『这个知识不太冷』带宽的重要意义：5G频谱
有没有试过，曾经感受不深的课文诗句，某一天和你的现实际遇重叠？有没有试过，工作中的棘手难题，被一闪而过的小抄知识解答了疑惑？其实，那些背过的课文和知识并没有忘却，只是藏在脑海中等待重新被发现的那一天…… 『这个知识不太冷』系列，旨在帮助小伙伴们唤醒知识的记忆，将挑选一部分qorvo划重点的知识点，结合产业现状解读，以此温故知新、查漏补缺。第一期我们先聊一聊5g频谱！ 所谓 “频谱”，是指特定类型的无线通信所在的射频范围。不同的无线技术使用不同的频谱，因此互不干扰。由于一项技术的频谱是有限的，因此频谱空间存在大量竞争，并且人们也在不断开发和增强全新的、高效率的频谱使用方式。 本文将介绍5g通信使用的第3代合作伙伴计划组织（3gpp）全球频谱。
介绍5g 3gpp全球频谱 频带的带宽越多，接收数据的量越大、速度越快。带宽越多，下载大文件的用时越少。因此，移动网络运营商和监管机构正在尽一切可能，重构、获取或共享频谱资源。
所谓“频谱重构”，是一种将一个现有应用所使用的频谱转移到新应用的方法（例如：2010年，移动网络运营商将2g应用使用的频谱直接转移到4g lte应用）。
在释放频谱资源上，尽管监管机构已有长足进步，但仍需采取其他措施。为适应5g通信的众多用例和性能需求，必须在所有频率范围都提供频谱资源。另外，承运商为支持5g需要增加容量，由于带宽是提高数据率的关键，因此运营商必须取得更多宽带。
3gpp为全球各个地区分配国际移动电信（imt）频带。3gpp是一个由移动系统制造商组成的集体性项目合作伙伴组织。过去几年，3gpp通过重构和清理数字电视等现有服务，稳步增加新的时分双工（tdd）和频分双工（fdd）3g和4g频带。
甚至在5g到来之前，4g lte就已在许多方面完善了频谱效率。随着高位调制技术的进步，例如：64和256正交波幅调制技术（qam），以及多入多出（mimo）和波束赋形技术的推出，每秒峰值数据率被推升至2吉比特。另外，lte载波聚合技术也为移动网络运营商新增一个提高带宽的选项，即：将多个20mhz带宽的频率载波合并，提供最高140mhz的可用频谱。在美国，当非特许laa和cbrs频谱与7分量载波（cc）聚合时，可实现140mhz的聚合带宽。5g更进一步，允许进一步加大分量载波带宽。在7ghz以下的fr1频段，能够实现100mhz带宽；对于fr2频段毫米波，则可实现400mhz的带宽。如果个体移动网络运营商拥有足够的频谱许可证，5g在fr2频段能够聚合达到800mhz的带宽。
5g频谱目前划分为两个频段：
» 7ghz以下频段（fr1）
» 毫米波频段（fr2）
图3-1所示为世界各国被分配的7ghz以下频谱。
图3-1：全球5g 7ghz以下频带使用情况，蓝色为特许频谱，灰色为非特许/共享频谱
在6ghz以上，更容易在毫米波频带找到100mhz或以上的连续带宽。这种带宽通常集中在24ghz、28ghz、39ghz直至80ghz ，5g允许的fr2信道带宽最高可达400mhz。
图3-2所示为全球现有毫米波频带的可用情况。虽然6ghz以上的频谱资源更多，但这些频率的传播条件更为复杂，往往需要基站与设备之间满足视距条件。另外，毫米波还需要高度方向性波束赋形和大规模mimo天线，以便实时跟踪用户。 图3-2：全球5g毫米波频带使用情况，蓝色为特许频谱
认识频谱 5g的部署将是在当前频谱资产基础上的演进。根据频带的不同，技术性能也不同。对某些用例而言，有些频带会比其他频带更适合。
您可以主要通过两种方式来考虑5g：频带的分配和频带的特许（无论是非特许频带、特许频带，还是共享频带）。
01 5g频带 5g频带分为三个明确类别：
» 低频：410mhz至1ghz。
• 容量有限，但覆盖面积大，室内穿透率强。
• 峰值数据率最高约为200mbps。» 中频：1ghz至7ghz。
• 适合城镇部署，增加容量。
• 峰值数据率最高约为2gbps。» 高频：24ghz至100ghz（毫米波）。
• 覆盖面积有限，但可能达到极高容量。
• 峰值数据率最高约为10gbps。
随着运营商和原始设备制造商不断完善毫米波技术，7ghz以下频率技术将在不久的将来成为首选5g网络技术。7ghz以下频率技术能够长距离递送高数据率，因此不仅适合农村地区，也适合城镇地区。
图3-3：lte-advanced pro与5g nr生态系统
毫米波等高频率频带最适合增强型移动宽带（embb）所需的短距离、低延时、超高容量传输。不过，我们在上文提到，这些高频率频带传输距离短，更容易因为天气或物体原因而产生信号损耗，并且室内穿透率有限。这种毫米波蜂窝站网络设计就像4g的小型蜂窝，因为二者拥有相似的频率范围和覆盖率。
中频频谱平衡了多项能力，在城镇和郊区环境下能够补充毫米波。中频频谱的传输距离更远、传播特性更好， 因此除了人口稠密地区，中频频谱还能在其他地区提供5g。另外，中频部署还有一个优势：运营商能够将中频能力添加到现有的4g蜂窝站区域，从而减少了在建筑物顶部或周 边购买或租用空间产生的额外支出。
2ghz以下的低频提供优秀的覆盖率和移动性。对于低频用户，可以使用载波聚合技术扩大带宽。低频非常适合互动通信和大规模机械类通信 （mmtc）。低频频谱也很适合室内穿透。
02 频谱特许 下面，我们来看以下三种频谱分配方法：
» 非特许频谱：lte-u、laa、elaa、wi-fi、蓝牙、c-v2x、dsrc、cbrs
» 特许频谱：拍卖的已清理频谱
» 共享频谱：需要授权才能共享接入的频谱
可用的非特许频谱数量很大，远超特许频谱。目前，非特许频谱主要被用于wi-fi、点对点通信、传送或回传、读表及自动化。另外，国际上的非特许频谱还被预留给工业、科学和医疗应用。全世界的特许频谱都由原产国进行管理和管制；例如，美国联邦通信委员会（fcc）管理着美国的频谱。
非特许频谱的频带通常是共享频带。但是，为确保共享秩序，非特许频谱的使用存在一定限制。所有非特许频谱的用户都必须遵守相关规范，这些规范限制了允许的传输功率、辐射方向图、工作周期及接入程序，并确保在服务全体用户的同时减少干扰。共享5ghz非特许频带的laa和wi-fi就是其中一个例子。
03 动态频谱共享 频谱共享是向5g sa迁移过程中的一个重要组成部分。动态频谱共享技术是促使移动网络运营商快速启用5g的“催化剂”。有了动态频谱共享技术，承运商能够在当前4g lte使用的频带内启用5g。动态频谱技术让现有的lte运营商能够同时运营5g nr和lte。有了动态频谱共享技术，运营商不必为4g lte或5g分割频谱，而是可以在这两种技术之间共享频谱。这让运营商能够智能化地、灵活地、快速地在现有4g网络范围内推出和增加5g。动态频谱共享技术让5g和4g lte能够同时在同一频带运行，它是一项改变游戏规则的技术。
下一期 “这个知识不太冷” *5g nr及其射频前端核心技术有哪些要点？
原文标题：『这个知识不太冷』带宽的重要意义：5g频谱
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在释放频谱资源上，尽管监管机构已有长足进步，但仍需采取其他措施。为适应5g通信的众多用例和性能需求，必须在所有频率范围都提供频谱资源。另外，承运商为支持5g需要增加容量，由于带宽是提高数据率的关键，因此运营商必须取得更多宽带。
3gpp为全球各个地区分配国际移动电信（imt）频带。3gpp是一个由移动系统制造商组成的集体性项目合作伙伴组织。过去几年，3gpp通过重构和清理数字电视等现有服务，稳步增加新的时分双工（tdd）和频分双工（fdd）3g和4g频带。
甚至在5g到来之前，4g lte就已在许多方面完善了频谱效率。随着高位调制技术的进步，例如：64和256正交波幅调制技术（qam），以及多入多出（mimo）和波束赋形技术的推出，每秒峰值数据率被推升至2吉比特。另外，lte载波聚合技术也为移动网络运营商新增一个提高带宽的选项，即：将多个20mhz带宽的频率载波合并，提供最高140mhz的可用频谱。在美国，当非特许laa和cbrs频谱与7分量载波（cc）聚合时，可实现140mhz的聚合带宽。5g更进一步，允许进一步加大分量载波带宽。在7ghz以下的fr1频段，能够实现100mhz带宽；对于fr2频段毫米波，则可实现400mhz的带宽。如果个体移动网络运营商拥有足够的频谱许可证，5g在fr2频段能够聚合达到800mhz的带宽。
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» 毫米波频段（fr2）
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图3-1：全球5g 7ghz以下频带使用情况，蓝色为特许频谱，灰色为非特许/共享频谱
在6ghz以上，更容易在毫米波频带找到100mhz或以上的连续带宽。这种带宽通常集中在24ghz、28ghz、39ghz直至80ghz ，5g允许的fr2信道带宽最高可达400mhz。
图3-2所示为全球现有毫米波频带的可用情况。虽然6ghz以上的频谱资源更多，但这些频率的传播条件更为复杂，往往需要基站与设备之间满足视距条件。另外，毫米波还需要高度方向性波束赋形和大规模mimo天线，以便实时跟踪用户。 图3-2：全球5g毫米波频带使用情况，蓝色为特许频谱
认识频谱 5g的部署将是在当前频谱资产基础上的演进。根据频带的不同，技术性能也不同。对某些用例而言，有些频带会比其他频带更适合。
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