下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
4G和4G之前各移动通信系统的传统工作频段主要集中在3GHz以下，虽然低频段无线电波具备良好的穿透性和覆盖能力，但低频段频谱资源目前已经变得十分拥挤；而在高频段（如毫米波段），可用的频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，能支持5G大容量和高速率等方面的需求。
高频段在移动通信系统中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。下面是高频段毫米波移动通信系统的主要优点：
● 足够的可用带宽；
● 小型化的天线和设备；
● 较高的天线增益；
● 绕射能力好；
● 适合大规模部署天线阵列（Massive MIMO）。
但高频段毫米波移动通信系统也存在传输距离短、穿透能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。
3GPP在Rel 15发布时定义了两个频段范围（Frequency Range，FR），一个是6GHz以下的低频段，继续被5G NR采用，以提高覆盖率；另一个是24GHz以上的毫米波频段，为热点区域提供容量。5G NR工作频率范围如表2-1所示，未来可能会将FR2频率上限提高到70GHz。
表2-1 5G NR工作频率范围
FR1（Frequecy Range1）频段，也称低于6GHz（Sub-6GHz）频段，其中不高于3GHz部分频段又称低频段（Low Band），高于3GHz而不高于6GHz部分频段又称中频段（Middle Band），也称C波段（C-Band）。FR1频段编号范围为1～255。FR1频段业务信道（PDSCH/PUSCH）支持15kHz/30kHz/60kHz三种子载波间隔，但PDCCH信道只支持15kHz/30kHz两种子载波间隔。FR1频段支持FDD、TDD、SDL和SUL模式。FR1工作频段定义如表2-2所示。
表2-2 FR1工作频段定义
FR1频段小区（CC）的最大信道带宽为100MHz，所支持的子载波间隔（Sub-Carrier Spacing，SCS）及对应的最大发射信道带宽和RB个数如表2-3所示。
表2-3 FR1频段各子载波间隔及对应的最大发射信道带宽和RB个数
FR2频段又称毫米波频段（mmWave Band），因为此频段范围内电磁波波长已经进入到毫米范围内；FR2频段也称高频段（High Band）。FR2频段编号范围为257～511，FR2频段只支持TDD模式。
毫米波频段（FR2）业务信道（PDCCH/PDSCH/PUSCH）只支持60kHz/120kHz两种子载波间隔，240kHz子载波间隔只用于FR2频段发送同步信息块（SSB），具体SSB介绍参见4.1节内容。目前3GPP定义的FR2毫米波频段只支持TDD模式。FR2工作频段定义如表2-4所示。Rel15只定义了4个FR2频段，后续可能会增加FR2频段。
表2-4 FR2工作频段定义
FR2频段小区（单CC）支持最大信道带宽400MHz（只用于120kHz SCS），最小50MHz。FR2所支持的子载波间隔及对应的最大发射信道带宽和RB个数如表2-5所示。
表2-5 FR2子载波间隔及对应的最大发射信道带宽和RB个数
同4G LTE一样，5G NR小区载波信道带宽（Channel Bandwidth）也由实际发射带宽（Transmission Bandwidth）和频谱两端保护带宽（Guard Band，GB）组成，三者的配置关系如图2-1所示。不过5G NR小区载波频谱两端的保护带宽大小可以是不一样的，即根据实际需要可以不对称（Asymmetric）配置保护带宽大小，这样更加灵活，而4G LTE载波两端的保护带宽必须对称配置。
图2-1 5G NR信道带宽、发射带宽及保护带宽配置关系图
另外我们知道，4G LTE的频谱利用率是固定的（只有90%），有10%的频谱资源被用作保护带，造成一定程度的频谱资源浪费。不过，当NB-IoT采用保护带部署模式时，可以部分利用这10%的保护带的频谱资源。现在，5G采用了更先进的滤波技术，即所谓的子带过滤（Filtered OFDM，F-OFDM）技术，所需要的保护带宽大大减小，从而大大提高了频谱利用率，FR1及FR2频率范围内各子载波间隔下所需最小保护带宽分别如表2-6和表2-7所示。可以看出，5G NR保护带确实很小。
表2-6 FR1频段各子载波间隔下最小保护带宽（单位：kHz）
表2-7 FR2频段各子载波间隔下最小保护带宽（单位：kHz）
另外，对于240kHz SCS配置下，最小保护带宽仅应用于当SSB部署在信道频谱两端的情况下。表2-8给出了FR1频段下不同小区载波带宽即信道带宽配置下的频谱利用率大小。由表中数据可以看出，频谱利用率接近99%，这是非常高的频谱利用率，此时保护带宽几乎可以忽略不计。
表2-8 FR1频段不同信道带宽配置下频谱利用率
大家知道，随着5G NR的工作频段越来越高，电磁波的衰减和穿透损耗都会急剧增加，特别是终端的发射功率远远小于基站发射功率，5G NR中出现的上、下行覆盖不平衡问题就会比4G LTE更加严重，因为不管是FDD还是TDD模式下，上、下行基本都工作在相近或相同频率范围内，比如在5G NR主流的3.5GHz频段，如果需要达到相同或相近的上、下行覆盖，或者要达到相似的上、下行速率，上行GAP将达到13dB以上，要弥补这么大的GAP，光提升终端的发射功率是不够的，而且终端发射功率本身是有限的。5G NR上、下行覆盖或速率不平衡示意图如图2-2所示。
图2-2 5G NR上、下行覆盖或速率不平衡示意图
因此，5G NR特别定义了辅助上行频段（Supplementary Uplink Frequency），也称为上下行解耦，允许上、下行部署在不同的频段内，即上行可以部署在比下行更低的频段内，因为频率越低衰减与损耗也就越小，这样就能补偿一些上行覆盖GAP。比如，下行还是工作在3.5GHz频段，但上行可以工作在1.8GHz频段，结合上行多天线接收技术，可以让上行覆盖增强7～10dB以上，如图2-3所示。
图2-3 5G NR上、下行覆盖或速率不平衡示意图（辅助上行频段）
为此，5G NR在FR1频段内还专门定义了6个辅助上行频段，都小于3GHz，甚至包括700MHz的所谓黄金频段。FR1频段上行辅助频段频率范围如表2-9所示。
表2-9 FR1频段上行辅助频段频率范围
5G NR绝对频点（NR-ARFCN）信道编号和信道栅格（Channel Raster）规划相对3G/4G要简单一些，不过由于5G NR的频率范围相比4G大大扩展，因此在不同的频段范围定义了不同的最小信道栅格Δ F Global 。5G NR-ARFCN即 N REF 值范围定义如表2-10所示。
表2-10 5G NR-ARFCN即 N REF 值范围定义
当知道绝对信道频点编号 N REF 后，就可以根据表2-10和如下公式计算出实际频率值 F REF ：
F REF = F REF-Offs +Δ F Global ( N REF -N REF-Offs )
比如n77频段，如果配置的SSB绝对频点 N REF =660384，则可以计算出实际频率 F REF =3000MHz+15kHz×（660384-600000）=3905760kHz。
当然，如果知道了要配置的实际频率值 F REF ，也可以计算出对应的绝对频点编号：
N REF =( F REF -F REF-Offs )/Δ F Global + N REF-Offs
另外，这里最小信道栅格Δ F Global 太小了，实际配置时，不同频段使用更大的信道栅格Δ F Raster ，比如FR1大部分频段实际使用的信道栅格是100kHz（即20倍的最小信道栅格）来定义绝对频点编号。FR1各频段实际信道栅格和NR-ARFCN范围定义如表2-11所示。
表2-11 FR1各频段实际信道栅格和NR-ARFCN范围定义
续表
对于FR2频段，实际信道栅格分为60kHz和120kHz两种。FR2各频段实际信道栅格和NR-ARFCN范围定义如表2-12所示。
表2-12 FR2各频段实际信道栅格和NR-ARFCN范围定义
5G终端开机时，首先搜索同步信息块（SSB），在不知道SSB配置的频点信息时，终端需要根据自己支持的频段按照一定步长依次盲检所有可能的频点，以获取SSB。由于5G小区支持的带宽很大，如果按照前面所述的最大信道栅格来盲检扫描，将非常耗时，严重影响终端接入5G网络的速度，为解决这个问题，5G还专门定义了一个间隔更大的同步栅格（Synchronization Raster），而且根据高中低3个频段设置了3个不同大小的同步栅格。
● 低频段（Sub-3GHz）：1200kHz；
● 中频段（3～6GHz）：1.44MHz；
● 高频段（FR2毫米波频段）：17.28MHz。
按照这个同步栅格来扫描SSB将会明显加快终端获取SSB的速度，从而缩短接入网络的时间。另外，根据这个同步栅格的大小，5G也就相应定义了全局同步信道频点编号（Global Synchronization Channel Number，GSCN），如表2-13所示。
表2-13 5G NR全局同步信道频点编号（GSCN）取值范围
注： M 默认值为3
另外，基站在选定SSB中心频点编号值（GSCN值）后，在NSA选项3和选项7部署模式下，基站会将GSCN值转换成NR-ARFCN值（ N REF ）后，通过X2AP接口SgNB Addition Request Acknowledge以及NR RRC Reconfig消息告知终端；在SA部署模式下也会把这个转换后的 N REF 值，通过测量控制消息告知终端。
举个例子，假设n77，配置的SSB GSCN=8058， N =8058-7499=559，则其实际频率 F REF =3000MHz+559×1.44MHz=3804.96MHz，由此可以推出对应的SSB绝对频点号 N REF =（3804.96-3000）/0.015+60000=653664，所以基站不会把GSCN=8058广播给UE，而是会广播这个转换后的绝对频点值 N REF =653664给UE。