视频与4/5G网渊源之 - 700MHz为啥是黄金频道

作者，中国移动李琳，咪咕灯塔项目组

700M 被有些人称作移动通信的“黄金频段”，在4G 时代就曾引爆过很多的话题，到底因何如此受到关注？中国广电携700M 正式入局，成为了第四家移动运营商。本文主要介绍标准以及频谱特点相关内容，核心就是要说说700M到底的好处，背景，现状，劣势。后续还会介绍700M 的关键技术、建设方案、应用场景、产业链现状、未来趋势等。

一、700MHz 的定义及标准

700MHz 在电信领域，泛指位于700M-800MHz 附近的无线电波频谱资源。全球的无线电频谱资源由国际电信联盟（ITU）按照不同的无线电传输技术和应用进行分配（如表1）。700MHz 位于特高频 UHF (300MHz-3000MHz）范围内，由于频率低，覆盖范围广，穿透力强，在全球最早被广泛用作广播电视业务。但伴随数字电视技术及无线通信技术发展，700MHz 逐步被重新规划，用于频谱资源更缺乏的移动通信服务。
表1 ITU 无线电波段划分

1. ITU 对700MHz 的重新定义

2000 年以后，数字地面广播技术在欧洲已成为主流，部分模拟电视信号频段被空置，频谱利用率较低。同时，移动宽带服务需求量伴随智能手机的普及快速增长，却缺乏足够频谱支持。

2007年，ITU在世界无线电通信大会 WRC-07 上，决定将原有模拟信号使用的698M - 806MHz 频段 ，通称700MHz 频段，用于移动通信业务。并在2015 年的WRC-15 大会，明确释放原广播电视业务的700MHz 部分频谱资源，在欧洲、非洲、中东和中亚地区用于移动通信服务。

2．3GPP对700Mhz的标准定义

3GPP 在Release15 版本中，将5G 无线（NR）频谱定义为两大频谱范围简称FR，FR1 和FR2。**FR1是指较低频段450M-6GHz，也称为Sub6G；FR2 是指较高频段如24.2GHz - 52.6GHz，就是毫米波的频段。**700MHz 在FR1 中被定义为n28 频段，上行703MHz - 748MHz，下行 758MHz - 803MHz，采用频分双工 FDD（Frequency - division Duplex） 模式（如表2）。

表2 3GPP定义FDD NR频谱范围

3．国外700MHz频段发展

700MHz频段因具有强穿透、广覆盖等优良特性，被欧盟委员会认为是，可覆盖欧洲，甚至是农村及偏远地区最优质的互联网接入，同时能促进广播电视高效利用无线电频谱技术，被称为“数字红利”[1]。

2015 年欧盟委员会就释放700MHz 频段用于移动宽带领域，在欧盟范围内发出公开征询，得到60%以上机构的认可。随后在2016 年，欧盟委员会明确批准所有欧盟成员国将700MHz 频段用于移动服务（尤其是未来的5G业务），并在2020 年前完成700MHz 清频。

2005 年，美国联邦通信委员会（Federal Communication Commission，FCC）通过了数字电视转换和公共安全法案， 规定了美国在完成模/数转换后，释放原用于电视频道的700MHz（698-806MHz）频谱资源，重新规划用于商业业务（84M）及公共安全（24MHz）。并在2008年，将84MHz 频段，公开拍卖给了7家美国通信运营商。

4．中国对5G 700M的新定位

700MHz频段在中国，最早用于广播电视系统。我国广电频谱，原本由3段96MHz 带宽组成，分别是470-566M，606-702M，702-798M。考虑到全球700MHz 频段的产业发展情况以及国内地面电视“模数转换”进展，2020年4月，国家工业和信息化部（工信部）发布了《关于调整700MHz频段商品率使用规划的通知》，旨在将700MHz（703-743/758-798MHz频段）原部分用于广播电视业务的频谱资源，重新规划用于5G移动通信系统，并使用频分双工（FDD）工作方式。

随后，广电总局即刻开展全国地面数字电视700MHz 频率清频工作，并明确中央、各省、市、县已实现数字化播出的地区，于2020 年6 月1 日至2021 年3 月31 日，关停该频段地面模拟或数字电视节目，各地广电均积极开展700MHz清频工作[2]。

2017 年以来，工信部为5G 规划了3000-5000MHz 的5G 中频段频谱资源，同时，工信部已着手研究5G 高频段毫米波的规划。将700MHz 频段规划用于移动通信系统，为中国5G 发展提供了宝贵的低频段频谱资源，将有利推动5G 高、中、低频段协同发展。

二、700M无线频谱特性

众所周知，无线电波的物理特性是频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，而且绕射能力越强，建筑物室内覆盖效果越好。700MHz 频段相比5G 中高频段（如中频 2.6 GHz 或高频毫米波），具有穿透力强，覆盖范围广，传输损耗低等优良特性，适合大范围网络覆盖，并且FDD 相比TDD（时分双工模式）具有时延低，可增强上行，打造高低频立体网的优点。此外700MHz 受国际标准支持，产业链逐步成熟，将为运营商降低建网成本。下面分别介绍700MHz 频谱优劣势。

1．700MHz频谱的优势

1.1 覆盖范围广，实现室外连续覆盖

700MHz 是5G 低频频谱，具有覆盖范围广的优势。在农村及郊区环境下，700MHz 覆盖半径是2.6G 的2 倍，是3.5G 低频段的2.3 倍，是4.9G 的近3倍，如表3，是毫米波的16 倍。覆盖面积是2.6G 的4-5 倍，4.9G 近10 倍，是毫米波的240 倍。高频毫米波路径损耗大，接近视距传输，容易被身体、墙体、植被、雨滴阻挡，覆盖范围仅为100-300 米，与700MHz 的覆盖范围相差甚远。

目前移动在全国建设了315 万个4G 基站，覆盖全国，但如果用700MHz，据测算，只需要建设 50-60 万个基站就可覆盖全国。使用700M 作为在农村及偏远地区的无线网络覆盖，可以大大缩减建站，运维，电力损耗成本。见下表是按700M 边缘速率下行20M ,上行5M；2.6G /3.5G /4.9G 边缘速率下行50M，上行5M 计算的结果对比。
表3 频谱覆盖半径对比

1.2 传播损耗低，实现室内深度覆盖

相比5G 2.6GHz 频段，700MHz 传播损耗低，绕射能力和室内覆盖力强，可实现普通楼宇的深度覆盖。700M 比毫米波传播损耗低33.8dB ,比2.6G 传播损耗低15.4dB，比2.1G 传播损耗低13dB（如图1）。墙体穿透损耗上，700M 比2.6G 损耗低 6dB（见图1），比3.5G 低9dB，深度覆盖能力提升17dB。而毫米波连一张纸都无法穿透。在室外环境下，700MHz 系统的平均信号强度比2.6GHz 系统强约20dB，比1800MHz 平均信号强12dB。

在光纤难以到达的地区， 700MHz 可以充分发挥广覆盖和室内覆盖优势，通过客户前置设备（CPE方式）代替光纤接入，打通偏远地区网络 “最后一公里”。

图1 各频段传播损耗和墙体穿透损耗

1.3 空口时延低

由于700MHz 采用上下行双通道的频分FDD 模式（由3GPP 定义），而在中频段均采用上下行单通道的时分双工TDD 模式，FDD 模式天然具有上下行网络延迟低的优势。根据测试，700MHz 单向空口时延为2-4ms，仅为中频段网络时延的30% - 60% （如图2）。而毫米波因为频点高，并采用大规模天线阵列技术，空口时延仅为0.25ms - 0.125ms。

网络时延降低，将明显提升视频类等业务的用户体验， 有助于实现5G 工业互联网、车联网等高可靠低时延（URLLC）业务。

图2 各频段单向空口时延

1.4 多普勒频偏小、移动信号稳定性好

相比4G，5G 使用的中高频段，**由于700MHz 波长更长，在移动速度相同情况下，入射角相同则多普勒频偏更小，高速移动时的信号稳定性更好。**例如在高铁、高速公路等移动场景下，700MHz 信号更加稳定可靠。对比毫米波，毫米波波束窄，物体移动很容易离开波束区域，对于移动物体的信号提供难度较大，需要有较强的追踪能力和重连机制。

2. 700MHz频谱的劣势

相比5G中高频，由于700MHz 频点低，波长较长，一般采用4天线，无法支持Massive MIMO 大阵列天线（64/128/256天线），相比5G 中高频段，上下行速率和网络容量是短板。

速率和容量低

相比2.6GHz 或毫米波，700MHz 峰值速率和平均吞吐量较低，如表4。**700MHz下行理论峰值速率为350Mbps，是2.6GHz（64天线）峰值速率的1/5，是毫米波峰值速率的1/11，**其中毫米波峰值速率取值4Gbps；蜂窝小区平均用户吞吐量，下行100 -120Mbps，是2.6GHz 网络容量的1/12，上行60Mbps，是2.6GHz 网络容量的1/6。700MHz 的峰值速率和网络容量有限。
表4 各频段理论上下行峰值速率

针对700M 的关键技术、建设方案、应用场景、产业链现状、未来趋势等深入讨论，讲继续分析和分享。

备注，【名词解释】

TDD、FDD 指第三代移动通信技术（3G）中的两种双工通信模式。

TDD（Time-division Duplex ）模式指时分双工模式，3G标准中的TD-SCDMA 采用此模式；TDD模式下，移动通信系统中接收和传送是在同一频率信道（即载波）的不同时隙,用保证时间来分离接收与传送信道。
FDD（Frequency-division Duplex）模式指频分双工模式，3G 标准中的WCDMA 和CDMA 2000 采用此模式。FDD 模式下，移动通信系统的接收和传送是在分离的两个对称频率信道上，用保证频段来分离接收与传送信道。

图3 FDD和TDD 工作原理