大唐杯2——5G网络频谱划分和应用

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1. 概述

5G业务内容包括eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠低时延通信)和mMTC(海量机器类通信)。这三类业务分别要求用户体验速率大于1Gbps、时延小于1毫秒、每平方公里有100万个连接。这一切的实现有赖于丰富的频谱资源,所以在频谱资源的分配上5G比4G多了很多,也更加复杂。

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1.1 频率基本概念

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在无线电波速度不变的情况下,波长与频率成反比,即频率增大,波长变短,频率减小,波长增加。在4G和5G移动通信系统应用中,移动通信信号的波长一般在分米量级。例如:900MHz信号的波长为0.333米,1.8GHz信5号的波长为0.167米,2.6GHz信号的波长为0.115米。在5G移动通信系统中引入了毫米波的概念,毫米波是指波长在毫米量级。

2. 5G网络工作频带与带宽配置

5G频谱分为两个区域FR1和FR2,FR的含义是Frequency Range,即频率范围。基于3GPPR16版本规范,FR1和FR2表示的频率范围如下表所示,其中FR2称之为毫米波通信。FR命名及对应的频率范围如下表2-2所示:

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FDD,即频分双工,是指[上行链路](移动台到基站)和[下行链路](基站到移动台)
采用两个分开的频率(有一定频率间隔要求)工作,该模式工作在对称频带上。即上下行可以同时进行。
FDD适用于为每个用户提供单个无线频率信道的无线通信系统。

TDD, 即时分双工,是一种通信系统的双工方式,在移动通信系统中用于分离接收与传送信道。
上下行频率可以相同,但是不能同时进行。

SDL: Supplementary Downlink,又称为辅助下行。

SUL:Supplementary Uplink,又称为辅助上行。
也就是说,SDL和SUL频段只能做下行或者上行,因此不能独立工作,仅作为辅助频段,
这些频段的频率较低,覆盖性能较好,可用来弥补上下行覆盖的不足。

2.1 FR1和FR2对应的频段

image.png 上行频率比下行频率低:因为频率和波长呈反比,而且在无线信号传播过程中会出现衰落损耗。

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2.2 FR1和FR2信道带宽

FR1与FR2的信道带宽包含很多概念,分别是:

  • Maximum transmission bandwidth configuration,最大传输带宽配置,其是指:当SCS确定时,信道带宽可以配置的最大RB(resource block,资源块)的数量;
  • Minimum guardbandand transmission bandwidth configuration,针对不同的最大传输带宽设置的最小保护带宽。

5G信道带宽、传输带宽和保护带宽的关系:

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2.3 FR1和FR2信道带宽——最大传输带宽

FR1的最大传输带宽配置与SCS有关,在不同的信道带宽下,其可配置的最大RB数如下表所示。其中,SCS表示sub-carrierspace,子载波间隔;NRB表示RB的数量。FR1的最大传输带宽配置如下表所示:

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例:15x12x160 = 28800  一个rb有12个载波,载波间隔为15,相乘得到一个载波的范围,乘上160后小于30MHZ,差值即为保护带宽

FR2的最大传输带宽配置如下表所示: image.png 需要考虑保护带的存在,最小的保护间隔使载波间隔和传输带宽的关系没有呈倍数

2.4 FR1和FR2信道带宽——最小保护带宽

FR1的最小保护带宽配置与SCS有关,在不同的信道带宽下,其可配置的最小保护带宽如下表所示,单位:kHz。Nrb此时表示RB的最大数量。FR1针对不同的最大传输带宽设置的最小保护带宽如下表所示:

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最小保护带宽计算公式:

 (CHBW(带宽M)x 1000(kHz) - RB数x SCS x 12)/ 2 - ScS/2
 

FR2的最小保护带宽配置,需要注意当SSB的SCS为240 kHz时,此时的最小保护带宽计算需要考虑SSB的SCS。 image.png

2.5 FR1和FR2工作频带与信道带宽对应关系

FR1工作频带与信道带宽对应关系:

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FR2工作频带与信道带宽对应关系: image.png

3. 5G网络工作频带(国外)

目前,全球优先部署的5G频段为N77、N78、N79、N257、N258和N260,范围是3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHZ和笔米波频段26GHz/28GHz/39GHz。n78是全球主用频段,目前很多国家的5G试点均采用n78的3.5GHz频段。

5G使用的频谱简述如下:

  • 600MHz频段(470MHz ~ 694/698MHz),确定在美洲和亚太一些国家使用;
  • 70OMHz频段(694MHz ~ 790MHz),全球性使用的5G频段。
  • 1427MHz ~ 1518MHz频段: 为所有国家和地区确定的新的全球波段。
  • 330OMHz ~ 3400MHz频段: 为许多国家和地区确定的全球波段,欧洲和北美除外。
  • 3400MHz ~ 3600MHz频段: 为所有国家和地区确定的全球波段,欧洲、韩国已经使用,在中国,也分配给了中国电信和中国联通。
  • 3600MHz ~ 3700MHz频段: 为许多国家和地区确定的全球波段,但非洲和亚太一些国家除外。
  • 2496MHz ~ 2690MHz频段: 为许多国家和地区确定的全球波段,但许多国家已将这频段给LTE使用,在中国这一频段分配了160MHz给中国移动。
  • 4800MHz ~ 4990MHz频段: 为亚太地区少数几个国家确定的新频段,在中国分配了100MHz给中国移动。

FR2范围主要是高频,也就是我们通常说的毫米波,穿透能力较弱,但带宽十分充足,且没有什么干扰源,频谱干净,未来的应用也十分广泛。

4. 5G网络工作频带(国内)

4.1 国内三大运营商5G频谱划分

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  • 中国联通和中国电信获得3.5GHz的国际主流频段;中国移动获得2.6+4.9GHz组合频谱。

  • 具体频谱分配说明:

    2515MHz-2575MHz; 2635-2675MHz和4800MHz-490OMHz为新增频段;

    2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE(4G)频段。(原中国移动LTED频段频谱)

    毫米波段:  24GHz-53GHz,这个国内还没有开始测试。

  • 中国移动的5G频段(N41)与卫星导航系统的隔离度问题可能会导致中国移动的5G频段调整。

4.2 中国移动频谱划分及应用——900MHZ使用方案

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