700MHz頻段為何備受關(guān)注？

日前，中國廣電攜700MHz正式入局，成為了名副其實(shí)的第四家移動(dòng)運(yùn)營商。700MHz被稱作移動(dòng)通信的“黃金頻段”，在4G時(shí)代就曾引爆過很多話題，它到底因何備受關(guān)注呢？本文從標(biāo)準(zhǔn)、頻譜特點(diǎn)入手，簡要分析700MHz的背景、現(xiàn)狀以及優(yōu)劣勢，并介紹700MHz的關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)方案、應(yīng)用場景、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀、未來趨勢等。

700MHz的定義及標(biāo)準(zhǔn)

全球的無線電頻譜資源由國際電信聯(lián)盟（ITU）按照不同的無線電傳輸技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行分配。700MHz在電信領(lǐng)域，泛指介于700MHz～800MHz附近的無線電波頻譜資源。

700MHz位于特高頻UHF（300MHz～3000MHz）范圍內(nèi)，由于頻率低、覆蓋范圍廣、穿透力強(qiáng)，在全球最早被廣泛用于廣播電視業(yè)務(wù)。但隨著數(shù)字電視技術(shù)及無線通信技術(shù)發(fā)展，700MHz被重新規(guī)劃，用于頻譜資源更加缺乏的移動(dòng)通信服務(wù)。

ITU對700MHz的重新定義

2000年以后，數(shù)字地面廣播技術(shù)在歐洲成為主流，部分模擬電視信號(hào)頻段被空置，頻譜利用率較低。同時(shí)，移動(dòng)寬帶服務(wù)需求量伴隨智能手機(jī)的普及而快速增長，卻又缺乏足夠的頻譜支持。

2007年，ITU在世界無線電通信大會(huì)WRC-07上，決定將原有模擬信號(hào)使用的698MHz～806MHz頻段（通稱700MHz頻段），用于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。在2015年的WRC-15大會(huì)上，ITU明確提出釋放原廣播電視業(yè)務(wù)占用的700MHz部分頻譜資源，在歐洲、非洲、中東和中亞地區(qū)用于移動(dòng)通信服務(wù)。

3GPP對700MHz的標(biāo)準(zhǔn)定義

3GPP在Release15版本中，將5G無線（NR）頻譜定義為兩大頻譜范圍（簡稱FR），即FR1和FR2。FR1是指較低頻段450MHz～6GHz，也被稱為Sub6G；FR2是指較高頻段24.2GHz～52.6GHz，也就是毫米波的頻段。700MHz在FR1中被定義為n28頻段，上行703MHz～748MHz，下行758MHz～803MHz，采用頻分雙工FDD（Frequency-division Duplex）模式。

國外700MHz頻段發(fā)展情況

700MHz頻段因具有強(qiáng)穿透、廣覆蓋等優(yōu)良特性，被歐盟委員會(huì)認(rèn)為是可以覆蓋整個(gè)歐洲（包括農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)）的最優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)接入，同時(shí)還能促進(jìn)廣播電視高效利用無線電頻譜技術(shù)，被稱為“數(shù)字紅利”。

2015年歐盟委員會(huì)就釋放700MHz頻段用于移動(dòng)寬帶領(lǐng)域，在歐盟范圍內(nèi)發(fā)出公開征詢，得到60%以上機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。隨后在2016年，歐盟委員會(huì)明確批準(zhǔn)所有歐盟成員國將700MHz頻段用于移動(dòng)通信服務(wù)（尤其是5G業(yè)務(wù)），并要求在2020年前完成700MHz清頻。

2005年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（Federal Communication Commission，F(xiàn)CC）通過了數(shù)字電視轉(zhuǎn)換和公共安全法案，規(guī)定了美國在完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，釋放原用于電視頻道的700MHz頻譜資源，重新規(guī)劃用于商業(yè)業(yè)務(wù)（84MHz）及公共安全（24MHz）。2008年，F(xiàn)CC將84MHz頻段公開拍賣給了7家美國通信運(yùn)營商。

中國對5G及700MHz的新定位

在中國，700MHz頻段最早用于廣播電視系統(tǒng)。我國廣電頻譜原本由3段96MHz帶寬組成，分別是470MHz～566MHz、606MHz～702MHz、702MHz～798MHz?？紤]到全球700MHz頻段的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況以及國內(nèi)地面電視“模數(shù)轉(zhuǎn)換”進(jìn)展，2020年4月，工信部發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整700MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，旨在將700MHz（703MHz～743MHz/758MHz～798MHz頻段）原部分用于廣播電視業(yè)務(wù)的頻譜資源，重新規(guī)劃用于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)，并使用頻分雙工（FDD）工作方式。

隨后，廣電總局開展全國地面數(shù)字電視700MHz頻率清頻工作。

2017年以來，工信部為5G規(guī)劃了3000MHz～5000MHz的5G中頻段頻譜資源，同時(shí)，工信部已著手研究5G高頻段毫米波的規(guī)劃。將700MHz頻段規(guī)劃用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，為中國5G發(fā)展提供了寶貴的低頻段頻譜資源，此舉有利推動(dòng)5G高、中、低頻段協(xié)同發(fā)展。

700MHz無線頻譜特性

眾所周知，無線電波的物理特性是頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠(yuǎn)，而且繞射能力越強(qiáng)，建筑物室內(nèi)覆蓋效果越好。700MHz頻段相比5G中高頻段（如中頻2.6GHz及高頻毫米波），具有穿透力強(qiáng)、覆蓋范圍廣、傳輸損耗低等優(yōu)良特性，適合大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且FDD相比TDD（時(shí)分雙工模式）具有時(shí)延低、可增強(qiáng)上行、打造高低頻立體網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。此外700MHz受國際標(biāo)準(zhǔn)支持，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，將為運(yùn)營商降低建網(wǎng)成本。下面分別介紹700MHz頻譜的優(yōu)劣勢。

700MHz頻譜的優(yōu)勢

覆蓋范圍廣，實(shí)現(xiàn)室外連續(xù)覆蓋

700MHz是5G低頻頻譜，具有覆蓋范圍廣的優(yōu)勢。在農(nóng)村及郊區(qū)環(huán)境下，700MHz覆蓋半徑約是2.6GHz的2倍，約是3.5GHz的2.3倍，是4.9GHz的近3倍，是毫米波的16倍（如表1所示，按700MHz邊緣速率下行20Mbit/s、上行5Mbit/s，2.6GHz/3.5GHz/4.9GHz邊緣速率下行50Mbit/s、上行5Mbit/s計(jì)算的結(jié)果對比）。覆蓋面積是2.6GHz的4～5倍，4.9GHz的近9倍，是毫米波的250多倍。高頻毫米波路徑損耗大，接近視距傳輸，容易被人體、墻體、植被、雨滴等阻擋，覆蓋范圍僅為100～300米，與700MHz的覆蓋范圍相差甚遠(yuǎn)。

目前中國移動(dòng)在全國建設(shè)了315萬座4G基站，已覆蓋全國；但如果用700MHz頻段，據(jù)測算，只需要建設(shè)50萬～60萬座基站就可覆蓋全國。使用700MHz作為在農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以大大縮減建站、運(yùn)維、電力損耗成本。

表1 頻譜覆蓋半徑對比

傳播損耗低，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)深度覆蓋

相比同樣用于5G的2.6GHz頻段，700MHz傳播損耗低，繞射能力和室內(nèi)覆蓋力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)普通樓宇的深度覆蓋。700MHz比毫米波傳播損耗低33.8dB，比2.6GHz傳播損耗低15.4dB，比2.1GHz傳播損耗低12.9dB。墻體穿透損耗上，700MHz比2.6GHz損耗低6dB，比3.5GHz低9dB，深度覆蓋能力提升17dB。而毫米波甚至連一張紙都無法穿透。在室外環(huán)境下，700MHz系統(tǒng)的平均信號(hào)強(qiáng)度比2.6GHz系統(tǒng)強(qiáng)約20dB，比1800MHz平均信號(hào)強(qiáng)12dB。

在光纖難以到達(dá)的地區(qū)，700MHz可以充分發(fā)揮廣覆蓋和室內(nèi)覆蓋優(yōu)勢，通過客戶前置設(shè)備（CPE方式）代替光纖接入，打通偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”。

空口時(shí)延低

由于700MHz采用上下行雙通道的頻分FDD模式（由3GPP定義），而在中頻段均采用上下行單通道的時(shí)分雙工TDD模式，F(xiàn)DD模式天然具有上下行網(wǎng)絡(luò)延遲低的優(yōu)勢。根據(jù)測試，700MHz單向空口時(shí)延為2ms～4ms，僅為中頻段網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的30%～60%。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)延降低，將明顯提升視頻類業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)，有助于實(shí)現(xiàn)5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等高可靠、低時(shí)延（uRLLC）業(yè)務(wù)。

多普勒頻偏小、移動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定性好

相比4G，5G使用的中高頻段由于700MHz波長更長，在移動(dòng)速度相同的情況下，入射角相同則多普勒頻偏更小，高速移動(dòng)時(shí)的信號(hào)穩(wěn)定性更好。例如在高鐵、高速公路等移動(dòng)場景下，700MHz信號(hào)更加穩(wěn)定可靠。與毫米波對比，毫米波波束窄，物體移動(dòng)很容易離開波束區(qū)域，對于移動(dòng)物體的信號(hào)提供難度較大，需要有較強(qiáng)的追蹤能力和重連機(jī)制。

700MHz頻譜的劣勢

相比5G中高頻，由于700MHz頻點(diǎn)低，波長較長，一般采用4天線，無法支持Massive MIMO大陣列天線（64/128/256天線），相比5G中高頻段，上下行速率和網(wǎng)絡(luò)容量是短板。

相比2.6GHz或毫米波，700MHz峰值速率和平均吞吐量較低，如表2所示。700MHz下行理論峰值速率為350Mbit/s，約是2.6GHz（64天線）峰值速率的1/5，約是毫米波峰值速率的1/11，其中毫米波峰值速率取值4Gbit/s；蜂窩小區(qū)平均用戶吞吐量，下行速率100bit/s～120Mbit/s，約是2.6GHz網(wǎng)絡(luò)容量的1/12，上行速率60Mbit/s，約是2.6GHz網(wǎng)絡(luò)容量的1/6。700MHz的峰值速率和網(wǎng)絡(luò)容量有限。