擴充和深耕頻率，保障無線寬帶發展

徐小超

（中國移動通信集團公司，北京 100033）

1 頻譜資源是發展無線寬帶的基礎

2013年，我國發布了“寬帶中國”戰略 。近期，國務院辦公廳發布《關于加快高速寬帶網絡建設推進網絡提速降費的指導意見》首次提出，“寬帶網絡是國家戰略性公共基礎設施”，要“加快基礎設施建設，大幅提高網絡速率”。寬帶網絡作為國家戰略性的公共基礎設施，是支撐移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等新一代信息技術發展的基礎。作為寬帶發展的兩個重要方向之一，無線寬帶與光纖寬帶同等重要，并且在移動性上更具有優勢。

頻譜作為無線寬帶的數據載體，是發展無線寬帶的必備條件，是不可再生的戰略資源。近年來，隨著移動互聯網的高速發展，無線通信數據量呈現出爆炸式的增長態勢。根據IMT-2020（5G)推進組發布的《5G愿景與需求白皮書》，預計我國2010～2020年移動數據流量將增長300倍以上，2010～2030年將增長超4萬倍。發達城市及熱點地區的移動數據流量增速更大，2010～2020年上海的增長率可達600倍，北京熱點區域的增長率可達1 000倍。

10年間數據流量增長1 000倍是全球性的趨勢，滿足流量增長的總體思路可以概括為頻譜數量擴充10倍、新技術提升效率10倍、網絡優化挖潛10倍。因此，除了移動技術向5G演進外，通信產業面臨前所未有的頻譜短缺困境，迫切需要為移動通信劃分更多的頻譜資源；同時，運營商也需要對已建網絡進一步優化，對已有頻譜采用效率更高的技術，深耕細作，才能滿足飛速發展的業務需求。本文主要從加大規劃力度、擴充移動頻譜資源和深耕頻率資源、挖掘潛力兩個方面展開論述。

2 我國移動通信頻譜資源現狀

我國政府一直在頻率資源上支持移動通信產業的發展，特別在TDD頻譜資源上，有力的推動了我國主導的創新技術TD-SCDMA和TD-LTE產業的發展和壯大。截至目前，我國已規劃了687 MHz的帶寬資源供國際移動通信（IMT）系統使用，其中包括了FDD頻率342 MHz、TDD頻率345 MHz。在規劃的基礎上，我國政府為3家運營商共分配了477 MHz頻率（FDD頻率272 MHz、TDD頻率205 MHz），具體頻段以及使用制式如表1所示。

正是這些頻段資源的有效利用，促進了我國10多年來移動通信大發展的局面，然而與全球其他國家運營商比較，我國運營商在大致相同的頻譜數量上承載了遠遠大于其他國家的用戶數量，最直接的結果就是我國的基站密度全球最高，大城市站間距在100～150 m的比重非常之高。

我國在資源方面總量和配置存在幾方面較為突出的問題。第一，我國的未來移動通信頻譜資源數量缺口巨大。根據國際電聯WRC-15議題頻譜需求國內研究組的研究結果，我國2020年頻譜需求預測結論為1 490～1 810 MHz，我國目前規劃了687 MHz的帶寬，缺口在800～1 100 MHz的規模，將遠不能滿足我國5年后的移動通信發展，迫切需要為移動通信尋找更多的頻率資源。國際電聯WRC-15在本屆大會的最重要議題就是為移動通信尋找新的頻譜資源。第二，雖然TDD頻譜在規劃總量上已超過FDD頻譜，但目前已分配TDD頻譜中有70 MHz僅室內使用（占已分配總量的34%），無法用于室外宏覆蓋，使用場景非常有限；并且TDD頻譜全部集中在高頻段，缺乏1 GHz以下的低端頻率。第三，我國1 GHz以下的優質移動頻譜資源主要用于GSM等2G網絡，而4G網絡則采用1.8 GHz以上的更高頻譜，這十分不利于LTE網絡的快速部署和廣覆蓋。

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3 擴充頻譜資源，保障寬帶戰略基礎

根據上文分析，我國的IMT頻譜需求仍存在800～1 100 MHz的巨大缺口，移動通信產業即將面臨前所未有的頻譜資源短缺的困境，迫切需要挖掘更多的頻譜資源用于移動通信產業。

國際上很多國家在面臨頻譜短缺時都明確了相應的計劃，美國2020年新增500 MHz用于無線寬帶；英國2020年前新增500 MHz；日本2020年前新增1 700 MHz；韓國2023年前新增1 000 MHz頻譜給移動寬帶。這些發達國家正是認識到頻譜是國家寬帶戰略的基礎資源，才從國家戰略的高度為無線寬帶發展劃分充足的頻譜。

為了使我國寬帶網絡的戰略性基礎設施地位得到落實，國家必須從戰略的高度，統籌協調需求不斷增長的通信行業與業務重要但需求漸弱的衛星、廣播等行業矛盾以破解頻譜規劃困局。作者認為可以采用以下的解決方式：在近中期，完成我國已標識IMT頻譜的規劃和分配，滿足近中期業務發展；遠期，加大力度協調國內衛星、廣播、定位等業務部門，大力推進新的專用IMT頻譜國際劃分和國內規劃，同時推動與其它業務高效共存新技術的發展。

3.1 已標識IMT頻譜的國內規劃

在2007年世界無線電大會（WRC-07）上，698～862 MHz（UHF）頻段，3 400～3 600 MHz（3.5 GHz）頻段以及450～470 MHz頻段被標識給了IMT系統,我國也以增加腳注等方式將這3段列為IMT頻譜。當前應加大與衛星、廣播部門的協調力度，盡快完成這3段頻譜的國內規劃。

3.1.1 UHF頻段

我國的UHF頻段主要為698～806 MHz（700 MHz）頻段，從我國目前現有的頻率資源分布來看，UHF頻段不僅提供了大帶寬，又由于其頻段低、覆蓋性能好，因此是最適合多快好省發展4G網絡的優質頻段。

根據單站法線拉網的實測對比結果（如圖1所示），700 MHz在相同位置上的平均信號強度比同站2.6 GHz頻段在室外高20 dB、室內高25 dB。因此使用700 MHz頻段建設寬帶網絡，可以有效的減少運營商的建網成本，提供更優質的深度覆蓋，同時也可以快速為農村等欠發達地區提供移動互聯網和寬帶信息服務，快速消除城鄉數字鴻溝。

700 MHz頻段可選的規劃方案主要是亞太FDD規劃（703～748 MHz/758～803 MHz）和亞太TDD規劃（703～803 MHz）。亞太FDD方案目前受到較多國家的支持，已完成拍賣并開展部署的國家和地區有日本、澳大利亞、新西蘭、智利等，產業鏈也初具規模；亞太TDD方案由我國主要推動，產業鏈仍處于起步階段。如果我國盡快給TD-LTE規劃優質的700 MHz頻率，將會促進TD-LTE市場的迅速發展，構造TD-LTE在全球市場和產業的競爭優勢，并且讓我國廣大用戶盡快享受優質的寬帶移動服務，尤其是欠發達地區可以盡快通過提升信息化水平促進經濟發展。

圖1 700 MHz與2.6 GHz的覆蓋對比

3.1.2 3.5 GHz頻段

WRC-07上，3 400～3 600 MHz頻段通過腳注的形式標識給了IMT，我國也是加入腳注的國家之一。3.5 GHz頻段由于帶寬優勢已成為全球極具潛力的寬帶移動頻段。國際上，日本已將3 480～3 600 MHz總計120 MHz TDD頻譜分配給3家運營商，歐洲CEPT完成了3 400～3600 MHz的IMT規劃方案，TDD和FDD兩種規劃方案并存。加拿大分配3 475～3 650 MHz共計175 MHz為IMT使用頻段。在全球范圍內，3.5 GHz頻段有可能成為全球統一規劃的TDD頻段，是TDLTE未來發展的關鍵點。

雖然大多數國家都認為3.5 GHz頻段更適用于TDD，但現有已部署3.5 GHz頻段TD-LTE網絡規模較小，且傳統FDD運營商和廠商正在歐洲管理機構積極推動將3.5 GHz頻段用于FDD擴展下行，未來3.5 GHz頻段是否可大規模用于TD-LTE存在較大風險。為抓住3.5 GHz頻段TD-LTE發展的關鍵時間窗口，我國迫切應該加大與衛星部門的協調工作，盡早完成該頻段的規劃方案，以爭取占據國際移動通信產業發展的先機。

3.1.3 450 ～470 MHz頻段

450～470 MHz頻段是更適合作為廣覆蓋的低端頻譜，特別適合在農村等偏遠地區的部署，但由于帶寬限制并且在我國457.2～458.675 MHz/467.2～468.675 MHz頻率為鐵路調度系統，短期之內不太可能全部規劃為IMT業務使用，因此能提供的容量較為有限。

3.2 已規劃尚未分配IMT頻譜的應用

當前，我國已規劃但未分配的頻譜仍有210 MHz的頻率資源，除去保護帶等因素的考慮，可分配頻譜仍有100 MHz以上的頻譜可用，重點集中在1.9 GHz頻段（Band 39）和2.6 GHz（Band 38）的TDD頻段以及2.1 GHz（Band 1）的FDD頻段，特別需要指出的2.1 GHz頻段是我國規劃未分配頻段中的最后一段未分配的FDD優質頻段。

上述3段頻譜目前都是潛在的4G網絡使用頻段，并且已具有非常好的產業鏈基礎。網絡設備方面，截至目前，中國移動利用1.9 GHz頻段和2.6 GHz頻段建設TD-LTE基站超過86萬個，已充分推動這兩個頻段TDLTE設備的成熟。此外，截至2015年4月，世界范圍內已經共有2.1 GHz商用LTE FDD網絡11張，已擁有非常高的國際產業支持度。終端方面，截至2015年4月，全球共發布終端2 919款；而Band 1、Band 39和Band 38的終端分別為998款、570款和685款；特別是Band 1終端數已位列前3，因此終端產業鏈也已完全具備支撐這3段頻譜進一步發展4G網絡。

這3段剩余頻譜若分配給運營商，將很快能得到迅速應用，以進一步擴展我國4G網絡的承載能力。

3.3 遠期IMT頻譜推進

ITU把為移動通信尋找新的頻譜資源，列為2015年世界無線電通信大會（WRC-15)的首要議題。該議題對各國的移動通信發展具有極為重要的意義，在全球或者區域范圍內爭取統一的頻譜劃分，有利于降低移動通信系統的研發成本、形成規模效應、促進寬帶移動通信產業發展。同時頻譜劃分實際暗藏著各個國家在相關技術上的布局，當前頻譜劃分不僅能為迅速發展的4G系統找到新的突破口，也可以為未來5G系統知識產權布局和產業化奠定基礎。

我國的遠期頻譜推進目標應該是一方面在未來5年內規劃出800～1 100 MHz新的IMT頻譜，一方面考慮5G方面的布局。當前我國向ITU提交了包括3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz和4 800～4 990 MHz等候選頻段的建議。除此之外，考慮到衛星固定業務逐步升級到Ku和Ka頻段的國際大趨勢以及IMT產業的規模效應，C波段下行的其余頻段，如3 600～3 800 MHz頻段等也是非常適合作為移動通信的候選頻段。隨著C波段下行頻率資源逐步轉移到IMT產業，對應的C波段上行頻率（5 925～7 025 MHz）資源也將逐步釋放，我國未來進一步也可考慮釋放C波段上行作為IMT候選頻段。

WRC-15完成1.1議題的同時，還將討論WRC-19的相關議題設置。WRC-19的頻譜規劃將直接會為2020年后到來的5G服務。5G時代吉比特量級的用戶速率體驗對IMT網絡的部署帶寬提出較高的要求，此時除了低頻段頻率外，后續必須引入高頻段頻率（毫米波頻段)才能滿足頻譜需求。

3.4 頻譜共享技術的推進分析

隨著各項業務對頻率需求越來越多，未來可能很難再通過授權分配的方式獲取新的IMT頻率資源。此時，頻譜共享技術是更遠期IMT獲取新頻譜的有效補充方式。

3.5 授權頻譜接入（LSA）

LSA通過授權的方式，使得IMT系統靈活的使用尚未分配給移動通信業務的頻譜，并有一定的QoS保證。IMT系統可以通過LSA數據庫與管理機構或第三方監管機構系統相連接，獲知何時、何地、何頻率可以使用的信息，與原有業務在時、空、頻域等維度上進行協調使用。比較適合應用LSA頻譜包括被ITU規劃為IMT使用，并且已經在一些國家地區被IMT使用，但原有業務清頻需要較長時間的頻譜；以及共用業務的使用率較低，并且有明顯的時間和地域特性的頻譜。

LSA已成為國際頻譜領域的熱點問題之一，對運營商而言，采用LSA技術，能夠在保證網絡質量的情況下，及時獲得已規劃但未分配的頻譜，大大降低運營商使用頻譜的協調、時間成本，具有應用前景和實際意義。但同時該技術仍需要得到廣泛的驗證，并且與頻譜管理政策息息相關，因此我國引入該技術目前還需要較長時間。

3.6 免授權的頻譜共享（LTE-U）

LTE-Unlicensed（LTE-U）是將LTE系統部署在5 GHz非授權頻段上的一種技術手段，未來也將是擴充頻率資源的研究熱點，將有望成為運營商的低成本、高性能／收益比的數據分流方案。當前，包括中國在內的眾多國家都為WLAN規劃了大量非授權頻段，但是WLAN系統采用基于競爭方式，運營商密集部署時干擾導致性能急劇下降，熱點區域用戶體驗較差，頻譜利用率低且WLAN業務收費普遍較低，利潤低下。

LTE技術比WLAN系統可靠性和性能都更高，可以為用戶提供更高的業務速率，并且LTE干擾協調技術更具有優勢，可以有效保證多用戶同時高效通信。在應用上，運營商可以將非授權頻率與已有的授權頻率使用載波聚合技術有機結合起來使用，利用授權頻率保證用戶的基本業務質量，非授權頻率提供額外的增值體驗。

4 深耕頻率資源，支撐運營

頻譜資源歸根到底仍是有限資源，運營商用新的頻譜資源擴充缺口的同時，更重要的是深耕頻率資源，打造精品網絡,保障用戶隨時、隨地接入網絡，為用戶提供優質的覆蓋和容量服務。

4.1 加速網絡演進，推動融合組網

運營商深耕頻率的一個主要手段是通過加速網絡演進，推動TDD/FDD的融合組網，提升頻率利用率。ITU在WRC-07大會上通過決議，確定新劃分的IMT頻率不再區分具體技術，統一劃分給IMT技術使用，后續各國政府和管理機構大都逐漸放松對頻率使用技術的管控，也使得運營商紛紛開始頻率重耕，向頻譜利用更高的制式演進。頻率重耕的驅動力還在于運營商可以充分利用原有2G網絡l GHz以下優質的頻率來加快新網絡部署，擴大和完善網絡覆蓋，降低建設和運維成本。表2是根據理論計算各頻段之間在覆蓋農村時所需的站點對比，可以發現900 MHz的覆蓋優勢明顯。

我國也可借鑒相關經驗，采用更加寬松、靈活的頻譜管理手段，政府管理機構只指定頻段間、運營商間的共存管理指標和建站要求等，不再管理具體頻譜使用技術，允許運營商根據市場需求靈活選擇更有競爭力的技術，全面挖掘頻譜效力，促進市場競爭，也進一步促進TDD/FDD融合網絡的發展。

FDD/TDD融合發展是未來頻率利用的重要趨勢。FDD/TDD融合發展也是同時擁有FDD和TDD頻率運營商的必然選擇。通過融合可以更好地發揮FDD和TDD各自的頻率和技術優勢。如利用成對的FDD頻率承載話音等上下行對稱業務，利用TDD頻率承載視頻點播等非對稱數據業務，發揮TDD上下行時隙靈活配置的優勢，可最大限度地提升已有頻率的利用效率。圖2是典型的高低頻段應用的TDD/FDD融合網絡方案，FDD 900 MHz頻段保證覆蓋，2.6 GHz頻率提供熱點容量，同時TDD和FDD載波采用載波聚合技術，為用戶提供高速網絡服務。

表2 各頻段的覆蓋對比（900 MHz為基準）

圖2 典型的高低頻段應用的TDD/FDD融合網絡

4.2 挖掘網絡效力、降低干擾影響

運營商深耕頻率的另一主要手段是通過網絡的不斷優化，挖掘網絡的效率，確保頻率的有效使用，使得優化后的網絡達到最佳的系統覆蓋、合理的鄰區優化、均勻合理的基站負荷等目標。同時，未來組網的趨勢必定會改變傳統的僅有宏基站組網的組網方式，而是用宏基站（Macro)、微基站（Micro)、微微基站（Pico)、家庭基站（Nanocell)的混合布局形成異構網絡，這種LTE異構網絡將實現容量的下沉，更高效的利用頻率，更能為用戶提供更優質的寬帶使用體驗。

同時，各運營商部署了大量各種制式的無線網絡，小區半徑也越來越小，網絡底噪不斷抬升，干擾問題也越來越復雜，同時4G系統對干擾更加敏感，干擾將直接造成大量的容量損失。目前系統面臨著較多的外部干擾，外部干擾主要來源有阻塞干擾、雜散干擾、諧波干擾和互調干擾等類型，而產生上述干擾的根源主要有包括頻率因素、設備因素和工程因素等。

以中國移動的1 800～1 900 MHz頻段的TD-LTE為例，潛在受到的干擾包括了鄰頻1.8 GHz頻段GSM系統以及LTE FDD系統的雜散干擾、LTE FDD系統的阻塞干擾、GSM900系統的互調和諧波干擾等。與這些系統共站建設時，就有可能發生TD-LTE系統被干擾的風險，但如果各運營商及鐵塔公司在網絡建設規劃和日常優化時，做好設計和協調，保證系統間的隔離度，就可以避免相關干擾風險，從而保證網絡容量，提升用戶體驗。

5 結束語

綜上所述，為保障無線寬帶的發展，IMT頻譜資源的擴充和深耕必不可少。首先在擴充IMT頻譜上，需要政府主管部門加大與其它非IMT業務部門的協調力度，促進更多頻譜的盡快釋放；其次在深耕IMT頻譜上，需要電信運營商進一步探索管理創新、精耕細作，實現對頻率資源的精細化管理，才能保障寬帶中國戰略的真正落地。