頻譜帶寬的案例
頻譜帶寬？1分鐘搞清！
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比特率、波特率、頻譜帶寬是什么關系呢？
頻譜帶寬其實是通信信號的最高頻率與最低頻率的差值。信號的波特率越高，在通信信道中傳輸此信號時，占用的通信信道頻譜帶寬就越大。就好比，在運輸系統中，車型越大，行車占用的道路寬度就越大。
受硬件芯片處理速度的限制，為提升比特率，可通過提升波特率以及單個碼元比特位數，進而提升比特率。此外，通信系統還要求設備芯片波特率≥信號波特率 ，通常芯片波特率有45GB、 69GB、 96GB、 128GB。如果所設計的信號波特率大于設備芯片波特率，則說明此信號是無法實現的，因為沒芯片可以支持此信號的產生。
同時根據香農定理和經驗，信號所需的頻譜寬度數值應大于信號波特率的1.2倍，才能保證信號可以被高質量傳輸。在不考慮其它影響傳輸的因素，我們可以根據香農定理和經驗，粗略算出波特率與所需頻譜帶寬的關系。
展開 【AI+波浪補償】AR模型實時船舶運動預測中的尺度效應
這些具有不同頻譜特征的船舶運動數據集被用于實時預測模擬中。本研究探討了頻譜帶寬、峰值頻率和船體尺度如何影響預測性能，并根據數值模擬結果得出結論。預測精度與頻譜帶寬和峰值頻率呈負相關。在船體尺寸相同的情況下，AR模型對主尺寸較大的船舶性能較好。根據上述規律性，初步建立了評價最大可預測時長的經驗公式。
2018通信展丨5G站在“大門口”，有人歡喜有人憂
“大家都希望在3.5GHz頻段上拿到一個完整的100MHz的頻譜帶寬，但這個頻段上只有兩個100MHz的帶寬，所以分配出現了問題。”楊驊說，“如果頻譜不能盡早確定，基站和手機開發的頻段就不能確定，從確定頻段到生產都有一個周期要調整，因此解決頻譜分配是一個迫在眉睫的問題。”
如何使每一個運營商都能有足夠的頻譜帶寬，又能夠令三家建網成本相對均衡，這恰是考驗政府智慧之處。
楊驊認為，頻譜分配中不能采用絕對的平均主義。一是從前期推進看，中國未來將是最大的5G市場，諸多行業的轉型升級有賴于5G網絡支撐，因此，頻率的分配要本著如何保證我國在5G市場達到引領或者領先水平這一目標來衡量。二是要根據各運營商的實際需求出發來衡量，三個運營商現在發展不平衡，各自特點也有所不同，所以要根據各自業務特點和未來趨勢進行總體考慮。
在5G要邁入試商用門檻之時，與5G相關的資源爭奪會越來越激烈，這也是5G商用的必然結果。
展開 高通發布首個5G射頻模組，算不算5G時代的到來？
我們知道無線通信需要在某一具體頻段上傳輸信息，5G的三大業務場景(增強型移動寬帶、關鍵業務控制和海量物聯網)覆蓋的范圍更廣，需要更寬更高的頻譜，也就是更快的傳輸速率。而在通信行業，目前主流的提升速率的方法是增加頻譜的帶寬，但是目前常用的6GHz以下的頻段已經基本被占用了，因此人們想到了毫米波技術。
毫米波的波長在1-10mm，而頻率約為30GHz-300GHz，其中比較主流的頻段是28GHz或更高頻段，它對應的頻譜帶寬也是1GHz起，而4G-LTE可用的頻譜帶寬只有100MHz，帶寬相當于4G的10倍，自然能夠大大提高傳輸速率。另一方面，5G將提供更高級別的效率和能力，支持用戶體驗吞吐量提升十倍、端到端時延降低十倍、連接密度提升十倍，以支持更多的終端數量。這背后毫米波技術的重要性不言而喻。
高通本次發布全球首款5G射頻模組就包含針對毫米波頻段的集成方案，這說明高通對于毫米波的研究已經有深厚基礎。早在去年10月，高通就宣布驍龍X50 5G調制解調器芯片組在28GHz毫米波頻段上實現了5G數據連接。
另一方面，針對全球運營商對5G頻段部署的多樣性，在進行毫米波測試的同時，高通也積極推進6GHz以下的5G連接技術研發，也通過很多真實網絡模擬實驗，展示了基于6GHz以下及毫米波頻段的5G網絡能夠為用戶帶來的出色體驗，其中就包括在舊金山進行的模擬毫米波真實網絡實驗，下載速率從71Mbps提升到了1.4Gbps。
首個5G射頻模組，玄機在哪?
了解了毫米波的重要性，我們就可以看看這次高通發布的5G射頻模組，它包含兩個主要模組：
其一是QTM052毫米波天線模組，包含了從收發器到所有射頻前端的器件，還有電源管理IC以及天線本身，但“身型”很小，覆蓋的頻譜也是比較主流的毫米波頻段、是第一批商用的頻譜。
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中國北斗導航系統走向全球 它真能匹敵GPS嗎
這可能會降低精度，并占用更多的頻譜帶寬。相比之下，GPS設備不需要將信號傳回給衛星。世界安全基金會(Secure World Foundation)主任布賴恩·維登(Brian Weeden)表示：“開發和運行全球衛星導航系統非常困難。”
來源：網易科技
到底什么是CE、C++、C+L波段？
L波段1565nm到1625nm，如果按照1570~1611nm算，可用頻譜范圍大約是4.8THz。因此，C+L波段，可以實現192個波長，頻譜帶寬接近9.6THz，傳輸容量提升將近1倍。
畫一張圖，對比如下：
再列個表，更方便對比：
值得一提的是，C+L也有潛在的多種方案及頻譜邊界，例如：
C4T+L4T：1529~1561nm（4THz） + 1572~1606nm（4THz）
C6T+L6T：1524~1572nm（6THz） + 1575~1626nm（6THz）
大家應該也看出來了，其實L波段也有L++波段的，有時候也被稱為Super L Band。
▉ 結語
以上，就是C、CE、C++、C+L波段的區別介紹。
總的來看，光纖可用頻譜資源已經可以拓展到非常大的范圍。但是，想要真正實現，并沒有那么簡單。
最主要的挑戰，來自擴展頻譜對光器件的更高要求。
摻鉺光纖放大器（EDFA），光調制器等有源器件，WSS這樣的無源器件（受限于LCOS工藝），對新擴展的頻譜范圍并不能都直接進行支持，需要進行升級。尤其是L波段，在傳輸性能劣化方面更差，會增加運維復雜性，進而增加成本投入。
另一方面，關于頻譜擴展方案的具體標準，還有待進一步完善和明確。
總而言之，頻譜擴展是一條必經之路，但究竟這條路該怎么個走法，還需要時間告訴我們答案。
展開 RP 系列激光分析設計軟件 | 色散補償
信號的頻譜帶寬變大，從而導致更強的時間拓寬。
因此，一般來說，僅補償二階色散通常是不夠的，還需要處理高階色散。例如，在使用具有較大色散斜率的色散位移光纖時，如果只補償二階色散，就會出現問題。圖1顯示了 1550 nm 波長的單個 2 ps 脈沖在經過 10 千米和 50 千米這樣的光纖后產生的效果。結果的失真主要是未補償的三階色散造成的。
圖1:當僅對二階色散進行補償時，三脈沖在經過 10 千米（實線）和 50 千米（虛線）色散位移光纖傳播后的失真。模擬由 RP ProPulse 軟件完成。
由此產生的脈沖失真可能看起來很小。然而，以 160 Gbit/s 的間距對三重 2 ps 脈沖進行的仿真表明，即使在這種情況下，也會由于碼元間干擾而產生嚴重的信號失真。
圖2:僅對二階色散進行補償時，色散位移光纖 10 千米（實線）和 50 千米（虛線）后的脈沖畸變。
傳輸光纖的色散可以通過不同設計的光纖或其他光學元件進行補償。色散補償模塊（DCM）可包含長段色散位移光纖或啁啾光纖布拉格光柵等。后者的優點是結構緊湊，插入損耗相對較低。
在一定程度上，光數據傳輸系統中的色散影響也可以通過電子色散補償以經濟有效的方式得到緩解。
鎖模激光器中的色散補償
在用于產生飛秒脈沖的鎖模激光器中，由激光諧振器中的增益介質和其他光學元件引入的色度色散通常并不理想，因為它會導致產生的脈沖變寬和啁啾。雖然自然產生的色度色散通常處于正常色散狀態（至少對于在短波長下工作的激光器而言），但所需的色度色散可能接近零，甚至是反常的（對于在諧振器中形成準孑子脈沖而言）。這種色散值可以通過引入反常色散的光學元件來實現。在體激光器中，這類元件通常是特殊的介質色散鏡（如整體式 Gires-Tournois 干涉儀或啁啾鏡）或棱鏡對。
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超級紅外感知：讓你的世界多一種顏色
然而，非線性光學的相位匹配問題嚴重限制了上轉換技術的頻譜帶寬，往往需要復雜的串行采集才能覆蓋較寬的頻譜。
本文提出了一種基于絕熱頻率轉換的中紅外上轉換成像方案，采用低成本、高靈敏度的可見CMOS傳感器實現了中紅外多色成像，輻射波段范圍從2微米到4微米，全程無需調整轉換晶體的相位匹配條件。
圖2 多光譜物體中紅外成像
(a)目前應用最廣泛的熱成像，所得到的圖像是在光譜帶寬上集成的，因此缺乏顏色區分；(b)基于絕熱頻率轉換的上轉換成像，可同時對多個紅外波長成像，且成本低、靈敏度高、速度快。
圖源：Laser Photonics Rev. 2020, 14, 2000040，Fig.1
絕熱頻率轉換成像
本工作中，研究人員設計了絕熱和頻轉換晶體(ASFG)，可以消除激發光（1030 nm）與中紅外信號（2~4微米）之間的相位不匹配。將此晶體用于如圖3所示的成像系統中，即可將2~4微米的波長轉換到690~820納米之間，實現超寬譜帶范圍的上轉換成像。整個裝置采用波長為1030 nm，重復速率為2MHz的超快脈沖激光作為激發源，通過可調諧光參量發生器激發紅外發光以及絕熱和頻轉換過程。
圖3. (a)基于絕熱和頻轉換(ASFG)的上轉換成像裝置示意圖；(b)上轉換成像結果展示：從左到右原始發光波長分別為2.5 μm, 3.2 μm和3.8 μm，上轉換后波長在700 nm, 790 nm和810 nm。
展開 到底什么是RedCap？
RedCap主要針對的是帶寬、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之間的應用。它的帶寬和通信碼率低于eMBB，但是遠高于LPWA。它的功耗和成本高于LPWA，但是卻又遠低于eMBB。
RedCap的能力，非常“均衡”（黃色線是RedCap）
實際上，從目前的實際應用來看，RedCap并不是需求非常迫切的一項技術。
我之前和大家說過，物聯網分為高速、中速和低速。RedCap，實際上對應的更多是中速或中高速。目前，LTE Cat.1以及Cat.4，已經cover住了這部分需求。
“631”結構
專家們提出RedCap，是有長遠打算的。說白了，RedCap，更多是為將來4G LTE退網做準備。
當4G LTE退網，NB-IoT、eMTC、Cat.1、Cat.4都將不復存在。此時，RedCap就將起到替代的作用。
█ RedCap是如何實現低成本的？
來到本文的關鍵部分，RedCap究竟是如何被閹割Reduced的。
下面這個表格，顯示了5G RedCap設備和5G傳統設備之間的主要區別。
原圖來自愛立信（鮮棗課堂翻譯）
首先，RedCap的頻譜帶寬更小。在Sub-6GHz頻段，RedCap的帶寬為20MHz，小于傳統5G的100MHz。
其次，RedCap減少了收發天線數量，并降低了MIMO層數。對于Sub-6GHz頻段，RedCap終端的接收鏈路可減少為1個或2個，相應下行MIMO降低為1層或2層接收。這樣一來，就降低了對終端射頻收發信機和基帶處理模塊的能力要求。
第三，RedCap采用了64QAM這種更簡單的調制方式，同樣意味著對射頻和基帶的要求大幅降低。
展開 5G 產業鏈：基站天線和小基站爆發潛力大
5G的三個關鍵的效率需求包括頻譜利用效率、能耗效率和成本效率。
具體來說，5G在頻譜效率、能源效率和成本效率的提升需求在十倍甚至百倍以上，關鍵技術加速催化。
如下所示，5G的性能指標主要從用戶體驗速率(bps)、連接數密度(1/Km2)、端到端時延(ms)等方面提出要求。
其中，用戶體驗速率(bps)從4G時代的10Mbit/s升級至100Mbit/s，這對5G網絡覆蓋能力提出了全面升級的要求。
根據理論值計算，在越高的頻譜上傳播信號，信號損耗越高，所需要的基站數也需要越高。從連續覆蓋角度來看，5G的基站數量可能是4G的1.5-2倍。
截止2017年底，我國已搭建了328萬座4G宏基站，按照1.5倍的保守值計算，5G基站數至少在500萬座。
大規模天線(massiveMIMO)技術放大基站天線需求。從2G到4G，基站天線經歷了一體化宏基站、基帶處理單元和射頻拉遠模塊分離、MIMO天線、有源天線、MassiveMIMO等發展階段。
隨著4.5G和5G時代的到來，MassiveMIMO技術被引入，直接導致基站天線發展的三個趨勢:1)無源天線向有源天線發展2)光纖替代饋線3)RRH(射頻拉遠頭)和天線部分集成。
隨著通信網絡向5G的不斷演進，陣列天線(多天線空分復用)、多波束天線(網絡致密化)和多頻段天線(頻譜擴展)將成為未來基站天線發展的主要類型。
MIMO能夠充分利用空間資源，通過在底層物理設備中安裝多個發射與接收天線，使得信號能夠在多個天線之間實現多發多收，在不增加頻譜資源與發射功率的基礎之上，改善通信質量，拓寬通信信道，是后4G時代的關鍵通信技術。
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技術 | 光通信的最新技術趨勢
從底層技術來看，提升帶寬的主要手段，還是離不開最基礎的通信原理。
方法一，采用更先進的調制技術。
《超100G高速智能光網絡關鍵技術探討》，張德朝，中國移動
方法二，使用更大的頻譜帶寬。
一般情況下，波道采用C波段，頻譜資源是4THz。擴展為CE波段后，頻譜資源增加20%，為4.8THz。如果采用C++波段，是6THz。如果采用C+L波段，是11THz，相比C波段提升了175%。
《智能新光網，鑄就5G新基建》，劉哲，中興通訊
毫無疑問，這可以顯著提升光纖資源的利用率。
方法三，在芯片和算法上做文章。
《超100G高速智能光網絡關鍵技術探討》，張德朝
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中國移動
方法四，研發新型光纖，提高單根光纖中的纖芯數，或引入材料學技術，降低光纖傳輸過程中的損耗。
新型光纖
《超100G高速智能光網絡關鍵技術探討》，張德朝，中國移動
除了載波帶寬之外，節點的能力提升也是光網絡的關注重點。
這里就是之前我反復寫文章提到的全光網絡。通過ROADM、OXC等技術，將節點全光化，避免光電交叉轉換，減少環節，提升帶寬，降低時延。
OXC
《超100G高速智能光網絡關鍵技術探討》，張德朝，中國移動
目前，骨干網的全光化已經很大程度完成。后續就是城域網（先城域核心，再匯聚、接入）的全光化。
OTN/WDM的下沉，也是專家們關注的重點，一方面可以支撐帶寬增長需求，另一方面可以大幅節約光纖資源。
展開 混疊是什么，如何避免？
混疊是由于采樣率太低，而無法正確捕獲正確的頻率信息而導致采樣信號頻譜失真的效應。混疊導致高頻數據以比實際更低的頻率出現（如下如圖所示，實際紅色的高頻信號被采樣成綠色低頻曲線）稱之為“混疊”頻率。
在談到混疊之前，首先要明確幾個關鍵的名詞：
采樣率：每秒采樣的點數，采樣頻率是帶寬的兩倍。
帶寬：測量的頻率范圍，帶寬定義為采樣頻率的一半。
Span：其測量的頻率范圍不受抗混疊低通濾波器（即帶寬的無混疊區域）的影響，跨度是帶寬的80％。
奈奎斯特率：在不引入頻率誤差的情況下對信號進行采樣的最小頻率，奈奎斯特率是樣本中感興趣的最高頻率的兩倍。
為了正確地對輸入信號進行采樣，同時避免混疊，必須以奈奎斯特速率（或以上）采樣。在數據采集中，采樣頻率是指定帶寬的兩倍。但是，如果輸入信號包含高于指定帶寬的頻率內容，則該采樣頻率就不滿足奈奎斯特定理，也就是說會產生混疊。
當不滿足奈奎斯特定理時，帶寬以上的頻譜內容將圍繞帶寬頻率進行鏡像。這意味著高于帶寬的頻率內容X Hz將出現在帶寬以下X Hz。因此，較高頻率的內容會對稱出現在較低頻率處，或“混疊”頻率處，如下圖所示。
2 如何避免混疊
抗混疊濾波器是一種低通濾波器，可去除不符合奈奎斯特準則（即高于指定帶寬的頻譜內容）的頻譜內容。
展開 5G仿真解決方案之終端天線仿真關鍵技術 | 附最新白皮書下載
5G移動通信技術通過引入大規模MIMO技術、同時同頻全雙工 (CCFD)、CA技術，提高頻譜利用率以及頻譜拓展等技術，從而實現 “高速率、大帶寬、低時延、高可靠性” 的萬物互聯場景應用。
上述三大5G應用場景中的eMBB 場景主要提升以“人”為中心的娛樂、社交等個人消費業務的使用體驗，“高速率、大帶寬、低時延”正是提高個人用戶消費體驗的關鍵。而手機終端作為用戶體驗5G的重要載體，在5G時代下面臨著新的通信架構與設計挑戰。
汽車電子電動化與智能化的技術發展新需求和趨勢
圍繞信息展開的智能化對汽車電子技術需求主要體現在以下幾個方面：
1、高可靠、高帶寬、低時延信息傳輸技術
傳統的車載通信僅僅局限在車內通訊，使用總線、藍牙、WiFi等通訊方式，完成是的車輛系統內部的信息傳輸功能，但是在汽車智能化的背景下，車載通信模式也出現了向車際通訊、廣域通訊的方向發展的趨勢。V2X通信技術能夠為車輛的自動駕駛提供先驗信息，提高車輛環境識別效率和準確率，消除車輛視野盲點安全隱患，起到提高行車安全和疏導交通流量等作用。
V2X車聯網通信技術的通信需求包括：
1）極短的網絡接入時間；
2）低傳輸時延；
3）高傳輸可靠性；
4）高信息安全性和隱私保護；
5）在有限的范圍內，使頻譜再利用和低干擾；
6）擁有足夠的通信帶寬。
目前應用較為廣泛的通訊技術方案是DSRC和LTE-V。DSRC基于802.11p協議及其延伸擴展，起源于20世紀90年代，適合應用在V2V（車與車）和V2I（車與路邊設施）場景下，尤其是一些和安全相關的場景[16]，而且DSRC目前的技術成熟度和標準化程度也較高，但是它也存在可容納用戶數受限和商業化推廣困難等問題[17]。LTE-V是基于第四代移動通信技術的擴展技術，是專門針對車間通訊的協議而設計的V2X標準，目前的LTE-V版本屬于4.5G技術，未來可以平滑演進到5G，相較于DSRC，LTE-V的部署也更加容易，頻譜帶寬也可根據實際情況進行靈活分配，傳輸更為可靠，覆蓋范圍也可以更廣[18]。隨著今年以來5G技術開始步入商用時代，基于5G通訊的車聯網技術將成為網聯汽車信息傳輸最有效的解決方案[19]。
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