《現代通信網絡技術叢書 5G NR標準：下一代無線通信技術》——3 5G頻譜

第3章

5G頻譜

3.1　移動系統的頻譜

第一代和第二代移動業務的頻段分配在800～900MHz，但也有少數在更低或更高頻率的頻段。當3G（IMT-2000）開始部署時，主要使用2GHz頻段，隨著3G和4G的IMT業務不斷發展，新的更低和更高頻段也被采用，目前已橫跨450MHz～6GHz的范圍。雖然對每一代新的移動通信都會定義新的、以前未采用的頻段，但用于前幾代移動通信的舊的頻段也會被用于新的一代。3G和4G引入時是如此，5G也是如此。

不同頻率的頻段特點不同。較低頻率的頻段，其傳播特性適合城市、郊區和鄉村環境的廣域覆蓋部署場景。高頻的傳播特性使它較難用于廣域覆蓋，并且正是出于這個原因，高頻頻帶更多是用于在密集部署場景中增加容量。

隨著5G的引入，更具挑戰的eMBB使用場景和相關的新業務在密集部署場景中需要更高的數據速率和更大的容量。許多早期的5G部署將會使用前幾代移動通信的頻段，而24GHz以上的頻段被視為對6GHz以下頻段的補充。出于5G對極高數據速率和局部地區超高流量的要求，更高頻段甚至高于60GHz的頻段在部署時也會考慮。鑒于它們的波長，這些頻段通常稱為毫米波頻段。

3GPP一直在定義新的頻段，主要是為LTE規范服務，但現在也要為新的NR標準做定義。許多新頻段是專為NR定義的。NR標準對于上下行鏈路隔離的對稱頻段，以及上下行鏈路共享單個頻段的非對稱頻段都有定義。對稱頻段用于頻分雙工（Frequency Division Duplex，FDD），而非對稱頻段用于時分雙工（Time Division Duplex，TDD）。NR的雙工方式在第7章中有進一步描述。請注意，一些非對稱頻段被定義為補充下行鏈路（Supplementary Downlink，SDL）頻段或補充上行鏈路（Supplementary Uplink，SUL）頻段。這些頻段通過載波聚合與其他頻段的上下行鏈路配對，如7.6節所述。

3.1.1　ITU-R為IMT系統定義的頻譜

ITU-R規定供移動業務使用的頻段，特別是用于IMT的頻段。其中許多頻段最初是分配給IMT-2000（3G）的，新的頻段則是隨著IMT-Advanced（4G）引入隨后增加的。事實上，這些規定對于具體技術和哪一代而言是“中性”的，因為所做的規定都是針對IMT總體，無關哪一代或者哪種無線接口技術。ITU-R針對不同業務和應用進行全球頻譜指派的工作，結果體現在國際電聯無線電監管[48]中。全球IMT頻段的使用在ITU-R M.1036建議書[46]中描述。

國際電聯無線電監管[48]的頻率列表中沒有直接列出IMT使用的頻段，而是列出為移動業務分配的頻段，然后在腳注里說明該頻段可供希望部署IMT的管理部門使用。規定主要是按區域劃分，但在某些情況下也按國家和地區進行。所有腳注僅提及IMT，因此沒有具體提及是哪一代的IMT。一旦ITU-R分配了一個頻段，區域的或者地方的主管部門應該據此為所有的或者特定的某一代IMT技術定義一個頻段。在許多情況下，區域的或者地方的管理部門是“技術中立”的，即他們允許頻段用于任何類型的IMT技術。這意味著所有現有的IMT頻段都是IMT-2020（5G）的潛在頻段，正如這些頻段已用于之前的幾代IMT系統。

世界無線電管理大會WARC-92確定了頻段1885～2025和2110～2200MHz可用于IMT-2000。在這230MHz的3G頻譜中，MHz用于IMT-2000的衛星部分，其余用于陸地部分。這一頻譜中的部分頻段在20世紀90年代用于部署2G蜂窩系統，特別是在美洲。2001～2002年日本和歐洲3G的首次部署是在這個頻段中完成的，因此它通常被稱為IMT-2000“核心頻段”。

考慮到ITU-R的預測，即IMT-2000還需要160MHz頻譜，世界無線電通信大會WRC-2000 為IMT-2000確定了附加頻譜。它包括之前用于2G移動系統的806～960和1710～1885MHz頻段，以及2500～2690MHz的“新”的3G頻譜。對之前分配給2G的頻段的重新指派也表明了對現有2G移動系統向3G演進的認可。WRC07確定了IMT的附加頻譜，包括IMT-2000和IMT-Advanced。增加的頻段為450～470、698～806、2300～2400以及3400～3600MHz，但頻段具體的適用性因地區和國家而異。WRC12沒有為IMT確定額外的頻譜劃分，但該議題列入了WRC15的議程。WRC12還決定需要研究694～790MHz頻段在1區（歐洲、中東和非洲）的移動業務中的使用。

WRC15是一個重要的里程碑，它為5G奠定了基礎。首先它為IMT確定了一組新的頻段，其中許多頻段在全球范圍或幾乎是全球范圍被確定為IMT所用：

470～694/698MHz（600MHz頻段）：確定在美洲和亞太的一些國家使用。對于1

區，它被列為WRC-23的IMT新議程，即將在WRC-23上討論。

694～790MHz（700MHz頻段）：此頻段確定用于1區，因而成為全球IMT頻段。

1427～1518MHz（L波段）：為所有國家和地區確定的新的全球波段。

3300～3400MHz：為許多國家和地區確定的全球頻段，歐洲和北美除外。

3400～3600MHz（C波段）：為所有國家和地區的全球頻段。之前已經在歐洲使用。

3600～3700MHz（C波段）：為許多國家確定的全球波段，但非洲和亞太地區的一些國家除外。在歐洲自WRC07開始已經在使用。

4800～4990MHz：為亞太地區少數幾個國家確定的新頻段。

特別是3300～4990MHz的頻率范圍，對于5G很有意義，因為它是更高頻段中的新頻譜。這意味著它非常適合需要高數據速率的新的應用場景，并且也適用于大規模MIMO的實現，因為含有多個單元的天線陣列在這類頻段上的實際尺寸可以設計得很合理。由于這一頻率范圍是目前尚未廣泛應用于移動系統的新頻譜，因此在此頻譜中分配較大的頻譜塊將會更加容易，從而提供更寬的射頻載波并最終達到更高的終端用戶數據速率。

WRC15關于IMT的第二個主要成果是為下一屆WRC確立的新議程項（即1.13項），即確定5G移動業務在24GHz以上的高頻頻段。ITU-R將對這些頻段進行研究，并考慮在WRC19上為IMT做規定。這些頻段的主要目的就是部署IMT-2020。今天，大多數要研究的頻段已經優先劃分給移動業務，同時也包括固定和衛星業務。它們包含以下頻段范圍：

24.25～27.5GHz；

37～40.5GHz；

42.5～43.5GHz；

45.5～47GHz；

47.2～50.2GHz；

50.4～52.6GHz；

66～76GHz；

81～86GHz。

還存在一些有待研究的頻段，目前還沒有成為IMT移動業務可使用的首要資源，或者說移動業務還沒有成為這些頻段的首要分配對象：

31.8～33.4GHz；

40.5～42.5GHz；

47～47.2GHz。

完整的頻段集如圖3-1所示。

圖3-1　ITU-R TG 5/I研究的IMT新頻段

ITU-R成立了一個特別任務組（TG 5/1）對新頻段進行共用和兼容性研究，并為WRC19議程項1.13準備輸入文稿。該任務組將根據研究結果，澄清頻譜需求、技術和運營特性，包括對在所研究頻段內或附近分配的現有業務的保護準則。研究的輸入需要IMT-2020的技術和運營特性。NR的特性由3GPP提供并已經在2017年1月的標準化早期階段提供。

值得注意的是，還有大量其他頻段被確定為移動業務所用，但并非專門針對IMT。這些頻段通常也用于某些地區或國家的IMT系統。在WRC15上有把27.5～29.5GHz用于IMT的研究興趣，但最終未被納入5G/IMT-2020頻段的研究中。不過，至少美國和韓國有在該頻段推出5G移動服務的計劃。還有提議對20GHz以下的頻段用于5G/IMT-2020進行研究，但最終未被包括進去。除了ITU-R所研究的頻段，預計6～20GHz范圍內的若干頻段也將被用于移動業務，包括IMT的移動業務。比如FCC在調研5925～7125MHz頻段的新用途，包括用于下一代無線寬帶業務。

地區之間對分配給IMT的頻段的使用各有不同，這意味著沒有一個單獨的頻段可用于全球***。不過，各地區經過大量努力已定義了可用于全球***的最小頻段集。通過這種方式，多頻段終端可以提供有效的全球***能力。由于WRC15確定的許多新頻段是全球性的或近乎全球性的，因此，終端只要支持較少的頻段就可以實現全球***，這還有助于擴大設備和部署的規模效益。

網絡 5G

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