5G如何玩转频谱？这一篇给你说全，说透！

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众所周知，无线频谱资源是移动网络的生命之源，非常罕见。为了提高频谱利用率，移动通信技术一直在不断突破和创新。这篇文章将告诉你无线技术创新的伟大历程。

1频谱是移动通信的宝贵资源

让我们来看看什么是无线频谱。什么是载波？什么是载波带宽？

当我们拿起手机上网时，数据流被特定频率的无线电波携带，并通过基站天线传输到手机。这个特定频率的无线电波就是无线电频谱。携带数据流的无线电波被称为载波。载波的无线电带宽称为载波带宽。

载波就像一条高速公路，在手机和基站之间来回传输数据。载波带宽越大，每单位时间传输的数据流越多，这意味着道路越宽，流量越快，无线网络速度越快。

由于这个原因，从1g到5g，运营商们正在制造越来越宽的道路。

如上所示，3gwcdma的单载波带宽为5mhz，4glte的单载波带宽高达20mhz，而5gnr则进一步提高到100mhz。

然而，道路的不断建设也带来了一些问题。

频谱资源变得越来越稀缺

当每一个G到达时，操作者必须为这个G单独建造一条道路，并且道路被建造得越来越宽。也就是说，当2g到来时，它将占据一个频谱，当3g到来时，它将占据一个频谱，当4g到来时，它将占据一个频谱，当5g到来时，2/3/4/5g不同的系统将占据一个频谱，不能共享和使用，导致有限的无线频谱资源的短缺。

频谱资源浪费

例如，2g用户越来越少，这条路上的交通越来越少，而4g用户越来越多，这条路上的交通越来越拥挤。然而，2g和4g道路是独立的，不能共享，导致资源分配不均和浪费。

频谱碎片严重

此外，由于历史原因，如频谱分配、频谱拍卖(主要是海外)和频率再培养等，每G也导致频谱碎片化。以4g为例，标准组织最初为lte分配了400 MHz至3800mhz之间的大约44个可用频带。然而，随着lte网络部署规模的不断扩大，预计越来越多的lte网络将部署在多个频段，这使得频谱碎片化现象越来越严重。

这些现象导致的问题是每个频谱能够提供的网络容量和吞吐量有限，导致有限频谱资源的利用率和整体价值没有得到充分发挥。

我该怎么办？无线史上诞生了一项伟大的创新技术——载波聚合。

2一项伟大的技术创新:载波聚合

为了满足人们日益增长的网络速度需求，在4g时代，3gpp提出lte-a(4.5g)阶段下行峰值速率应达到1gbps，但lte单载波最大带宽仅为20m，下行峰值速率仅为150mbps。我该怎么办？

载波聚合技术应运而生。

载波聚合是将零散的频段“缝合”成一个更宽的频段，可以聚合同一频段的连续载波、同一频段的不连续载波和不同频段的不连续载波。

正是这种“可聚合的不连续载波”使载波聚合成为“无线史上一项伟大的技术创新”。

众所周知，与3g相比，4g采用mimo技术实现网络速度倍增，但在此之前，mimo已经应用到wi-fi和wimax；Wi-fi可以绑定两个频道来增加带宽和速度，但只能是相邻频道。

然而，只有4g载波聚合技术可以将不同频段的不连续载波拼接在一起。

如果说需求是发明的驱动力，那么载波聚合技术有三个驱动力，一是提高网络速度的需求，二是解决频谱碎片的需求，三是提高频谱利用率的需求。

例如，载波聚合可以将800mhz、1.8ghz和2.6ghz三条独立的4g道路合并成一条宽敞的大道，从而大大提高4g峰值速率，解决频谱碎片问题，提高频谱利用率。

4glte-a可以支持5cc载波聚合，即5个lte的最大单载波带宽(20mhz)可以合并为100mhz，这样下行峰值速率可以从150mbps提高到1gbps。Lte-apro还可以支持32cc载波聚合。

载波聚合是一项重大的技术创新，已被4g网络广泛采用。不幸的是，在提高无线频谱利用率的道路上，它未能突破另一座大山——实现不同标准网络之间的“载波聚合”。

然而，无线技术创新的步伐永远不会停止。接下来，另一项里程碑式的创新技术出现在舞台上。

3里程碑式的技术创新:动态频谱共享

G的每一次进化都极大地提高了频谱效率。因此，使尽可能多的频谱资源服务于最新的移动通信技术是振兴旧系统频谱的正确途径。

最简单的方法是频谱再造，将旧移动网络占用的频谱释放给新网络，比如让2g网络退役，并为4g网络释放频谱资源。它过去是一条泥泞的土路，但现在已经升级为柏油路，这充分利用了土地资源，大大提高了速度。

然而，实际情况并非如此简单。由于运营商的网络现在与2g、3g、4g和5g多标准并存，这种一刀切的做法可能会损害消费者的利益，不利于多标准的平稳过渡。

因此，动态频谱共享(dss)应运而生，它允许不同的网络共享和使用相同的频谱资源。例如，动态频谱共享技术可以在4g和5g之间智能地动态分配频谱，从而实现频谱资源的高效利用。

通过动态频谱共享，结合载波聚合技术，运营商可以开放4g和5g频谱资源，提高资源利用效率，帮助运营商灵活高效地实现技术迭代。

以中国移动的160兆带宽为例，它由100兆和60兆组成。在4g向5g演进的初期，5g的业务量仍然不稳定。为了避免资源浪费，40m共享频谱可以动态调度为4/5g服务。

当5g用户较少，4g服务较多时，lnr40m可以扩展4g容量，lte可以通过载波聚合进一步提高速度。当5g用户繁忙，4g压力减小时，通过lnr40m M动态扩展5g频谱带宽，可以提高5g容量..

这样，中国移动充分利用160mhz带宽资源，没有浪费，在充分保证4g体验的同时，实现了从4g到5g的平稳演进。

动态频谱共享可以在不同系统之间共享和使用相同的频谱资源，可以说是移动通信发展史上的一次里程碑式的技术创新。

这项技术在华为被称为cloudair，它直观地解释了动态频谱共享的核心思想，即“频谱云化”，可以根据需要使用。

然而，创新突破从来都不容易，随着5g支持的频谱带宽不断增加，技术突破更加困难。那么，在大带宽中共享4g/5g动态频谱有多难呢？以及如何克服它？

4如果您想玩频谱，您还需要软件和硬件的性能来确保[/s2/]

动态频谱共享在多种标准共存的环境中工作，并根据流量变化实时执行两个不同标准网络之间的资源调度。因此，有必要精确地控制来自不同标准的干扰以及上下线之间的干扰，并实现毫秒级的资源调度响应速度。如果算法不到位，会影响移动通信网络的性能，如拥塞和掉话。

此外，在硬件方面，无线设备(主要是aau)支持的频谱带宽能力也是一个关键的技术指标。

例如，一些运营商在低于1ghz的频段实现动态频谱共享，支持的总带宽可能低于20mhz；中国移动需要支持160兆赫兹带宽，才能实现2.6兆赫兹频段的动态频谱共享。在某些国家，由于频谱严重分散，甚至要求支持的带宽跨度更大。

如果设备不能支持160mhz以上的大带宽，会发生什么？

以中国移动160mhz带宽为例，如果设备只支持100mhz带宽，就意味着运营商必须部署两套设备，一套支持100mhz，另一套支持60mhz，这样不仅不能支持160mhz带宽内的动态频谱共享，而且会大大增加网络成本。好像虽然路很宽，但设备能力跟不上，跑起来也不顺畅。

事实上，载波聚合也面临着大频谱跨度的局面，所以载波聚合+动态频谱共享+大带宽设备是5g时代的竞争组合拳击。目前，制造商的硬件设备在这些方面有不同的能力，因为这涉及到大量的底层技术研究，包括芯片、材料、散热、算法等。

为了澄清这个问题，让我们从基站的基本工作原理开始。

如上图所示，aau主要由数字信号处理、射频、功率放大器、滤波器和天线组成。其中，数字信号处理包括基带和数字中频，中频性能至关重要，这决定了aau的核心硬件指标。

以信号传输为例，基带信号是需要传输的原始数字信号，射频是由载波频率(如C波段)调制的高频信号，经放大、滤波后通过天线传输。

功率放大器是一种非线性器件。频谱越宽，就越难保证它的放大性能，就像立体声音量调大时声音会被破坏一样。此外，由于每单位时间5g传输的数据量巨大，对数字信号处理能力提出了更高的要求，限制了aau的瞬时带宽(ibw)。

数字中频连接基带和射频，对基带信号进行上变频和预处理，为射频的模数转换和载波调制打下良好的基础。如果aau想要实现大带宽，为射频提供高速可靠的数字信号预处理能力的数字中频性能是突破的关键。

华为在这方面形成了独特的优势:一方面，华为的数字中频集成了先进的数字预失真(dpd)算法，提前补偿了功放带来的失真，增加了功放的有效放大面积；另一方面，由于自主开发的7nmasic芯片取代了fpga，dpd算法和数字信号处理完全基于芯片，效率显著提高。目前，华为华为ibw可以达到200米或400米，这样可以更有效地利用更广的频谱。

aau面临的另一个巨大挑战是功耗，这也是5g运行中不可忽视的费用。

功率放大器是一个很大的功率消耗装置，在能量转换过程中会产生一些无效热能。优化功率放大器的效率无疑是解决功耗问题的关键。在这方面，华为率先采用高频特性较好的氮化镓(gan)作为功放材料，并结合中频dpd算法，实现了业内功放效率。

此外，总体而言，华为自主研发的asic专用集成电路和rfsoc技术使aau更加集成化，并与整机冷却技术相配合，进一步减小了设备的尺寸和功耗。同时，使用轻质陶瓷过滤器可以有效控制aau的重量。

正是底层技术和端到端优化的这些突破，使华为5gaau设备在性能、功耗、体积和重量方面处于行业领先地位。

正是因为这些无线技术不断向前发展，我们才能看到无线行业决心追求的梦想正在一步步地接近。

无线产业的梦想是什么？为了提高频谱资源的利用率，我们的梦想是改变过去不同标准和类型的不同无线网络对频谱资源的预分配和垄断方式，通过频谱云化、软件定义、人工智能和频谱感知能力，根据不同的通信需求，自动灵活地动态分配不同标准和类型的不同无线网络的频谱资源。

在载波聚合中，不同频段的不连续载波聚合被视为较大的带宽，动态频谱共享实现了不同标准网络可以灵活动态地分配相同的频谱资源。这些创新性的突破意味着我们正一步一步走向无线产业的梦想。

创新永不停止，梦想永不停止。为了使有限的频谱资源更有价值，我相信未来会有更多激动人心的无线技术创新故事等着我们。