為了5G頻譜規劃應對2G清頻3G共享

李進良

【摘? 要】頻譜是公眾移動通信產業快速發展的基礎，5G頻譜需要低、中、高全頻段。然而所劃分的頻譜缺乏低端頻譜，急需2G退網清頻，加以重耕，3G頻譜資源利用走向共享。2G清頻可獲得黃金頻譜、技術創新與成本節約等紅利，是無線電應用領域必須遵循的新陳代謝規律，我國運營商與用戶都應力促2G清頻順利圓滿完成，這樣才能為5G的高速健康發展創造良好的條件。

【關鍵詞】5G;eMBB;mMTC;uRLLC;IMT;WRC

1? ?中國歷經1G-4G即將迎來5G

以蜂窩技術為基礎的公眾移動通信近30年間歷經4代：

（1）1980年代1G：第一代的AMPS、TACS、NMT等標準基于頻分多址（FDMA）技術，首先解決了動中通模擬話音。我國是從1987年廣州籌建900 MHz TACS模擬蜂窩網開始的，隨著2002年新年的鐘聲，中國1G網于2001年12月31日全面關閉，運營14年。

（2）1990年代2G：第二代的DAMPS、GSM、JDC等標準基于時分多址（TDMA）技術，主要解決了數字話音與低速數據。20世紀末殺出了一匹黑馬，美國高通公司獨創了碼分多址（CDMA）的數字蜂窩移動通信系統。歷經十年坎坷，多虧韓國攻克了CDMA技術的諸多問題，使用戶達到100萬，這時其優越性才得到全球業界公認。1994年7月中國聯通成立時，我國才開始籌建900 MHz GSM數字蜂窩網，中國電信晚一年也選擇了GSM，當時全國是統一的制式，至今運營25年。而CDMA是在美國的壓力下，由中國聯通于2002年1月8日開始引進建網;2008年電信重組時，并入中國電信，至今運營18年。1996年從中國電信分出中國移動專營GSM網之后，只準其專營日薄西山的固網電話。為謀生存，中國電信和中國網通于1998年1月打擦邊球從余姚開始運營所謂小靈通無線接入系統，到2002年造成了PHS這第三種2G全國網的出現，形成了GSM/CDMA/PHS三種標準并存的格局。2008年電信重組中國網通并入中國聯通，這樣PHS小靈通網就分屬中國電信和中國聯通兩家，鼎盛時期合計接近1億用戶，全國PHS小靈通基站100多萬個。2009年因發展3G的需要，工信部明確要求2011年底前完成1 900 MHz—1 920 MHz小靈通頻段的清頻退網工作，實際拖后到2014年12月31日終止小靈通服務，前后持續了17年。

（3）2000年代3G：第三代的WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三種標準都基于碼分多址（CDMA）技術，主要解決高速數據多媒體通信。我國2009年1月7日，國家最終決定同時發放這三種3G牌照給三大運營商，這在全球是獨一無二的，至今已運營10年。

（4）2010年代4G：第四代的LTE按照雙工方式可分為基于WCDMA的FDD-LTE和基于TD的TDD-LTE兩種，他們都基于正交頻分復用（OFDM）和多入多出（MIMO）技術，主要解決超高速移動互聯網通信的問題。TD-LTE正是沿著中國TD-SCDMA所開辟的新航線發展的后續演進標準，受到了中國多方關注，取得了顯著進展，與國際上的FDD-LTE并駕齊驅。中國4G的TD-LTE自2013年底同時給三大運營商發放牌照以來，我國移動通信產業實現了從“2G跟隨”、“3G突破”到“4G同步”的跨越，至今已運營5年，建成了全球規模最大的4G網絡。FDD-LTE晚一年發放牌照。

（5）2020年代5G：第五代全球統一標準，主要解決移動互聯網與物聯網通信。

當前，全球新一輪科技革命和產業變革正在孕育興起，跨行業、跨領域的融合創新不斷深入。5G作為新一代移動通信技術發展的方向，應運而生。將在提升移動互聯網用戶業務體驗的基礎上，進一步滿足未來物聯網應用的海量需求，與工業、醫療、交通等行業深度融合，為5G提供廣闊的前景。5G將以全新的網絡架構，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。當今全球5G發展，中國強在綜合實力，處于領先地位。2018年第一版5G標準在當年6月底正式凍結，我國5G中低頻譜劃定，運營商已獲準在相關頻譜上開展規模試驗。產業鏈頻頻在各大展會上展示各自的5G最新設備和解決方案，這些都預示著5G商用在即，通信業即將進入5G時代。可以預期隨著5G的正式商用，基于5G的突出優勢，首先在5G創新業務應用上出現全面爆發，隨著全國網絡部署覆蓋城鄉，到2025年中國社會將領先世界出現嶄新的面貌。

2? ?公眾移動通信頻譜

頻譜是公眾移動通信產業快速發展的基礎。WRC（World Radio Communications Conference，世界無線電通信大會）劃分的IMT（International Mobile Telecommunications，國際移動通信）頻譜隨著技術與市場的發展不斷擴展其頻譜范圍，并向高端延伸，具體如圖1所示：

2.1? 5G三大業務頻譜

5G網絡將來不僅用于人與人之間的通信，還會用于人與物以及物與物之間的通信和控制。5G性能提升至少十倍于4G，其流量超千倍增長，因此需要10倍以上的頻譜帶寬。5G數以千億的設備將接入網絡要滿足萬物互聯的不同場景，因此其頻譜需要面向低（0 GHz～3 GHz）、中（3 GHz～6 GHz）、高（6 GHz～86 GHz）全頻段。

5G業務大致可以分為3種場景：eMBB、mMTC和uRLLC。

（1）eMBB增強移動寬帶——使用低、中、高頻段

eMBB聚焦對帶寬有極高需求的業務，滿足人們對數字化生活的需求。移動互聯網將推動人類社會信息交互方式的進一步升級，為用戶提供虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、超高清（3D）視頻、移動云等更加身臨其境的極致業務體驗，將帶來未來移動流量超千倍增長，推動移動通信技術和產業的新一輪變革。

（2）mMTC海量機器類通信——使用低頻段

mMTC聚焦于對連接密度要求較高的業務，滿足人們對數字化社會的需求。移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境監測等將會推動物聯網應用爆發式增長，數以千億的設備將接入網絡，實現真正的“萬物互聯”，并締造出規模空前的新興產業。同時，也會給移動通信帶來新的技術挑戰。

（3）uRLLC高可靠低時延通信——使用低、中、高頻段

uRLLC聚焦對時延極其敏感的業務，滿足人們對于數字化工業的需求。低時延和高可靠性是自動駕駛、遠程控制等uRLLC業務的基本要求。車聯網業務在通信中如果受到安全威脅則可能會涉及到生命安全，因此要求高級別的安全保護措施且不能額外增加通信時延。

2.2? 中國各種移動通信標準的頻段與帶寬

已規劃總計687 MHz給IMT系統，包含5G的話總共為1187 MHz。

（1）FDD頻譜

FDD的頻譜劃分如表1所示：

（2）TDD頻譜

TDD的頻譜劃分如表2所示：

（3）5G頻譜

5G的頻譜劃分如表3所示：

2.3? 中國IMT系統頻率分配現狀

已分配517 MHz給三家運營商，運營8種網絡技術體制標準，含試驗使用的917 MHz。

中國移動GSM、TD-SCDMA、TD-LTE共245 MHz;中國聯通GSM、WCDMA、LTE（TDD/FDD）共162 MHz;中國電信CDMA、LTE（TDD/FDD）共110 MHz。

表4為三大運營商各種網絡標準頻譜分配，CDMA2000共享825 MHz—835 MHz/870 MHz—880 MHz頻段，2G的GSM1800與4G的（LTE FDD）共享1 710 MHz—1 735 MHz/1 805 MHz—1 830 MHz、1 735 MHz—1 740 MHz/1 830 MHz—1 835 MHz頻段，3G的CDMA2000與4G的（LTE FDD試驗）共享1 920 MHz—1 935 MHz/1 860 MHz—1 875 MHz頻段，3G的TD-SCDMA與4G的（TD-LTE）共享1 880 MHz—1 900 MHz、2 320 MHz—2 370 MHz頻段。

3? ?關停2G網絡的必要性分析

新加坡三家運營商已經在2017年4月1日關閉其2G網絡，禁止銷售純2G移動設備，對2G網絡使用的900 MHz和1800 MHz頻段進行重耕，用于移動寬帶服務。美國運營商一直在促使2G網絡用戶升級，開始關閉2G EDGE網絡，這激起了2G網絡在全球的退出波瀾。

筆者在2017年初發表了關停2G網絡建議系列文章，已引起相關運營商的關注。

中國的移動網2G有GSM、CDMA共2種標準、3張全國性網絡;3G有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA共3種標準、3張全國性網絡;4G有FDD-LTE和TDD-LTE兩種，也是3張全國性網絡，還有三家運營商建的都是無線局域網（WLAN），多年的發展形成了8種標準非常紛繁厐雜而且規模極大的格局，這在全球是獨一無二的，應該探討出一個逐步妥善解決的方案。當前全球移動通信4G達到鼎盛時期，正準備啟動向5G高歌猛進，GSM已經用了24年，CDMA也用了18年，因此已經到了將2G的3個全國性網絡進行清理退市的時候了。

接下來將分析關停2G網絡的好處和存在的問題。

3.1? 可獲得黃金頻譜紅利，縮小城鄉“數字鴻溝”

工信部2016年前已規劃給CDMA或GSM用的2G頻譜有825 MHz—835 MHz/870 MHz—880 MHz，共計20 MHz帶寬;885 MHz—915 MHz/930 MHz—960 MHz，共計60 MHz帶寬;1 710 MHz—1 755 MHz/1 805 MHz—1 850 MHz頻段，共計90 MHz帶寬。

而4G的TD-LTE具有頻譜效率高及成本低的優勢，可是TD-LTE的頻譜完全在1 900 MHz以上，具有頻譜資源分配不足及缺乏低端頻譜的劣勢。5G頻譜效率又比4G提升5～15倍，規劃的工作頻段是3 300 MHz—3 600 MHz和4 800 MHz—5 000 MHz，目前尚沒有任何低端頻段可用。為加快推進5G網絡建設和產業化發展，建議國家要盡快將2G退市的900 MHz與1 800 MHz的兩個黃金頻段，總計170 MHz帶寬，補充劃分并合理應用到4G/5G上來。

當前國內中小城市及鄉鎮4G多已覆蓋，人們都已享受其實惠方便的信息服務。農村和西部地區與城市和東部地區最大區別是地廣人稀、地形復雜，實施電信工程所鋪設的光纖線路投資很大，工程特別艱巨。如用現有4G的1 900 MHz、2 600 MHz頻段來解決低密度農村偏遠地區的覆蓋問題，也將大大增加網絡部署成本，限制提升單站覆蓋能力，這對于TD-LTE建設覆蓋全國農村、實現普遍信息服務是一個嚴重阻礙。如用5G規劃的3 300 MHz和4 800 MHz頻段，那問題就更加嚴重了。電波傳播特性好的低端優質頻率可以大大減少建網成本，提升技術與產業競爭力。以900 MHz、1 900 MHz、2 600 MHz三個頻段的路徑損耗來規劃設計農村地區為例，采用900 MHz頻段所用站點僅僅是1 900 MHz的30%、2 600 MHz的15%。采用900 MHz頻段所用投資僅僅是1 900 MHz的28%、2 600 MHz的13%。如以900 MHz 、3 300 MHz、

4 800 MHz三個頻段的路徑損耗來規劃設計農村地區，那差距就更加突出了。

為貫徹落實中央脫貧攻堅戰略部署，深入實施“寬帶中國”戰略，解決貧困村網絡覆蓋建設問題。建議將2G退市下來的800 MHz—900 MHz頻段，特別是450 MHz頻段用于解決電信普遍服務的問題，為網絡扶貧、縮小城鄉“數字鴻溝”提供重要頻譜資源。

3.2 可獲得技術創新紅利，實現“信息隨心至，? 萬物觸手及”

4G很多性能指標比2G成百倍地提高，僅以數據與語音為例：2G的GSM的峰值數據傳輸速率只有750 kb/s，上網看電影電視是不可能的;而4G的TD-LTE則升到100 Mb/s，大約提高了133倍，觀賞高清晰電影電視是家常便飯了。就語音來說，在典型配置下，單站并發用戶容量GSM只有42，而TD-LTE則高達1 200，提高了28倍，且VoLTE高清語音商用服務質量那就比GSM好多了。

而5G很多性能指標比4G有10倍以上的提高，如用戶體驗速率由10 Mb/s提高到100 Mb/s，部分場景達1 000 Mb/s;單用戶峰值速率由1 Gb/s提高到10 Gb/s，部分場景達20 Gb/s;連接數密度由每平方公里10萬提高到100萬;端到端時延由10 ms減少到1 ms;流量密度由每平方米0.1 Mb/s提高到10 Mb/s;移動性由每小時350 km提高到500 km;頻譜效率提升5～15倍;能源效率（bit/J）提升百倍以上;消費者將體驗到幾秒鐘下載一部電影、4k超高清視頻同時多路流暢放映、VR/AR實時直播。移動互聯網將推動人類社會信息交互方式的進一步升級，為用戶提供VR、AR、超高清（3D）視頻、移動云等極致業務體驗，最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

3.3 可獲得成本節約紅利，免費享受親臨其境的視覺盛宴

2G退網下來的頻率、站址、天面、傳輸線路、電源等資源都是寶貝，盤活起來可以發揮更大的作用。由于移動通信的系統設備與終端設備都是建筑在集成電路的基礎上，按照摩爾定律每隔2～3年芯片集成密度加倍，處理機速度加倍，芯片成本減半。拿性能價格比來衡量，GSM提供每Mb/s忙時吞吐能力需28 667元，而TD-LTE則只要1 944元，成本節約高達到93%，具體如表5所示。

而5G成本效率（bit/Y）每單位成本所能傳輸的比特數，將提升百倍以上。

所有這些紅利總和的體現就是老百姓可以獲得優質信息服務與低廉信息消費的實惠，具體就是可以買到幾百元的智能手機，每月只花幾十元的電信資費，與親朋視頻聊天個把小時，猶如面對面促膝長談，從此天涯若比鄰。在家可以欣賞精美的圖片、視頻，通過VR/AR猶如將巨幕電影院搬回家，身臨其境欣賞美景。

3.4? 不關停2G網絡的問題

由于GSM系統設備已經使用20多年，逐漸老化，故障不斷，需要比新建網時投入更多的維護才能保持正常運行。而原有眾多的2G用戶多已升級為3G/4G了。2G用戶越來越少，實際使用的2G業務量也越來越少，2G所貢獻的資費也越來越少，所獲得的收入就很難滿足維護的支出，這樣所提供的語音業務質量也就越來越差，不是打不通，就是聽不清。再有原來制造2G系統、終端和零部件的廠家由于市場萎縮或者轉產或者破產，那么原來儲備的更新或維護的設備器件消耗殆盡之后，又很難得到補充，這就雪上加霜，2G通信質量的惡化就很難避免了。權衡2G關停并轉的利弊得失，只有妥善關停，積極升級才是對運營商與用戶雙贏的好出路，何苦要拖著個老牛破車熬日子呢！

新陳代謝是自然界、人類社會都必須遵循的規律，2G清頻退網也一樣是無線電應用領域必須遵循的新陳代謝規律，我國運營商與用戶都應認識這一規律，首先是運營商要明確清頻退網的目的，做好清頻退網規劃，認真汲取三次清頻退網的經驗教訓，切忌猶豫觀望，裹足不前;其次要處理好網絡運營商與終端用戶的關系，應向2G用戶做好清頻退網的宣傳工作，切忌不做調研，倉促蠻干，要嚴格執行國家制定的實施法規，力促2G清頻順利圓滿完成，這樣就可以為5G的高速健康發展創造良好的條件。