Labs導(dǎo)讀

700M 被有些人稱作移動(dòng)通信的“黃金頻段”，在4G 時(shí)代就曾引爆過(guò)很多的話題，到底因何如此受到關(guān)注?中國(guó)廣電攜700M 正式入局，成為了第四家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商。本文主要介紹標(biāo)準(zhǔn)以及頻譜特點(diǎn)相關(guān)內(nèi)容，核心就是要說(shuō)說(shuō)700M到底的好處，背景，現(xiàn)狀，劣勢(shì)。后續(xù)還會(huì)介紹700M 的關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)方案、應(yīng)用場(chǎng)景、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀、未來(lái)趨勢(shì)等。

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1、700MHz 的定義及標(biāo)準(zhǔn)

700MHz 在電信領(lǐng)域，泛指位于700M-800MHz 附近的無(wú)線電波頻譜資源。全球的無(wú)線電頻譜資源由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)按照不同的無(wú)線電傳輸技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行分配(如表1)。

700MHz 位于特高頻 UHF (300MHz-3000MHz)范圍內(nèi)，由于頻率低，覆蓋范圍廣，穿透力強(qiáng)，在全球最早被廣泛用作廣播電視業(yè)務(wù)。但伴隨數(shù)字電視技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展，700MHz 逐步被重新規(guī)劃，用于頻譜資源更缺乏的移動(dòng)通信服務(wù)。

表1 ITU 無(wú)線電波段劃分

1.1 ITU 對(duì)700MHz 的重新定義

2000 年以后，數(shù)字地面廣播技術(shù)在歐洲已成為主流，部分模擬電視信號(hào)頻段被空置，頻譜利用率較低。同時(shí)，移動(dòng)寬帶服務(wù)需求量伴隨智能手機(jī)的普及快速增長(zhǎng)，卻缺乏足夠頻譜支持。

2007年，ITU在世界無(wú)線電通信大會(huì) WRC-07 上，決定將原有模擬信號(hào)使用的698M - 806MHz 頻段 ，通稱700MHz 頻段，用于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。并在2015 年的WRC-15 大會(huì)，明確釋放原廣播電視業(yè)務(wù)的700MHz 部分頻譜資源，在歐洲、非洲、中東和中亞地區(qū)用于移動(dòng)通信服務(wù)。

1.2 3GPP對(duì)700Mhz的標(biāo)準(zhǔn)定義

3GPP 在Release15 版本中，將5G 無(wú)線(NR)頻譜定義為兩大頻譜范圍簡(jiǎn)稱FR，F(xiàn)R1 和FR2。**FR1是指較低頻段450M-6GHz，也稱為Sub6G;FR2 是指較高頻段如24.2GHz - 52.6GHz，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(如表2)。

表2 3GPP定義FDD NR頻譜范圍

1.3 國(guó)外700MHz頻段發(fā)展

700MHz頻段因具有強(qiáng)穿透、廣覆蓋等優(yōu)良特性，被歐盟委員會(huì)認(rèn)為是，可覆蓋歐洲，甚至是農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)最優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)接入，同時(shí)能促進(jìn)廣播電視高效利用無(wú)線電頻譜技術(shù)，被稱為“數(shù)字紅利”[1]。

2015 年歐盟委員會(huì)就釋放700MHz 頻段用于移動(dòng)寬帶領(lǐng)域，在歐盟范圍內(nèi)發(fā)出公開(kāi)征詢，得到60%以上機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。隨后在2016 年，歐盟委員會(huì)明確批準(zhǔn)所有歐盟成員國(guó)將700MHz 頻段用于移動(dòng)服務(wù)(尤其是未來(lái)的5G業(yè)務(wù))，并在2020 年前完成700MHz 清頻。

2005 年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communication Commission，F(xiàn)CC)通過(guò)了數(shù)字電視轉(zhuǎn)換和公共安全法案， 規(guī)定了美國(guó)在完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，釋放原用于電視頻道的700MHz(698-806MHz)頻譜資源，重新規(guī)劃用于商業(yè)業(yè)務(wù)(84M)及公共安全(24MHz)。并在2008年，將84MHz 頻段，公開(kāi)拍賣給了7家美國(guó)通信運(yùn)營(yíng)商。

1.4 中國(guó)對(duì)5G 700M的新定位

700MHz頻段在中國(guó)，最早用于廣播電視系統(tǒng)。我國(guó)廣電頻譜，原本由3段96MHz 帶寬組成，分別是470-566M，606-702M，702-798M?？紤]到全球700MHz 頻段的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況以及國(guó)內(nèi)地面電視“模數(shù)轉(zhuǎn)換”進(jìn)展，2020年4月，國(guó)家工業(yè)和信息化部(工信部)發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整700MHz頻段商品率使用規(guī)劃的通知》，旨在將700MHz(703-743/758-798MHz頻段)原部分用于廣播電視業(yè)務(wù)的頻譜資源，重新規(guī)劃用于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)，并使用頻分雙工(FDD)工作方式。

隨后，廣電總局即刻開(kāi)展全國(guó)地面數(shù)字電視700MHz 頻率清頻工作，并明確中央、各省、市、縣已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化播出的地區(qū)，于2020 年6 月1 日至2021 年3 月31 日，關(guān)停該頻段地面模擬或數(shù)字電視節(jié)目，各地廣電均積極開(kāi)展700MHz清頻工作[2]。

2017 年以來(lái)，工信部為5G 規(guī)劃了3000-5000MHz 的5G 中頻段頻譜資源，同時(shí)，工信部已著手研究5G 高頻段毫米波的規(guī)劃。將700MHz 頻段規(guī)劃用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，為中國(guó)5G 發(fā)展提供了寶貴的低頻段頻譜資源，將有利推動(dòng)5G 高、中、低頻段協(xié)同發(fā)展。

2、700M無(wú)線頻譜特性

眾所周知，無(wú)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(yuǎn)，而且繞射能力越強(qiáng)，建筑物室內(nèi)覆蓋效果越好。700MHz 頻段相比5G 中高頻段(如中頻 2.6 GHz 或高頻毫米波)，具有穿透力強(qiáng)，覆蓋范圍廣，傳輸損耗低等優(yōu)良特性，適合大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且FDD 相比TDD(時(shí)分雙工模式)具有時(shí)延低，可增強(qiáng)上行，打造高低頻立體網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。此外700MHz 受國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)支持，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，將為運(yùn)營(yíng)商降低建網(wǎng)成本。下面分別介紹700MHz 頻譜優(yōu)劣勢(shì)。

2.1 700MHz頻譜的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 覆蓋范圍廣，實(shí)現(xiàn)室外連續(xù)覆蓋

700MHz 是5G 低頻頻譜，具有覆蓋范圍廣的優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)村及郊區(qū)環(huán)境下，700MHz 覆蓋半徑是2.6G 的2 倍，是3.5G 低頻段的2.3 倍，是4.9G 的近3倍，如表3，是毫米波的16 倍。覆蓋面積是2.6G 的4-5 倍，4.9G 近10 倍，是毫米波的240 倍。高頻毫米波路徑損耗大，接近視距傳輸，容易被身體、墻體、植被、雨滴阻擋，覆蓋范圍僅為100-300 米，與700MHz 的覆蓋范圍相差甚遠(yuǎn)。

目前移動(dòng)在全國(guó)建設(shè)了315 萬(wàn)個(gè)4G 基站，覆蓋全國(guó)，但如果用700MHz，據(jù)測(cè)算，只需要建設(shè) 50-60 萬(wàn)個(gè)基站就可覆蓋全國(guó)。使用700M 作為在農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以大大縮減建站，運(yùn)維，電力損耗成本。見(jiàn)下表是按700M 邊緣速率下行20M ,上行5M;2.6G /3.5G /4.9G 邊緣速率下行50M，上行5M 計(jì)算的結(jié)果對(duì)比。

表3 頻譜覆蓋半徑對(duì)比

2.1.2 傳播損耗低，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)深度覆蓋

相比5G 2.6GHz 頻段，700MHz 傳播損耗低，繞射能力和室內(nèi)覆蓋力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)普通樓宇的深度覆蓋。700M 比毫米波傳播損耗低33.8dB ,比2.6G 傳播損耗低15.4dB，比2.1G 傳播損耗低13dB(如圖1)。墻體穿透損耗上，700M 比2.6G 損耗低 6dB(見(jiàn)圖1)，比3.5G 低9dB，深度覆蓋能力提升17dB。而毫米波連一張紙都無(wú)法穿透。在室外環(huán)境下，700MHz 系統(tǒng)的平均信號(hào)強(qiáng)度比2.6GHz 系統(tǒng)強(qiáng)約20dB，比1800MHz 平均信號(hào)強(qiáng)12dB。

在光纖難以到達(dá)的地區(qū)， 700MHz 可以充分發(fā)揮廣覆蓋和室內(nèi)覆蓋優(yōu)勢(shì)，通過(guò)客戶前置設(shè)備(CPE方式)代替光纖接入，打通偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò) “最后一公里”。

2.1.3 空口時(shí)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(shí)分雙工TDD 模式，F(xiàn)DD 模式天然具有上下行網(wǎng)絡(luò)延遲低的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)測(cè)試，700MHz 單向空口時(shí)延為2-4ms，僅為中頻段網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的30% - 60% (如圖2)。而毫米波因?yàn)轭l點(diǎn)高，并采用大規(guī)模天線陣列技術(shù)，空口時(shí)延僅為0.25ms - 0.125ms。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)延降低，將明顯提升視頻類等業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)， 有助于實(shí)現(xiàn)5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等高可靠低時(shí)延(URLLC)業(yè)務(wù)。

2.1.4 多普勒頻偏小、移動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定性好

相比4G，5G 使用的中高頻段，**由于700MHz 波長(zhǎng)更長(zhǎng)，在移動(dòng)速度相同情況下，入射角相同則多普勒頻偏更小，高速移動(dòng)時(shí)的信號(hào)穩(wěn)定性更好。**例如在高鐵、高速公路等移動(dòng)場(chǎng)景下，700MHz 信號(hào)更加穩(wěn)定可靠。對(duì)比毫米波，毫米波波束窄，物體移動(dòng)很容易離開(kāi)波束區(qū)域，對(duì)于移動(dòng)物體的信號(hào)提供難度較大，需要有較強(qiáng)的追蹤能力和重連機(jī)制。

2.2. 700MHz頻譜的劣勢(shì)

相比5G中高頻，由于700MHz 頻點(diǎn)低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，一般采用4天線，無(wú)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(wǎng)絡(luò)容量是短板。

速率和容量低

相比2.6GHz 或毫米波，700MHz 峰值速率和平均吞吐量較低，如表4。**700MHz下行理論峰值速率為350Mbps，是2.6GHz(64天線)峰值速率的1/5，是毫米波峰值速率的1/11，**其中毫米波峰值速率取值4Gbps;蜂窩小區(qū)平均用戶吞吐量，下行100 -120Mbps，是2.6GHz 網(wǎng)絡(luò)容量的1/12，上行60Mbps，是2.6GHz 網(wǎng)絡(luò)容量的1/6。700MHz 的峰值速率和網(wǎng)絡(luò)容量有限。

表4 各頻段理論上下行峰值速率

針對(duì)700M 的關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)方案、應(yīng)用場(chǎng)景、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀、未來(lái)趨勢(shì)等深入討論，講繼續(xù)分析和分享。

【本文為51CTO專欄作者“移動(dòng)Labs”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】

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