5g通过电磁频谱来无线传输信息,特别是无线电频谱,包括广播、蓝牙、wifi等通信技术都会使用到。为了避免不同种类系统间互相重叠干扰,不同的通信系统使用的频率范围(带域)都不相同。
频谱资源是移动通信发展的核心资源,在5g时代,不起眼的频谱却决定着5g网络的连接速度、穿透力、覆盖范围等重要特性。
目前,在世界各国5g网络还处于早期试验阶段。美国、韩国都已有运营商率先宣布实现5g商用,但用户们的实测效果却大多不太如意:网速峰值不及预期、进了建筑就没信号……众多缺点引发了媒体吐槽。
5g网络不行,究竟是谁的锅?这倒也不能全怪运营商们太过心急而匆匆推出,关键问题还是在于所使用的频段——信号衰耗大、易受阻挡、覆盖距离短,是试验中所使用的毫米波的天然缺点。
频谱的定义
无线电波频率范围从3000赫兹(khz)到300千兆赫(ghz)。频谱是一个频率范围,也称为波段,它有特定的名称划分。
无线电波段划分的一些例子包括极低频(elf)、超低频(ulf)、低频(lf)、中频(mf)、超高频(uhf)和极高频(ehf)。
无线电频谱的一部分从30 ghz到300 ghz (ehf波段的一部分)之间的高频范围,通常称为毫米波段(因为其波长范围为1-10毫米)。因此,这个波段内和周围的波长称为毫米波(mmw)。
mmwave是5g的一种流行选择,但在射电天文学、电信和雷达炮等领域也有应用。
5g无线电频谱的另一部分是超高频(uhf),它的频谱比极高频(ehf)低。
uhf频段的频率范围为300 mhz到3 ghz,应用范围从电视广播、gps到wi-fi、无线电话和蓝牙都会用到。
频率在1 ghz及以上的也称为微波,频率在1-6 ghz之间的通常被称为“sub-6 ghz”频谱的一部分。
频率决定了你的网速和能否收到信号
所有的无线电波都以光速传播,但不同波长会直接影响传输的速度和距离。
较高的频率意味着较快的传播速度和较短的传播距离,较低的频率则意味着较慢的速度和较远的距离。
波长与频率成反比,例如更高的频率波长较短。30赫兹(低频)的波长为10,000公里,而300 ghz(高频)的波长仅为1毫米。
当波长非常短时(例如频谱中的高段频率),波形非常小,很容易失真。这就是为什么高频率不能像低频率一样传播得那么远。
速度是另一个因素。带宽是由信号的最高和最低频率之差来测量的。
当在无线电频谱上选择更高的波段时,频率的范围会更大,因此吞吐量会增加(即你会得到更快的下载速度)。
不存在特定的“5g频谱”
由于5g手机使用的频率决定了速度和距离,所以对于服务提供商(如verizon或at&t)来说,使用一个合适的频率和频谱非常重要。
例如,毫米波属于高频段,它具有能够携带大量数据的优点。然而,更高波段的无线电波也更容易被空气、树木和附近建筑物中的气体吸收。
因此,毫米波在网络基础设施十分密集时是很有利的,但在长距离传输数据时就不那么有用了(由于随距离而衰减)。
由于这些原因,并不存在特定的“5g频谱”——运营商们可以使用频谱的不同部分。5g网络运营商希望能够拥有最大的传播距离,最少的问题,并获得尽可能多的吞吐量。
克服毫米波限制的一种方法是使波段多样化并使用较低的波段。
比如,600 mhz的频率带宽较低,但不容易被影响(如被空气中的水分影响),它不会像毫米波一样那么快消散,能够到达5g手机或更远的其它设备终端,同时还能更好地穿透墙壁,提供室内网络信号。
相比之下,30 khz到300 khz范围内的低频(lf)传输对于长距离通信来说是很好的,因为它们的衰减很低,因此不需要像高频那样频繁地需要增强。它们被用于调频广播。
移动网络服务提供商可能会在需要更多数据的地区使用更高的5g频率,比如在一个人口繁密的城市,那里将会有很多设备接入网络。
然而,低频段频率对于向一些基站稀少、地形不平整、障碍物多的地区提供5g网络来说是有用的。
以下是其他可能会用于5g的频段(称为多层频谱):
c波段:覆盖范围和容量为2-6 ghz。
超级数据层:超过6 ghz(例如,24-29 ghz和37-43 ghz)的高带宽区域。
覆盖区:低于2 ghz(如700 mhz)以便为室内和更广泛的覆盖区域提供信号。
c波段传统意义上指的是频率为4.0-8.0ghz的一段频带,大体范围不变,但具体频段因国而异。美国的c波段为3.6-4.2ghz频段,与毫米波相比,c波段覆盖范围大,信号穿透力更强,无论在基站建设上还是在网络质量上都具有明显优势。
但由于3.7-4.2ghz过去一直是卫星通讯的下行频段,目前美国的c波段掌握在几家卫星通讯公司手中。而fcc在频谱分配方面遵循市场化原则,通过公开拍卖分配频段,已分配的频段通常不能强制收回,这也使得各方围绕c波段产生了纠纷。
运营商所使用的5g频段
目前,美国、韩国、英国等国家已完成首期频谱拍卖工作。
美国运营商5g频谱使用情况:
t-mobile:t-mobile计划使用低频段(600 mhz)和中频段。
verizon:verizon的5g超宽带网络(5g ultra wideband )使用毫米波,特别是28 ghz和39 ghz。
at&t: at&t的部署策略是在密集地区使用毫米波频谱,在农村和郊区使用中低频谱。
sprint: sprint声称拥有比美国任何其他运营商都多的频谱,有三个频段:800 mhz、1.9 ghz和2.5 ghz。
在美国,5g频段必须通过拍卖等方式出售或授权给运营商,才能让某个公司使用特定频段。
国际电信联盟(itu)监管着全球无线电频谱的使用,而国内的频谱使用则由不同的监管机构控制,比如美国的美国联邦通讯委员会(fcc)。
中国的5g试验频谱也已经划定,其中中国电信获得3400mhz-3500mhz共100mhz带宽的5g试验频率资源,中国联通获得3500mhz-3600mhz共100mhz带宽的5g试验频率资源。
中国移动获得2515mhz-2675mhz、4800mhz-4900mhz频段的5g试验频率资源,其中2515-2575mhz、2635-2675mhz和4800-4900mhz频段为新增频段,2575-2635mhz频段为重耕中国移动现有的td-lte(4g)频段。
通信行业首席分析师武超则表示,中国电信和中国联通获得全球相对主流的5g频段,3.5ghz中各100mhz,产业链较为成熟。把最容易建网的频段分给了相对体量比较小的电信和联通,然后把相对难做的2.6ghz和4.9ghz分给中国移动,主要是出于产业拉动的考量。
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