頻段的故事 那些5G之外我們鮮有了解的話題

我們聊了太多關于5G的話題。突然發現。在5G這個眾所周知的名詞之外很多人其實還有很多并不了解的故事。比如有關頻段的話題。我們知道。5G可使用6GHz以下的中低頻段進行中長距離通信。短波頻率則可使用24GHz以上的毫米波進而提供高帶寬通信服務。根據5G的預期承諾。能實現支持高達10 Gb/5的高吞吐量通信以及低至1-4ms的延遲。同時。在吸收性方面。無線信號可能會被墻壁、樹葉或空氣等吸收。而光纖電纜中的光束可能會被光纖玻璃芯中的微小缺陷吸收。當攜帶信號的光子被這些環境中的障礙物吸收時。會出現信號變弱、不穩定的情況……那么5G到底是如何解決或者規避這些問題呢？靠頻段。

頻段是個熟悉而又陌生的東西

稍有物理知識的人都知道。信息傳遞都需要媒介。而數字信號也是一系列的信息符號，在選擇信息傳輸渠道時便需要權衡取舍。模擬無線電是通過無線電波“空中”傳輸的，它可以在長距離的各個方向上承載簡單的信號。互聯網的骨干網在使用光纖電纜中以引導光波在遠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。帶寬的計算簡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信道可以發送多少信息，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-哈特利定理（通常稱為香農極限）給出了其極限定式。這里我們不想解釋數學定理，直截了當地說，香農定理告訴大眾，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功率是固定的，那么噪聲越大意味著容量越小。香農定理使我們可以利用某種介質的物理特性。例如銅線或光纖，能快捷的計算出我們可能會擠出多少的容一，即使目前的手段還不能實現也能給出計算上的結果。

通常而言，信號傳播的距離越長，信號功率因衰減而變得越弱。根據香農定理，這降低了SNR。并降低了信號可以攜帶的全部信息。因此，在不知道信號會走多遠的情況下就不可能談論信道的容量。無線寬帶解決了與有線和光纖等有線技術根本不同的問題。有線技術可將服務提供到固定地點。例如家庭或企業端。無線技術通過空中向移動設備提供數據服務，這是向大型公共區域提供靈活的寬帶服務的唯一方法。

在過去的幾十年中，無線和有線寬帶技術在互聯網生態系統中和諧共存。但是。5G的出現，很可能讓無線寬帶能夠直接與有線寬帶展開全新的競爭，甚至會完全替代有線寬帶。

無線互聯網的部署還受到有線系統不受限制的約束。低頻無線信號的應用中，例如AM/FM廣播和廣播電視。可以不成問題地穿過樹木、建筑物和露天區域等環境。由于較高的頻帶具有更多的帶寬，通常可攜帶更多的信息。

只不過。高頻信號也更容易被吸收和散射，從而限制了它們可以傳輸的距離。雖然2.4 GHz WiFi可以穿過墻壁，但5GHz WiFi便會面臨穿透性差的問題、據悉。下一代Wi-Fi技術稱為是WiGig，它利用高達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是通過在700 MHz和2.6GHz頻段之間進行運行，可以為距離較遠的農村鄉鎮的設備提供服務。從技術上講，4G系統應該能夠為低移動性設備提供1 Gb/s的下載速度。但是。在現實世界中。大多數運營商提供的速度實際為下行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。對于長距離鏈路。5G將使用4G當前使用的相同頻譜，例如介于700 MHz和4 GHz之間。天線和編碼技術的改進將使載波能夠更好地利用相同頻譜。在吞吐量方面，長距離5G可能不是邁出的重大一步：低于6GHz 5G部署的測試發現，在最佳情況下它能夠達到數百Mb/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，因為它們提供了更多可用帶寬。因此可以支持更高的最大吞吐量。使用mmWave頻譜，5G發射機將能夠提供更好的傳輸速度，在最佳條件下最大可達1到10 Gb/s。只不過。由于毫米波信號的頻率比傳統的蜂窩信號高得多。因此它們遭受的吸收和散射要大得多。毫米波信號無法穿過大多數墻壁。茂密的樹葉甚至還會受惡劣的天氣影響。此外即使在晴朗的條件下。它們的功耗也比6 GHz以下的信號快得多。這意味著mmWave不能很好地用于室外到室內的通信、mmWave發射器將更像Wi-Fi可以為較小的開放區域提供服務，暫不能成為4G的現成替代品。

5G毫米波頻段的“波拆”

2019年底的時候，5G的毫米波頻譜之爭終于可以暫告一段落。ITU最終為5G毫米波頻段“擴容”，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，中長期來看，毫米波對中國5G的發展是很重要的。

毫米波對5G發展的重要性不可言喻。在5G網絡領域，可以利用毫米波無線電頻譜為5G網絡提供所需要的帶寬。以滿足高速的移動網絡需求。所以5G的毫米波頻譜之爭也會更加激烈。有業內觀點認為。從2020年到2034年。在15年的時間里。對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。

無論是5G毫米波頻段的確定，還是國際規則的修改。乃至保護措施的制定，其結果將對數萬億美元的信息通信技術產業產生深遠影響。所以，5G毫米波議題是世界各國以及國際組織關注的重中之重。

早在2019年世界無線電通信大會（WRC-19）的國際條約會議上，來自190多個國家的3000名代表將開會決定5G頻譜如何使用，也成為他們相互博弈的主要戰場。

大會召開前夕，GSMA及其董事會代表全球移動產業，在一封發向全球170個國家的政府部長和監管機構負責人的公開信中。呼吁各國政府在WRC-19上支持移動頻譜的規劃。經過多輪激烈博弈。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，大會為了適當保護上述頻段的地球探測衛星業務采取了相應措施。大會形成的新決議指出，IMT的超低時廷和高比特率應用需要比之前更大的連續頻段.為了促進5G全球漫游和規模經濟效益得到最大程度的釋放，需要在全球范圍內采用統一的IMT頂段。

事實上，我國關于5G毫米波的技術研究早已開啟。如IMT-2020（5G）推進組將統籌規劃、分階段推進，對毫米波試驗的工作大體分為三個階段。之前有報道稱，2019年重點驗證5G毫米波關鍵技術和系統特性，而2020年重點驗證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作：2020到2021年開展典型場景驗證。

實際上，我國整個毫米波測試進展比原來預期的計劃大大提前，諾基亞貝爾率先完成了整個毫米波的功能射頻和外場性能測試。截止到2019年10月底。華為、中興、諾基亞貝爾三家系統廠家全部完成了今年預計的測試工作，完成了毫米波關鍵技術測試的主要功能、設計和外場性能測試，實現了毫米波的主要關鍵技術，開展了毫米波射頻的測試，支撐了我國毫米波規劃工作。要知道，毫米波由于頻段很高，很多測試方法都會跟以往不一樣。所以通過在試驗當中來研究5G毫米波的測試技術，以制定相應的方法。開發毫米波射頻功能和系統。構建NSA-SA的毫米波試驗環境。是目前我們工作的重心。

題外話，關子“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頻段將會使得市面上多款5G手機無法使用”的傳言。這個傳言本身是可笑的。

我們知道。中國廣電獲得了工信部頒發的4.9GHz頻段（N79）5G試驗頻率使用許可，讓中國市場擁有了三張5G網，中國移動一張。中國電信和中國聯通共享一張以及中國廣電一張。也讓5G市場玩家更多，也讓5G市場有了更多可能。

但是。對于市面上多款5G手機無法使用無法使用中國廣電獲取的相關4.9GHz頻段（N79）5G試驗頻率的言論，確實有些狹隘。首先，目前5G基站尚且未打開N79頻段，N41頻段和N78頻段是主流頻段。中國聯通和中國電信用的是N78頻段。而中國移動用的是N41和N79頻段，而且中國移動的N79頻段的5G基站還沒有開始建設，只僅僅支持N41頻段。并且也會成為中國移動未來數年內的核心頻段，因此5G手機支持N79頻段也沒有什么用。對于的N79頻段。行業普通看法是“未來幾年難以落地”。覆蓋范圍小、穿障能力弱，使得必須運營商必須建設更密集的高頻基站，成本也高。短時間無法實現完全覆蓋。

不過。中國廣電與國家電網合力建設5G基站，但當前三大運營商幾乎已經瓜分了用戶。飽和的用產市場讓中國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”的問題。

共建共享是國家政策所倡導。中國電信和中國聯通已經走在前，難保中國移動和中國廣電不走在后。這樣一來。國內5G格局將發生大變化。四家獲得5G牌照的企業，變成了兩大陣營。現在。影響格局變化的關鍵因素在于中國廣電，雖然它本身力一不強，但是它處于重要支點上。不排除中國廣電會牽手多家合作伙伴，解決站址、電力以及資金難題，并盡快推動700MHz、4.9GHz產業鏈的成熟。

后記

頻段，本身是技術的范疇，而不是市場的決定因素。隨著5G商用步伐進一步加快。5G新業務應用帶動移動數據使用量飛速增長，增強型移動寬帶業務和固定無線寬帶業務以及智慧城市、工業制造等行業應用加速了移動數據使用量的激增。作為移動通信技術發展的核心資源。頻譜資源是寶貴而且稀缺的，頻譜規劃是產業的起點。也將在很大程度上決定產業的發展方向、節奏和格局。