日前,中國廣電攜 700MHz 正式入局,成為了名副其實的第四家移動運營商。
700MHz 被稱作移動通信的 “黃金頻段”,在 4G 時代就曾引爆過很多話題,它到底因何備受關注呢?
本文從標準、頻譜特點入手,簡要分析 700MHz 的背景、現狀以及優劣勢,并介紹 700MHz 的關鍵技術、建設方案、應用場景、產業鏈現狀、未來趨勢等。
700MHz 的定義及標準
全球的無線電頻譜資源由國際電信聯盟(ITU)按照不同的無線電傳輸技術和應用進行分配。700MHz 在電信領域,泛指介于 700MHz~800MHz 附近的無線電波頻譜資源。
700MHz 位于特高頻 UHF(300MHz~3000MHz)范圍內,由于頻率低、覆蓋范圍廣、穿透力強,在全球最早被廣泛用于廣播電視業務。但隨著數字電視技術及無線通信技術發展,700MHz 被重新規劃,用于頻譜資源更加缺乏的移動通信服務。
ITU 對 700MHz 的重新定義
2000 年以后,數字地面廣播技術在歐洲成為主流,部分模擬電視信號頻段被空置,頻譜利用率較低。同時,移動寬帶服務需求量伴隨智能手機的普及而快速增長,卻又缺乏足夠的頻譜支持。
2007 年,ITU 在世界無線電通信大會 WRC-07 上,決定將原有模擬信號使用的 698MHz~806MHz 頻段(通稱 700MHz 頻段),用于移動通信業務。在 2015 年的 WRC-15 大會上,ITU 明確提出釋放原廣播電視業務占用的 700MHz 部分頻譜資源,在歐洲、非洲、中東和中亞地區用于移動通信服務。
3GPP 對 700MHz 的標準定義
3GPP 在 Release15 版本中,將 5G 無線(NR)頻譜定義為兩大頻譜范圍(簡稱 FR),即 FR1 和 FR2。FR1 是指較低頻段 450MHz~6GHz,也被稱為 Sub6G;FR2 是指較高頻段 24.2GHz~52.6GHz,也就是毫米波的頻段。
700MHz 在 FR1 中被定義為 n28 頻段,上行 703MHz~748MHz,下行 758MHz~803MHz,采用頻分雙工 FDD(Frequency-division Duplex)模式。
國外 700MHz 頻段發展情況
700MHz 頻段因具有強穿透、廣覆蓋等優良特性,被歐盟委員會認為是可以覆蓋整個歐洲(包括農村及偏遠地區)的最優質的互聯網接入,同時還能促進廣播電視高效利用無線電頻譜技術,被稱為 “數字紅利”。
2015 年歐盟委員會就釋放 700MHz 頻段用于移動寬帶領域,在歐盟范圍內發出公開征詢,得到 60% 以上機構的認可。隨后在 2016 年,歐盟委員會明確批準所有歐盟成員國將 700MHz 頻段用于移動通信服務(尤其是 5G 業務),并要求在 2020 年前完成 700MHz 清頻。
2005 年,美國聯邦通信委員會(Federal Communication Commission,FCC)通過了數字電視轉換和公共安全法案,規定了美國在完成模 / 數轉換后,釋放原用于電視頻道的 700MHz 頻譜資源,重新規劃用于商業業務(84MHz)及公共安全(24MHz)。2008 年,FCC 將 84MHz 頻段公開拍賣給了 7 家美國通信運營商。
中國對 5G 及 700MHz 的新定位
在中國,700MHz 頻段最早用于廣播電視系統。
我國廣電頻譜原本由 3 段 96MHz 帶寬組成,分別是 470MHz~566MHz、606MHz~702MHz、702MHz~798MHz。
考慮到全球 700MHz 頻段的產業發展情況以及國內地面電視 “模數轉換”進展,2020 年 4 月,工信部發布了《關于調整 700MHz 頻段頻率使用規劃的通知》,旨在將 700MHz(703MHz~743MHz/758MHz~798MHz 頻段)原部分用于廣播電視業務的頻譜資源,重新規劃用于 5G 移動通信系統,并使用頻分雙工(FDD)工作方式。
隨后,廣電總局開展全國地面數字電視 700MHz 頻率清頻工作。
2017 年以來,工信部為 5G 規劃了 3000MHz~5000MHz 的 5G 中頻段頻譜資源,同時,工信部已著手研究 5G 高頻段毫米波的規劃。將 700MHz 頻段規劃用于移動通信系統,為中國 5G 發展提供了寶貴的低頻段頻譜資源,此舉有利推動 5G 高、中、低頻段協同發展。
700MHz 無線頻譜特性
眾所周知,無線電波的物理特性是頻率越低,傳播損耗越小,覆蓋距離越遠,而且繞射能力越強,建筑物室內覆蓋效果越好。
700MHz 頻段相比 5G 中高頻段(如中頻 2.6GHz 及高頻毫米波),具有穿透力強、覆蓋范圍廣、傳輸損耗低等優良特性,適合大范圍網絡覆蓋,并且 FDD 相比 TDD(時分雙工模式)具有時延低、可增強上行、打造高低頻立體網的優點。
此外 700MHz 受國際標準支持,產業鏈逐步成熟,將為運營商降低建網成本。
下面分別介紹 700MHz 頻譜的優劣勢。
700MHz 頻譜的優勢
覆蓋范圍廣,實現室外連續覆蓋
700MHz 是 5G 低頻頻譜,具有覆蓋范圍廣的優勢。在農村及郊區環境下,700MHz 覆蓋半徑約是 2.6GHz 的 2 倍,約是 3.5GHz 的 2.3 倍,是 4.9GHz 的近 3 倍,是毫米波的 16 倍(如表 1 所示 , 按 700MHz 邊緣速率下行 20Mbit/s、上行 5Mbit/s,2.6GHz/3.5GHz/4.9GHz 邊緣速率下行 50Mbit/s、上行 5Mbit/s 計算的結果對比)。覆蓋面積是 2.6GHz 的 4~5 倍,4.9GHz 的近 9 倍,是毫米波的 250 多倍。高頻毫米波路徑損耗大,接近視距傳輸,容易被人體、墻體、植被、雨滴等阻擋,覆蓋范圍僅為 100~300 米,與 700MHz 的覆蓋范圍相差甚遠。
目前中國移動在全國建設了 315 萬座 4G 基站,已覆蓋全國;但如果用 700MHz 頻段,據測算,只需要建設 50 萬~60 萬座基站就可覆蓋全國。使用 700MHz 作為在農村及偏遠地區的無線網絡覆蓋,可以大大縮減建站、運維、電力損耗成本。
表 1 頻譜覆蓋半徑對比
傳播損耗低,實現室內深度覆蓋
相比同樣用于 5G 的 2.6GHz 頻段,700MHz 傳播損耗低,繞射能力和室內覆蓋力強,可實現普通樓宇的深度覆蓋。
700MHz 比毫米波傳播損耗低 33.8dB, 比 2.6GHz 傳播損耗低 15.4dB,比 2.1GHz 傳播損耗低 12.9dB。墻體穿透損耗上,700MHz 比 2.6GHz 損耗低 6dB,比 3.5GHz 低 9dB,深度覆蓋能力提升 17dB。而毫米波甚至連一張紙都無法穿透。在室外環境下,700MHz 系統的平均信號強度比 2.6GHz 系統強約 20dB,比 1800MHz 平均信號強 12dB。
在光纖難以到達的地區,700MHz 可以充分發揮廣覆蓋和室內覆蓋優勢,通過客戶前置設備(CPE 方式)代替光纖接入,打通偏遠地區網絡 “最后一公里”。
空口時延低
由于 700MHz 采用上下行雙通道的頻分 FDD 模式(由 3GPP 定義),而在中頻段均采用上下行單通道的時分雙工 TDD 模式,FDD 模式天然具有上下行網絡延遲低的優勢。根據測試,700MHz 單向空口時延為 2ms~4ms,僅為中頻段網絡時延的 30%~60%。
網絡時延降低,將明顯提升視頻類業務的用戶體驗,有助于實現 5G 工業互聯網、車聯網等高可靠、低時延(uRLLC)業務。
多普勒頻偏小、移動信號穩定性好
相比 4G,5G 使用的中高頻段由于 700MHz 波長更長,在移動速度相同的情況下,入射角相同則多普勒頻偏更小,高速移動時的信號穩定性更好。例如在高鐵、高速公路等移動場景下,700MHz 信號更加穩定可靠。
與毫米波對比,毫米波波束窄,物體移動很容易離開波束區域,對于移動物體的信號提供難度較大,需要有較強的追蹤能力和重連機制。
700MHz 頻譜的劣勢
相比 5G 中高頻,由于 700MHz 頻點低,波長較長,一般采用 4 天線,無法支持 Massive MIMO 大陣列天線(64/128/256 天線),相比 5G 中高頻段,上下行速率和網絡容量是短板。
相比 2.6GHz 或毫米波,700MHz 峰值速率和平均吞吐量較低,如表 2 所示。
700MHz 下行理論峰值速率為 350Mbit/s,約是 2.6GHz(64 天線)峰值速率的 1/5,約是毫米波峰值速率的 1/11,其中毫米波峰值速率取值 4Gbit/s;蜂窩小區平均用戶吞吐量,下行速率 100bit/s~120Mbit/s,約是 2.6GHz 網絡容量的 1/12,上行速率 60Mbit/s,約是 2.6GHz 網絡容量的 1/6。700MHz 的峰值速率和網絡容量有限。
表 2 各頻段理論上下行峰值速率
責任編輯:PSY
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