被誉为“5G黄金频段”的700MHz到底能干什么?

2020年6月1日,中兴正式发布国内首款支持四大运营商全频段全网通的5G双模手机——中兴天机Axon 11 SE 5G。

不同于支持三家传统主流运营商的5G手机,Axon 11 SE率先支持了由中国广播电视网络有限公司(简称“中国广电”)运营的700MHz 5G频段(频段号n28)和4.9GHz 5G频段(频段号n79),其中700MHz频段为中国广电独占频段。

此前(5月),中国广电与中国移动通信集团有限公司(简称“中国移动”)签订5G共建共享合作框架协议,双方联合确定网络建设计划,按1:1比例共同投资建设700MHz 5G无线网络,共同所有并有权使用700MHz 5G无线网络资产,自此700MHz便为中国移动和中国广电的共享频段,而5G时代联通+电信与移动+广电两大阵营“对立态势”也随之形成。

中兴天机Axon 11 SE 5G
中兴天机Axon 11 SE 5G

什么是700MHz 5G频段?该频段对于普通用户有什么用?首款支持700MHz频段的5G手机相比普通5G手机在5G天线设计上有哪些不同?今天我们便为大家做一个简单解读。

何为700MHz 5G频段?

事实上,700MHz 5G频段并非一个全新频段,而是5G NR的一个FDD(频分双工)频段,上行频段为703MHz~748MHz,下行频段为758MHz~803MHz,频段号为n28,是5G的低频率频段,被誉为5G黄金频段,早在中国广电正式商用之前,便已被其他国家电信运营商广泛应用,比较具有代表性的为日本Softbank的738MHz~748MHz和Docomo的728MHz~738MHz。

不同于其他国家被多个电信运营商切割使用,700MHz 5G频段在国内为中国广电独占,其上行频段为703MHz~743MHz,下行频段为758MHz~798MHz,上下行带宽均为40MHz,共计80MHz,是目前全球范围内在700MHz低频段覆盖范围最广的。

在3月19日结束的移动通信国际标准组织3GPP第87次接入网全会上,中国广电700MHz频段2×30/40MHz技术提案获采纳列入5G国际标准,成为全球首个5G低频段(Sub-1GHz)大带宽5G国际标准,编号为TR38.888。

5G频段号一览(图片来自互联网)
5G频段号一览(图片来自互联网)

而中国广电之所以得以拥有几乎覆盖全频段的700MHz 5G频段,主要是由于该频段原本便属于中国广播电视的,是中国广电的既有资源,而4月1日的正式商用则代表着中国广电对于700MHz频段使用权的延续。

工信部对此表示,“700MHz频段是传统的广播电视系统频段,近年来随着技术进步,地面数字电视技术正逐渐取代传统的模拟电视技术,原模拟电视占用的部分频段可以释放出来。目前,包括我国在内的全球多数国家已经完成或正在进行700MHz频段的地面电视‘模数转换’,并将释放出的频谱用于频谱利用率更高的移动通信系统。”

“另一方面,700MHz频段具有良好的传播特性,是开展移动通信业务的黄金频段,且国内移动通信产业在该频段已形成了较为完备的网络设备和终端产业链。考虑到700MHz频段的产业发展情况、国内地面电视‘模数转换’进展以及移动通信系统的频率使用需求,我部将700MHz频段部分频率调整用于移动通信系统。”

目前,清频工作(即对原有700MHz频率模拟有线电视信号的迁移工作)是中国广电的首要任务,这将直接决定了中国700MHz 5G的商用进度。此前,曾有媒体报道,中国广电700MHz清频工作投入的资金已达到数百亿人民币级别。

不过,所幸的是,目前700MHz清频工作正在有序进行。早在2019年末,陕西广电网络西安分公司便通知2020年1月1日起对西安市模拟有线电视信号进行全面关停,实现数字化有线电视信号接收。

700MHz能干什么?

700MHz能干什么?这是普通用户最为关心的问题,也是很多中兴用户对于中兴天机Axon 11 SE 5G这款手机好奇的核心原因。

众所周知,电磁波的传播特点在于频率越高,波长越短,越趋近于直线传播,即绕射能力越差,同时在传播介质中的衰减也就越大。相比其他三大运营商目前掌控的较高频率,700MHz低频段的核心优势便在于频率低,波长长(覆盖范围广),传播损耗低,穿透力能力强,适合大范围连续网络覆盖,被誉为“5G黄金频段”。

而700MHz低频段的另一个优势则在于其建设成本和运营成本均相对较低,这对中国未来的5G广覆盖是十分必要的。据了解,低频段(小于1GHz)覆盖半径约为中频段(2.5GHz~6GHz)的3~4倍,在相同面积下,采用低频段组网的解决方案,其5G基站数可以节省80%左右。计算显示,中国广电使用700MHz频段建立全国5G网络只需40万基站,而三大运营商使用其他频段则需要600万座基站,建设成本差距明显。

然而,凡事均有两面性,低频段也有自己的特性。因为实现相对较困难,且不实用,目前无法支持Massive MIMO(大规模天线),主要表现为带宽不足,联网设备之间易产生相互干扰,无法满足大量设备连入,这对于北京CBD、首都机场、和北京南站这样的高密度、高流量地区显然是不适合的。

因此,目前来看700MHz 5G网络建设主要应用于偏远山区、农村、城乡结合部、以及人口密度不高的城区,该频段将是未来加速5G全覆盖的重要利器。此前,中国联通产品中心总经理张云勇在接受媒体采访时曾表示,“中国距离5G网络真正实现全面覆盖,大概需要5至8年时间。”同时,700MHz 5G网络也同样适合于NB-IoT(窄带物联网)等领域。

针对700MHz 5G网络的落地应用,目前广电主要与中兴通讯等厂商进行合作。据了解,中兴已率先完成低频5G多个业务能力验证:2019年12月,中兴联合中国广电在国网、歌华外场打通了首个Sub 1G和Sub 6G NR的First Call;近日,中兴通讯率先与业界主流芯片厂家完成基于商用手机的端到端低频5G VoNR视频通话;同时,基于基站、核心网、测试终端完整的端到端系统,中兴率先完成Sub 1G+Sub 6G载波聚合验证,系统下行数据吞吐量达1.68Gbps。

首款支持700MHz的5G终端

除了频繁与广电合作对700MHz 5G低频段网络应用进行测试,中兴还率先推出了国内首款支持700MHz 5G频段的5G终端——中兴天机Axon 11 SE 5G,并在5G天线设计上进行了重点优化。

“从本质上来说,700GHz的加入对于天线设计没有特别的改变,但700GHz属于低频,对净空的要求会比高频段要求更高一些”,中兴通讯副总裁、中兴终端产品经营中心副主任王屹表示。

据了解,由于电磁波在传播时极其容易受到干扰,手机厂商在进行天线设计时,需要隔离金属、电池、马达、屏蔽罩、和摄像头等零部件,为天线预留出一段干净的空间(简称净空)以保障手机信号。其中,金属类壳体、装饰、和导电喷涂等应距离天线20mm以上,电池(含电连接座)与天线的距离应在5mm以上。

因此,为了满足天线的高净空要求,同时确保手机在电梯山区等弱信号环境和高铁等高速移动环境下也能够稳定流畅获取信号,Axon 11 SE配备了中兴独家研发的5G超级天线技术。

具体来看,5G超级天线技术主要包含两大优势,一是采用航空级金属雕刻工艺,把天线设计到中框外表面,相比天线设计在手机内部的LDS天线,天线净空得到极大提高。

航空级金属雕刻工艺,把天线设计到中框外表面
航空级金属雕刻工艺,把天线设计到中框外表面

“我们都知道LDS天线只能在手机结构件内部来做,不能放在结构件的外部,这是LDS和航空级金属雕刻天线(MCA)在结构方面的最大差异,而做在外部最大的好处便是对手机天线净空得到了极大的改善”,王屹解释道。

“由于是在外部表面,布置的天线在数量上更多,同时对天线进行交错的布置,从而达到了降低不同频率天线之间的干扰,这是金属雕刻天线相比于LDS天线的优势所在。”

二是在发射功率和信号接收的灵敏度(天线性能)上有了极大的提高。据了解,中兴在解决外表面的天线和内部互连方面花了比较多的功夫:首先要将外表面的天线和内部结构的金属进行互连,再通过主板上各种金属的簧片和内部结构进行互连,从而达到满足天线的发射性能。

一直以来,不同频段信号之间的干扰问题都是5G手机天线设计的重点,而Axon 11 SE也在这面下足了功夫:“一方面是交错分布,把相邻有干扰的频段错开分布,相隔比较远的相邻分布。另一方面是解耦技术,通过解耦技术以及不同“隔离地”的解耦技术,降低天线之间的干扰。由于把天线放在了外表面,空间和净空得到了极大改善,对天线解耦、天线交错分布都带来了极大的好处,本质上提升了天线的性能。”

此外,Axon 11 SE的12根天线还采用了360度环绕集成设计,也能够在一定程度上解决天线净空等问题。不过由于天线在外表面和结构中框在一起,天线与内部器件进行互联便成为了另一大难点,其加工工艺相对较难,需要雕刻、喷涂、夹具、和模具等的配合才能实现。

基于以上技术,官方测试数据显示Axon 11 SE天线性能较一般5G手机提升58%。

参考文献:

1、工信部调整700MHz频段频率使用规划:https://xw.qq.com/cmsid/20200403A04M6T00

2、中国广电5G采用700MHz+4.9GHz中低频段独立组网:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1653445372934214420&wfr=spider&for=pc

3、中国广电携手中兴通讯持续助力5G低频商用:http://tech.caijing.com.cn/20200520/4666434.shtml?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

4、手机净空区越来越小,天线设计该如何应对:https://rf.eefocus.com/article/id-331906

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