《现代通信网络技术丛书 5G NR标准：下一代无线通信技术》——3 5G频谱

第3章

5G频谱

3.1　移动系统的频谱

第一代和第二代移动业务的频段分配在800～900MHz，但也有少数在更低或更高频率的频段。当3G（IMT-2000）开始部署时，主要使用2GHz频段，随着3G和4G的IMT业务不断发展，新的更低和更高频段也被采用，目前已横跨450MHz～6GHz的范围。虽然对每一代新的移动通信都会定义新的、以前未采用的频段，但用于前几代移动通信的旧的频段也会被用于新的一代。3G和4G引入时是如此，5G也是如此。

不同频率的频段特点不同。较低频率的频段，其传播特性适合城市、郊区和乡村环境的广域覆盖部署场景。高频的传播特性使它较难用于广域覆盖，并且正是出于这个原因，高频频带更多是用于在密集部署场景中增加容量。

随着5G的引入，更具挑战的eMBB使用场景和相关的新业务在密集部署场景中需要更高的数据速率和更大的容量。许多早期的5G部署将会使用前几代移动通信的频段，而24GHz以上的频段被视为对6GHz以下频段的补充。出于5G对极高数据速率和局部地区超高流量的要求，更高频段甚至高于60GHz的频段在部署时也会考虑。鉴于它们的波长，这些频段通常称为毫米波频段。

3GPP一直在定义新的频段，主要是为LTE规范服务，但现在也要为新的NR标准做定义。许多新频段是专为NR定义的。NR标准对于上下行链路隔离的对称频段，以及上下行链路共享单个频段的非对称频段都有定义。对称频段用于频分双工（Frequency Division Duplex，FDD），而非对称频段用于时分双工（Time Division Duplex，TDD）。NR的双工方式在第7章中有进一步描述。请注意，一些非对称频段被定义为补充下行链路（Supplementary Downlink，SDL）频段或补充上行链路（Supplementary Uplink，SUL）频段。这些频段通过载波聚合与其他频段的上下行链路配对，如7.6节所述。

3.1.1　ITU-R为IMT系统定义的频谱

ITU-R规定供移动业务使用的频段，特别是用于IMT的频段。其中许多频段最初是分配给IMT-2000（3G）的，新的频段则是随着IMT-Advanced（4G）引入随后增加的。事实上，这些规定对于具体技术和哪一代而言是“中性”的，因为所做的规定都是针对IMT总体，无关哪一代或者哪种无线接口技术。ITU-R针对不同业务和应用进行全球频谱指派的工作，结果体现在国际电联无线电监管[48]中。全球IMT频段的使用在ITU-R M.1036建议书[46]中描述。

国际电联无线电监管[48]的频率列表中没有直接列出IMT使用的频段，而是列出为移动业务分配的频段，然后在脚注里说明该频段可供希望部署IMT的管理部门使用。规定主要是按区域划分，但在某些情况下也按国家和地区进行。所有脚注仅提及IMT，因此没有具体提及是哪一代的IMT。一旦ITU-R分配了一个频段，区域的或者地方的主管部门应该据此为所有的或者特定的某一代IMT技术定义一个频段。在许多情况下，区域的或者地方的管理部门是“技术中立”的，即他们允许频段用于任何类型的IMT技术。这意味着所有现有的IMT频段都是IMT-2020（5G）的潜在频段，正如这些频段已用于之前的几代IMT系统。

世界无线电管理大会WARC-92确定了频段1885～2025和2110～2200MHz可用于IMT-2000。在这230MHz的3G频谱中，MHz用于IMT-2000的卫星部分，其余用于陆地部分。这一频谱中的部分频段在20世纪90年代用于部署2G蜂窝系统，特别是在美洲。2001～2002年日本和欧洲3G的首次部署是在这个频段中完成的，因此它通常被称为IMT-2000“核心频段”。

考虑到ITU-R的预测，即IMT-2000还需要160MHz频谱，世界无线电通信大会WRC-2000 为IMT-2000确定了附加频谱。它包括之前用于2G移动系统的806～960和1710～1885MHz频段，以及2500～2690MHz的“新”的3G频谱。对之前分配给2G的频段的重新指派也表明了对现有2G移动系统向3G演进的认可。WRC07确定了IMT的附加频谱，包括IMT-2000和IMT-Advanced。增加的频段为450～470、698～806、2300～2400以及3400～3600MHz，但频段具体的适用性因地区和国家而异。WRC12没有为IMT确定额外的频谱划分，但该议题列入了WRC15的议程。WRC12还决定需要研究694～790MHz频段在1区（欧洲、中东和非洲）的移动业务中的使用。

WRC15是一个重要的里程碑，它为5G奠定了基础。首先它为IMT确定了一组新的频段，其中许多频段在全球范围或几乎是全球范围被确定为IMT所用：

470～694/698MHz（600MHz频段）：确定在美洲和亚太的一些国家使用。对于1

区，它被列为WRC-23的IMT新议程，即将在WRC-23上讨论。

694～790MHz（700MHz频段）：此频段确定用于1区，因而成为全球IMT频段。

1427～1518MHz（L波段）：为所有国家和地区确定的新的全球波段。

3300～3400MHz：为许多国家和地区确定的全球频段，欧洲和北美除外。

3400～3600MHz（C波段）：为所有国家和地区的全球频段。之前已经在欧洲使用。

3600～3700MHz（C波段）：为许多国家确定的全球波段，但非洲和亚太地区的一些国家除外。在欧洲自WRC07开始已经在使用。

4800～4990MHz：为亚太地区少数几个国家确定的新频段。

特别是3300～4990MHz的频率范围，对于5G很有意义，因为它是更高频段中的新频谱。这意味着它非常适合需要高数据速率的新的应用场景，并且也适用于大规模MIMO的实现，因为含有多个单元的天线阵列在这类频段上的实际尺寸可以设计得很合理。由于这一频率范围是目前尚未广泛应用于移动系统的新频谱，因此在此频谱中分配较大的频谱块将会更加容易，从而提供更宽的射频载波并最终达到更高的终端用户数据速率。

WRC15关于IMT的第二个主要成果是为下一届WRC确立的新议程项（即1.13项），即确定5G移动业务在24GHz以上的高频频段。ITU-R将对这些频段进行研究，并考虑在WRC19上为IMT做规定。这些频段的主要目的就是部署IMT-2020。今天，大多数要研究的频段已经优先划分给移动业务，同时也包括固定和卫星业务。它们包含以下频段范围：

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。

还存在一些有待研究的频段，目前还没有成为IMT移动业务可使用的首要资源，或者说移动业务还没有成为这些频段的首要分配对象：

31.8～33.4GHz；

40.5～42.5GHz；

47～47.2GHz。

完整的频段集如图3-1所示。

图3-1　ITU-R TG 5/I研究的IMT新频段

ITU-R成立了一个特别任务组（TG 5/1）对新频段进行共用和兼容性研究，并为WRC19议程项1.13准备输入文稿。该任务组将根据研究结果，澄清频谱需求、技术和运营特性，包括对在所研究频段内或附近分配的现有业务的保护准则。研究的输入需要IMT-2020的技术和运营特性。NR的特性由3GPP提供并已经在2017年1月的标准化早期阶段提供。

值得注意的是，还有大量其他频段被确定为移动业务所用，但并非专门针对IMT。这些频段通常也用于某些地区或国家的IMT系统。在WRC15上有把27.5～29.5GHz用于IMT的研究兴趣，但最终未被纳入5G/IMT-2020频段的研究中。不过，至少美国和韩国有在该频段推出5G移动服务的计划。还有提议对20GHz以下的频段用于5G/IMT-2020进行研究，但最终未被包括进去。除了ITU-R所研究的频段，预计6～20GHz范围内的若干频段也将被用于移动业务，包括IMT的移动业务。比如FCC在调研5925～7125MHz频段的新用途，包括用于下一代无线宽带业务。

地区之间对分配给IMT的频段的使用各有不同，这意味着没有一个单独的频段可用于全球***。不过，各地区经过大量努力已定义了可用于全球***的最小频段集。通过这种方式，多频段终端可以提供有效的全球***能力。由于WRC15确定的许多新频段是全球性的或近乎全球性的，因此，终端只要支持较少的频段就可以实现全球***，这还有助于扩大设备和部署的规模效益。

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