而減少了在建筑物頂部或周 邊購買或租用空間產(chǎn)生的額外支出。
2GHz以下的低頻提供優(yōu)秀的覆蓋率和移動性。對于低頻用戶，可以使用載波聚合技術擴大帶寬。低頻非常適合互動通信和大規(guī)模機械類通信 （mMTC）。低頻頻譜也很適合室內(nèi)穿透。
02 頻譜特許
下面，我們來看以下三種頻譜分配方法：
● 非特許頻譜：LTE-U、LAA、eLAA、Wi-Fi、藍牙、C-V2X、DSRC、CBRS
● 特許頻譜：拍賣的已清理頻譜
● 共享頻譜：需要授權才能共享接入的頻譜
可用的非特許頻譜數(shù)量很大，遠超特許頻譜。目前，非特許頻譜主要被用于Wi-Fi、點對點通信、傳送或回傳、讀表及自動化。另外，國際上的非特許頻譜還被預留給工業(yè)、科學和醫(yī)療應用。全世界的特許頻譜都由原產(chǎn)國進行管理和管制；例如，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）管理著美國的頻譜。
非特許頻譜的頻帶通常是共享頻帶。但是，為確保共享秩序，非特許頻譜的使用存在一定限制。所有非特許頻譜的用戶都必須遵守相關規(guī)范，這些規(guī)范限制了允許的傳輸功率、輻射方向圖、工作周期及接入程序，并確保在服務全體用戶的同時減少干擾。共享5GHz非特許頻帶的LAA和Wi-Fi就是其中一個例子。
03 動態(tài)頻譜共享
頻譜共享是向5G SA遷移過程中的一個重要組成部分。動態(tài)頻譜共享技術是促使移動網(wǎng)絡運營商快速啟用5G的“催化劑”。有了動態(tài)頻譜共享技術，承運商能夠在當前4G LTE使用的頻帶內(nèi)啟用5G。動態(tài)頻譜技術讓現(xiàn)有的LTE運營商能夠同時運營5G NR和LTE。有了動態(tài)頻譜共享技術，運營商不必為4G LTE或5G分割頻譜，而是可以在這兩種技術之間共享頻譜。這讓運營商能夠智能化地、靈活地、快速地在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡范圍內(nèi)推出和增加5G。動態(tài)頻譜共享技術讓5G和4G LTE能夠同時在同一頻帶運行，它是一項改變游戲規(guī)則的技術。
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