5G通過電磁頻譜來無線傳輸信息,特別是無線電頻譜,包括廣播、藍(lán)牙、WiFi等通信技術(shù)都會使用到。為了避免不同種類系統(tǒng)間互相重疊干擾,不同的通信系統(tǒng)使用的頻率范圍(帶域)都不相同。
頻譜資源是移動通信發(fā)展的核心資源,在5G時代,不起眼的頻譜卻決定著5G網(wǎng)絡(luò)的連接速度、穿透力、覆蓋范圍等重要特性。
目前,在世界各國5G網(wǎng)絡(luò)還處于早期試驗階段。美國、韓國都已有運營商率先宣布實現(xiàn)5G商用,但用戶們的實測效果卻大多不太如意:網(wǎng)速峰值不及預(yù)期、進(jìn)了建筑就沒信號……眾多缺點引發(fā)了媒體吐槽。
5G網(wǎng)絡(luò)不行,究竟是誰的鍋?這倒也不能全怪運營商們太過心急而匆匆推出,關(guān)鍵問題還是在于所使用的頻段——信號衰耗大、易受阻擋、覆蓋距離短,是試驗中所使用的毫米波的天然缺點。
頻譜的定義無線電波頻率范圍從3000赫茲(kHz)到300千兆赫(GHz)。頻譜是一個頻率范圍,也稱為波段,它有特定的名稱劃分。
無線電波段劃分的一些例子包括極低頻(ELF)、超低頻(ULF)、低頻(LF)、中頻(MF)、超高頻(UHF)和極高頻(EHF)。
無線電頻譜的一部分從30 GHz到300 GHz (EHF波段的一部分)之間的高頻范圍,通常稱為毫米波段(因為其波長范圍為1-10毫米)。因此,這個波段內(nèi)和周圍的波長稱為毫米波(mmW)。
mmwave是5G的一種流行選擇,但在射電天文學(xué)、電信和雷達(dá)炮等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
5G無線電頻譜的另一部分是超高頻(UHF),它的頻譜比極高頻(EHF)低。
UHF頻段的頻率范圍為300 MHz到3 GHz,應(yīng)用范圍從電視廣播、GPS到Wi-Fi、無線電話和藍(lán)牙都會用到。
頻率在1 GHz及以上的也稱為微波,頻率在1-6 GHz之間的通常被稱為“sub-6 GHz”頻譜的一部分。
頻率決定了你的網(wǎng)速和能否收到信號所有的無線電波都以光速傳播,但不同波長會直接影響傳輸?shù)乃俣群途嚯x。
較高的頻率意味著較快的傳播速度和較短的傳播距離,較低的頻率則意味著較慢的速度和較遠(yuǎn)的距離。
波長與頻率成反比,例如更高的頻率波長較短。30赫茲(低頻)的波長為10,000公里,而300 GHz(高頻)的波長僅為1毫米。
當(dāng)波長非常短時(例如頻譜中的高段頻率),波形非常小,很容易失真。這就是為什么高頻率不能像低頻率一樣傳播得那么遠(yuǎn)。
速度是另一個因素。帶寬是由信號的最高和最低頻率之差來測量的。
當(dāng)在無線電頻譜上選擇更高的波段時,頻率的范圍會更大,因此吞吐量會增加(即你會得到更快的下載速度)。
不存在特定的“5G頻譜”由于5G手機(jī)使用的頻率決定了速度和距離,所以對于服務(wù)提供商(如Verizon或AT&T)來說,使用一個合適的頻率和頻譜非常重要。
例如,毫米波屬于高頻段,它具有能夠攜帶大量數(shù)據(jù)的優(yōu)點。然而,更高波段的無線電波也更容易被空氣、樹木和附近建筑物中的氣體吸收。
因此,毫米波在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施十分密集時是很有利的,但在長距離傳輸數(shù)據(jù)時就不那么有用了(由于隨距離而衰減)。
由于這些原因,并不存在特定的“5G頻譜”——運營商們可以使用頻譜的不同部分。5G網(wǎng)絡(luò)運營商希望能夠擁有最大的傳播距離,最少的問題,并獲得盡可能多的吞吐量。
克服毫米波限制的一種方法是使波段多樣化并使用較低的波段。
比如,600 MHz的頻率帶寬較低,但不容易被影響(如被空氣中的水分影響),它不會像毫米波一樣那么快消散,能夠到達(dá)5G手機(jī)或更遠(yuǎn)的其它設(shè)備終端,同時還能更好地穿透墻壁,提供室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號。
相比之下,30 kHz到300 kHz范圍內(nèi)的低頻(LF)傳輸對于長距離通信來說是很好的,因為它們的衰減很低,因此不需要像高頻那樣頻繁地需要增強(qiáng)。它們被用于調(diào)頻廣播。
移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商可能會在需要更多數(shù)據(jù)的地區(qū)使用更高的5G頻率,比如在一個人口繁密的城市,那里將會有很多設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。
然而,低頻段頻率對于向一些基站稀少、地形不平整、障礙物多的地區(qū)提供5G網(wǎng)絡(luò)來說是有用的。
以下是其他可能會用于5G的頻段(稱為多層頻譜):
C波段:覆蓋范圍和容量為2-6 GHz。
超級數(shù)據(jù)層:超過6 GHz(例如,24-29 GHz和37-43 GHz)的高帶寬區(qū)域。
覆蓋區(qū):低于2 GHz(如700 MHz)以便為室內(nèi)和更廣泛的覆蓋區(qū)域提供信號。
C波段傳統(tǒng)意義上指的是頻率為4.0-8.0GHz的一段頻帶,大體范圍不變,但具體頻段因國而異。美國的C波段為3.6-4.2GHZ頻段,與毫米波相比,C波段覆蓋范圍大,信號穿透力更強(qiáng),無論在基站建設(shè)上還是在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量上都具有明顯優(yōu)勢。
但由于3.7-4.2GHz過去一直是衛(wèi)星通訊的下行頻段,目前美國的C波段掌握在幾家衛(wèi)星通訊公司手中。而FCC在頻譜分配方面遵循市場化原則,通過公開拍賣分配頻段,已分配的頻段通常不能強(qiáng)制收回,這也使得各方圍繞C波段產(chǎn)生了糾紛。
運營商所使用的5G頻段目前,美國、韓國、英國等國家已完成首期頻譜拍賣工作。
美國運營商5G頻譜使用情況:
T-Mobile:T-Mobile計劃使用低頻段(600 MHz)和中頻段。
Verizon:Verizon的5G超寬帶網(wǎng)絡(luò)(5G Ultra Wideband )使用毫米波,特別是28 GHz和39 GHz。
AT&T: AT&T的部署策略是在密集地區(qū)使用毫米波頻譜,在農(nóng)村和郊區(qū)使用中低頻譜。
Sprint: Sprint聲稱擁有比美國任何其他運營商都多的頻譜,有三個頻段:800 MHz、1.9 GHz和2.5 GHz。
在美國,5G頻段必須通過拍賣等方式出售或授權(quán)給運營商,才能讓某個公司使用特定頻段。
國際電信聯(lián)盟(ITU)監(jiān)管著全球無線電頻譜的使用,而國內(nèi)的頻譜使用則由不同的監(jiān)管機(jī)構(gòu)控制,比如美國的美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)。
中國的5G試驗頻譜也已經(jīng)劃定,其中中國電信獲得3400MHz-3500MHz共100MHz帶寬的5G試驗頻率資源,中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz共100MHz帶寬的5G試驗頻率資源。
中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的5G試驗頻率資源,其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz頻段為新增頻段,2575-2635MHz頻段為重耕中國移動現(xiàn)有的TD-LTE(4G)頻段。
通信行業(yè)首席分析師武超則表示,中國電信和中國聯(lián)通獲得全球相對主流的5G頻段,3.5GHz中各100MHz,產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟。把最容易建網(wǎng)的頻段分給了相對體量比較小的電信和聯(lián)通,然后把相對難做的2.6GHz和4.9GHz分給中國移動,主要是出于產(chǎn)業(yè)拉動的考量。