频谱到底如何规划,5G才是一出好戏
【慧聪通信网】5G是面向2020年以后移动通信的需求而发展的新一代移动通信系统，ITU对5G系统提出了重要指标，即峰值速率达到10Gbit/s~20Gbit/s、用户体验速率达到1Gbit/s、流量密度达到10Mbit/s/平方米、空口时延低于1ms、端到端时延小于10ms、连接密度达到百万连接/平方公里。
随着网络流量和连接终端数的增加，现有的4G网络系统无法满足用户和业务对移动通信网络的需求，特别是5G网络构建的eMBB(增强的移动宽带)、uRLLC(低时延高可靠)和mMTC(低功耗大连接)三大类典型应用场景。可以预见，未来移动宽带的应用需要更多的频谱。
为满足上述应用场景需求，5G需要统筹考虑涵盖低、中、高频段在内的全频段组网方式，即低频段作为覆盖层提供广覆盖和深度覆盖，中频段作为连续的容量层，而高频段作为热点容量层解决容量需求。目前3GHz以下的低频段可以满足广域和深度的覆盖，能满足mMTC场景需求;3GHz~6GHz之间的中频段可以满足uRLLC场景需求;6GHz以上及24GHz以上高频段具有大带宽及极高的传输速率，可以满足eMBB场景需求。
本文结合国内外5G频段分配研究进展，分析国内频段划分现状，给出6GHz以下和24GHz以上5G系统高中低频段的分配进展，并重点探讨700MHz及2600MHz频段在5G系统使用的可行性。
5G频段划分现状
自2012年以来，国际电联就启动了5G愿景、未来技术趋势和用频需求等方面的前期研究。2015年，国际电联发布了5G愿景建议书和标准化工作时间表，并将5G正式命名为IMT-2020，预计将于2020年全面商用5G。移动通信的演进发展离不开频谱资源的保障。在未来5G时代，要实现更大的带宽、更短的时延和更高的速率，要实现数以亿计各类设备的互联，要满足几何级急剧增长的数据流量，自然需要更多的频谱资源提供保障。据ITU-R(国际电信联盟无线电通信组)预测，未来5G的频谱需求量为1490MHz~1810MHz，而目前各国分配的可用频率通常在几百MHz量级，其需求将大大超过2G、3G、4G所用频率的总和，是不折不扣的“用频大户”。
目前移动通信传统工作频段十分拥挤，6GHz以下的中低频谱资源非常稀缺，而大于6GHz的高频段可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张现状，可以支持极高速短距离通信。2015年WRC-15中产生的AI1.1议题为IMT新增了6GHz以下的频段为470MHz~698MHz、1427MHz~1518MHz、3300MHz~3400MHz、3600MHz~3700MHz、4800MHz~4990MHz;而6GHz以上的候选频段为24.25GHz~27.5GHz、31.8GHz~33.4GHz、37GHz~40.5GHz、40.5GHz~42.5GHz、42.5GHz~43.5GHz、45.5GHz~47GHz、47GHz~47.2GHz、47.2GHz~50.2GHz、50.4GHz~52.6GHz、66GHz~76GHz、81GHz~86GHz。
鉴于6GHz以下的中低频段覆盖好、衰减小、绕射性能好，世界各国逐步聚焦于3400MHz~4800MHz为5G的中低频段;而6GHz以上高频段，路径衰耗大、绕射性能差，除考虑24.25GHz~27.5GHz频段外，各国运营商们还对31.8GHz~33.4GHz比较关注，而美国和韩国则在WRC-15上力推27.5GHz~29.5GHz，这也有可能是今后的一个5G频段。在国内，2017年6月工信部结合国内频谱使用现状，对3300MHz~3600MHz和4800MHz~5000MHz频段作为5G中低频段(6GHz以下)及对24.75GHz~27.5GHz和37GHz~42.5GHz作为5G高频频段(6GHz以上)公开征求意见。
国内5G频段分配进展
为适应和促进5G系统在我国的应用和发展，根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，结合我国频率使用的实际情况，2017年11月9日工信部正式发布了5G系统在3000MHz~5000MHz频段(中低频段)内的频率使用规划，我国成为国际上率先发布5G系统在6GHz以下中低频段内频率使用规划的国家。
规划明确了3300MHz~3400MHz(原则上限室内使用)、3400MHz~3600MHz和4800MHz~5000MHz频段作为5G系统的工作频段;规定5G系统使用上述工作频段不得对同频段或邻频段内依法开展的射电天文业务及其他无线电业务产生有害干扰;同时规定，自发布之日起，不再受理和审批新申请3400MHz~4200MHz和4800MHz~5000MHz频段内的地面固定业务频率、3400MHz~3700MHz频段内的空间无线电台业务频率和3400MHz~3600MHz频段内的空间无线电台测控频率的使用许可。国家无线电管理机构将负责受理和审批上述工作频段内5G系统的频率使用许可，相关许可方案、设备射频技术指标和台站管理规定另行制定和发布。
如今，备受业界关注的3000MHz~5000MHz频段5G系统频率规划已经尘埃落定。回头来看，3000MHz~5000MHz频段5G系统频率规划之所以能水到渠成，一个重要因素是我国无线电主管部门超前研判，在国内与相关部门进行了大量协调，在国际电联层面做了大量前瞻性的工作，从而为3000MHz~5000MHz频段相关频率最终被规划为5G系统用频铺平了道路。
针对6GHz以上的高频率频段，我国目前重点关注26GHz和40GHz的兼容性研究工作;对24.75GHz~27.5GHz/37GHz~42.5GHz频段，目前开展5G技术研发和电磁兼容试验;对20GHz~40GHz频段目前探讨室外eMBB场景下应用。除此之外的其他高频段，分配及用途详情见表，国内正在开展议题等相关兼容性研究工作，并加强与民航、广电、交通、气象、航天、军队等众多部门协调，对于卫星间、卫星固定(地对空)更要立足于全球角度去考虑，推动全球或区域频率一致性。
表目前6GHz以上高频段分配情况及用途
700MHz及2600MHz频谱划分探讨
与4G不同，5G依据其频谱差异化的衰减特性，将3GHz以下低频段(例如700MHz)作为覆盖层使用，将3GHz~6GHz中频段作为广覆盖层、热点区域容量层，它既能用于区域的广覆盖，又能用于网络容量的需求，以达到最佳平衡点;将6GHz以上及24GHz以上高频段作为超大容量层，用于满足大容量、高速率的业务场景需求，如eMBB场景需求。
700MHz(698MHz~806MHz)频段具有信号传播损耗低、覆盖广、穿透力强、组网成本低等优势特性，被称为“数字红利”。随着全球广电行业模转数进程的加快，700MHz频段被逐渐释放出来用于发展移动通信。我国700MHz频段由中国广播电视网络有限公司经营广播电视业务，业务单一，因此700MHz频段的整体利用率较低。
由于700MHz频段可用频谱较宽、传播特性好、建网成本低，如果用于5G网络部署，可以节约上千亿元的投资，并且能快速组建一张比GSM网络覆盖性能更优的网络，加快我国5G网络的建设任务，使我国的5G产业化、商业化步伐全面加快，处于世界领先地位。
另外，除广电的700MHz频段外，目前三大运营商所运营的2600MHz频段，清退频段后，也是5G网络组网的优势频段。完整的2600MHz包括A频段(2500MHz~2555MHz)、B频段(2555MHz~2575MHz)、C频段(2575MHz~2635MHz)、D频段(2635MHz~2655MHz)和E频段(2655MHz~2690MHz)等五个连续频段共计190MHz。目前，B频段、C频段、D频段已经分别分配给中国联通、中国移动和中国电信，只剩下A频段的55MHz和E频段的35MHz未实施分配。
700MHz及2600MHz都是5G网络组网的优势频段，但是目前这两个频段分别被广电和三大运营商占用，并且运营相关业务。因此，对于700MHz及2600MHz频谱重耕用于5G网络部署，建议需要注意三个问题。
一是广电会不会心甘情愿地把700MHz拿出来共享。早在2016年，广电总局党组会议明确将700MHz频段划给中国广播电视网络有限公司，并成立“中广移动”负责700MHz频段的运营。目前广电主要把700MHz频段运营有线电视以及固定宽带网络业务，而且是条块分割的，没有充分利用好700MHz资源，建设支撑全业务的、可管可控的广播电视双向网络，造成资源浪费。知名电信业自媒体人函元就曾撰文强烈呼吁，“叫停中广移动公司的成立，把700MHz频段拿出来，国家重新规划，重新利用”。
二是三大运营商的选择。完整的2600MHz频段只有190MHz带宽，目前B频段、C频段、D频段已经分别分配给中国联通、中国移动和中国电信，只剩下A频段的55MHz和E频段的35MHz未实施分配。按照5G标准及协议，其带宽容量至少为100MHz。如果重耕2600MHz频段用于5G网络建设，那么只能由一家运营商运营该频段，这就显得僧多粥少了。因此，2600MHz频段花落谁家是国家有关部门值得深思考虑的一个问题。
三是重耕2600MHz频段组网考虑。虽然2600MHz频段具备一定的容量和覆盖能力，具备室外连续覆盖的可行性，但是其上行覆盖受限于终端能力及功率等，上行覆盖能力较弱。上行覆盖相对于1800MHz相差4dB，相对于800MHz更是相差10dB以上。另外，2600MHz频段目前用于4G网络的容量需求，如果重耕后用于部署5G网络，那么就要进行4G/5G的混合组网，鉴于产业链条的成熟度及组网的复杂度，混合组网需要慎重考虑。
在经历了“2G跟随、3G突破、4G并跑”的发展历程后，我国在5G技术和标准方面一直是引领者之一，在频谱分配及产业方面也处于领先地位。但5G志在“万物互联”，对覆盖要求高，必须采用高中低频段结合的多频建网方式支撑5G特色场景业务需求，这将对其频谱分配带来严峻的挑战。通过分析国内5G频谱在6GHz以下及6GHz以上分配的进展，及探讨重耕700MHz及2600MHz频段用于5G组网，并提出建议性问题，希望对后续专注5G频谱规划的研究者有所帮助。
