6.1 频谱资源特性

6.1 频谱资源特性

本节摘要：频谱的物理特性决定身价——频率越高，自由空间损耗越大、绕射越弱、穿透越差，但可用带宽越宽。本节用可运行的算例量化这条"越高越短"的铁律，梳理全球 5G 频段的部署棋局与拍卖价格逻辑，并解释三层频段战略（打底、主力、热点）的成因。

本章从最物理的一节开始：先把"频率"这个变量对传播的影响算成数字，后面两节的复用与共享才有讨论的地基。

越高越快的代价：越高越短

自由空间路径损耗公式 FSPL(dB) = 32.44 + 20·lg(f_MHz) + 20·lg(d_km) 里藏着一条铁律：频率翻倍，损耗加 6 dB。3.5 GHz 比 700 MHz 高出 14 dB，28 GHz 高出 32 dB——而无线工程里每 3 dB 就是功率减半，32 dB 意味着同样距离下信号强度只剩万分之一量级。再叠加两条惩罚：高频绕射能力急剧下降（波长缩到厘米级，电波近乎走直线，拐角成了死角），穿透损耗从低频的一二十 dB 恶化到毫米波的三四十 dB（一堵承重墙就能废掉一个毫米波小区）。

把数字跑出来最直观：

import math

def fspl_db(freq_mhz, dist_km):
    return 32.44 + 20 * math.log10(freq_mhz) + 20 * math.log10(dist_km)

d = 0.5  # 距离 500 米
print(f"自由空间路径损耗（距离 {int(d*1000)} 米，同样收发配置）：")
base = fspl_db(700, d)
for name, f in [("700 MHz", 700), ("3.5 GHz", 3500), ("28 GHz", 28000)]:
    loss = fspl_db(f, d)
    print(f"{name:>8}：{loss:6.1f} dB（比 700 MHz 多 {loss-base:4.1f} dB）")

print()
print("覆盖半径估算（允许路损 130 dB，市区路径损耗指数分别取 3.0 3.5 4.0）：")
for name, f, n in [("700 MHz", 700, 3.0), ("3.5 GHz", 3500, 3.5), ("28 GHz", 28000, 4.0)]:
    pl100 = fspl_db(f, 0.1)            # 参考点取 100 米
    r_km = 0.1 * 10 ** ((130 - pl100) / (10 * n))
    print(f"{name:>8}：{r_km*1000:8.0f} 米")
# 输出：
# 自由空间路径损耗（距离 500 米，同样收发配置）：
#   700 MHz：  83.3 dB（比 700 MHz 多  0.0 dB）
#  3.5 GHz：  97.3 dB（比 700 MHz 多 14.0 dB）
#  28 GHz： 115.4 dB（比 700 MHz 多 32.0 dB）
# 覆盖半径估算（允许路损 130 dB，市区路径损耗指数分别取 3.0 3.5 4.0）：
#   700 MHz：   10518 米
#  3.5 GHz：    2156 米
#  28 GHz：     519 米
​

同样的 130 dB 链路预算，三个频段的覆盖半径是 10 公里、2 公里、500 米——差出 20 倍。这就是毫米波只能做热点补盲、而 700 MHz 至今仍被称作"黄金频段"的算术原因。

图：穿墙能力——频率与穿透损耗的正比

全球 5G 频段棋局

3GPP 为 5G 定义了几十个频段号，实际部署高度地域化：中国大陆以 n41（2.5 至 2.6 GHz）与 n78（3.3 至 3.6 GHz，电信联通共建共享）为主力，700 MHz（n28）打底；美国用 n71（600 MHz）做广覆盖、毫米波 n260 与 n261 做热点；欧洲集中在 n78（3.4 至 3.8 GHz）。频段号背后是真金白银——同样是百兆带宽，低频段每 MHz 的拍卖单价可以是中频的十倍以上，因为买低频买的是覆盖，摊到每个基站上的成本被半径优势摊薄了。

这张表与上一章的干扰话题有一条暗线：频段越高、小区越小、站距越密，干扰协调（5.3 节）和切换参数（4.3 节）的压力就越大——频谱选择从来不是频率部门自己的事，它牵动整张网的架构。

稀缺的另一面：利用率并不满

频谱稀缺是共识，但存量频谱的利用率远比想象中低——监管机构的测量显示，不少授权频段在时间和空间上的占用率长期不足两成：某地的广播电视频谱在深夜空转，某专用频段只在特定海域偶尔使用。这催生了"让频谱流动起来"的思路：从一家一段永久独占，走向按时间、按地点的动态共享。具体怎么共享、主用户怎么被保护，是 6.3 节的正题；这里先记住一个判断：频谱短缺，短缺在"随时随地都可用的高质量频段"，而不是总量。

💡 关键直觉：读任何"某频段部署"新闻时，先在脑子里过一遍三个变量——频率高度（定覆盖）、带宽宽度（定容量）、独占程度（定干扰底线）。三个变量定了，这段频谱能干什么、不能干什么，基本就定了。

问题：同一家运营商为什么要同时拿着好几个频段

问题：低频段既然这么好，为什么不多批一些

第一问的答案就是"分层战略"的运营形态：用 700 MHz 保证"哪里都有信号"，用 2.6 或 3.5 GHz 保证"人多的地方够快"，用毫米波在极少数极致热点再加速——三层各司其职，终端在层间按信号质量与业务需求切换或双连接。第二问的答案在物理与历史两端：物理上，"传播好又带宽宽"的频段天然稀少——低于 1 GHz 的全部频谱加起来也只有几百兆赫兹，还要与广播电视、航空导航、卫星业务共用；历史上，这段"黄金低频"大多在模拟电视时代就被占用，数字红利频谱要等电视数字化退频才腾得出来。频谱政策的每次腾挪（模拟退频、2G/3G 退网重耕）本质上都是在给移动通信腾"覆盖层"的地——理解了这一点，就能看懂各国频谱监管的每一步棋。

本节要点回顾

• 物理铁律：频率越高损耗越大、绕射越弱、穿透越差；28 GHz 比 700 MHz 在同样距离多 32 dB 自由空间损耗。
• 覆盖账：同样 130 dB 预算，三层频段的半径约为 10 公里、2 公里、500 米——毫米波天生是热点技术。
• 三层战略：Sub-1GHz 打底、Sub-6GHz 主力、毫米波热点，拍卖价格差反映的是覆盖价值差。
• 稀缺的真相：缺的是"随时可用的优质频段"，存量频谱的时空利用率并不满——这是共享技术的起点。