5G/B5G移動通信網絡頻譜資源分配研究*

曹 倩，王海玲

（中國電波傳播研究所，山東 青島 266107）

0 引言

我國移動通信經歷了2G跟隨、3G突破、4G同步，5G引領、B5G超預期的重大轉變。國家高度重視5G/B5G移動通信發展，工信部、科技部、發改委共同組建了IMT-2020推進組，部署5G/B5G發展戰略，推動5G/B5G技術自主研發，促進我國5G/B5G技術快速發展。目前，我國獲得的5G/B5G技術專利在全球專利庫中占比達到32%，居全球首位。2019年6月6日，我國工業與信息化部向三大運營商和中國廣電頒發5G商用牌照，中國正式宣布進入5G商用。我國的B5G研究試驗工作也在積極推進，取得了重大進展。2019年不僅是中國5G商用元年，也是世界各國對5G技術爭奪爆發的一年，各國開展了一場時間競賽。其中，韓國在美國前1 h搶得了全球5G網絡商用首發，此后世界各國相繼入局，紛紛提速研發，不惜余力調動科研團隊研究5G/B5G的發展，以爭搶5G/B5G市場。可見，2020年將是5G大規模商用之年。

1 5G頻譜需求分析

頻譜資源是無線通信發展的核心資源，頻譜需求擴張導致頻譜資源緊缺，而人們對無線通信應用場景的愿望又決定了對頻譜的需求。5G/B5G應用愿景為增強型移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠與低延遲通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communication，uRLLC）和大規模機器類通信（Massive Machine Type of Communication，mMTC）3大 類。eMBB是指在現有移動寬帶業務場景的基礎上，進一步提高用戶體驗等性能。uRLLC主要面向要求低時延、高可靠連接的業務。mMTC應用在大規模物聯網上，主要面向以傳感和數據采集為目標的應用場景。表1給出了5G/B5G應用場景、典型業務、能力要求以及頻段的對應關系[1-3]。

表1 5G/B5G三大類應用場景與能力要求關系

為了滿足5G/B5G三大愿景需求，5G/B5G需要統籌高中低全頻段頻譜。其中，3 GHz以下為低頻段；3～6 GHz為中頻段，6～300 GHz為高頻段，也稱毫米波頻段。低頻段提供廣域覆蓋；中頻段提供容量與覆蓋支持；毫米波頻段覆蓋范圍小，但能夠提供連續的大帶寬，滿足熱點區域極高的用戶速率和高系統容量，能為用戶提供低時延。

2 5G/B5G頻譜劃分

5G/B5G從一開始就制定全球統一的技術標準，使得5G/B5G能為全球共享。國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）組織世界各國召開世界無線電通信大會（World Radiocomunication Conferences，WRC）開展標準制定工作，為5G/B5G尋找新的頻率劃分。

WRC-15會議在6 GHz以下中低頻段，為5G尋求新的頻率劃分。會議之前，ITU根據各國頻譜使用情況提出了19個5G候選頻段，詳見表2。

經過各國協商討論，將1 427～1 518 MHz、3 400～3 600 MHz、3 300～3 400 MHz、4 800～4 990 MHz頻段確定為5G使用頻段；在不對鄰國廣播業務產生任何影響的前提下，把470～698 MHz、694～790 MHz或其中的部分頻段用于5G系統[4]。

WRC-15會議還確定把24.25～27.5 GHz、37～40.5 GHz、42.5～43.5 GHz、45.5～47 GHz、47.2～50.2 GHz、50.4～52.6 GHz、66～76 GHz和81～86 GHz頻段以及附加劃分頻段31.8～33.4 GHz、40.5～42.5 GHz和47～47.2 GHz，作為候選頻段提交給WRC-19會議為5G/B5G確定新頻段[4]。6 GHz以上高頻段是支持超高速率、低時延、超大容量業務需求的核心資源，對未來5G/B5G系統的發展至關重要。

表2 為5G選定的19個候選頻段

2019年10月，世界無線電通信大會（WRC-19）在埃及召開，經過討論和磋商達成一致意見，把24.25～27.5 GHz、37～43.5 GHz、66～71 GHz確定為未來5G/B5G毫米波新頻段；在45.5～47 GHz、47.2～48.2 GHz，部分地區部分國家在腳注中標識用于5G/B5G[5]。此外，會上還將275～296 GHz、306～313 GHz、356～450 GHz頻段確定為5G/B5G候選頻段，提交給下屆WRC-23會議討論。圖1為5G/B5G頻譜圖。

圖1 5G/B5G頻譜

3 各國5G/B5G劃分現狀

3.1 我國實現5G/B5G跨越

2017年11月9日，工信部將3 300～3 600 MHz和4 800～5 000 MHz頻段作為5G系統的頻譜劃分頻段。2018年12月10日，工信部向中國三大運營商正式公布5G系統實驗頻率使用許可。2019年6月6日工信部正式向三大運營商和中國廣電發放5G商用牌照，加速推進我國5G商用。至此中國電信獲得3 400～3 500 MHz頻段，中國移動獲得2 515～2675 MHz和4 800～4 900 MHz頻段，中國聯通獲得3 500～3 600 MHz頻段，中國廣電獲得698～806 MHz黃金頻段和4.9 GHz頻段。此次劃分的5G系統頻率以100 MHz左右連續帶寬為主，有利于充分發揮5G中頻段兼顧大容量和連續覆蓋的技術優勢。

對于高頻段，工信部經過公開征求意見和建議，于2017年7月批準將24.75～27.5 GHz和37～42.5 GHz兩個頻段用于我國5G/B5G試驗。華為、中興等廠商完成了毫米波關鍵技術攻關和測試，其結果遠超預期。我國計劃2022年實現毫米波商用部署。

3.2 歐盟發布統一頻譜戰略

歐盟無線頻譜政策工作組（Radio Spectrum Policy Group，RSPG）在2016年11月和2018年1月二次發布歐洲5G頻譜分配報告，明確將分配的頻段限制在WRC-15的候選頻段內，1 GHz以下700 MHz頻段將用于5G廣域覆蓋，3 400～3 800 MHz頻段作為2020年前歐盟B5G部署的主要頻段，24.25～27.5 GHz、31.8～33.4 GHz、40.5～43.5 GHz作為高頻毫米波段頻譜規劃。

3.3 韓國搶先首發商用

2017年韓國回收已發放的3 400～3 700 MHz頻譜，后續作為5G頻譜，并在2018年6月重新進行拍賣。這次拍賣了280 MHz帶寬的頻譜資源，韓國三大運營商LG獲得80 MHz帶寬，KT獲得100 MHz帶寬，SK電信獲得100 MHz帶寬。同時拍賣的還有26.5～28.9 GHz頻段共2 400 MHz頻譜資源，三大運營商各獲得800 MHz。目前，韓國商用是基于5G的3.5 GHz頻段，5G/B5G的試驗在28 GHz頻段進行。

3.4 美國中低段頻譜資源不足

美國6 GHz以下中低段頻譜資源特別稀缺，尤其是最寶貴的3.4～4.8 GHz早已被軍事占用，最合適做5G網絡建設的頻段無法用于5G系統，這也是當前美國5G建設落伍的原因之一，因此不得不直接部署毫米波頻段。2016年7月美國FCC發布毫米波頻率計劃，規劃27.5～28.35 GHz、37～38.6 GHz、38.6～40 GHz、64～71 GHz頻段共10.85 GHz帶寬用于5G/B5G系統。2017年11月16日，美國FCC又批準將24.25～24.45 GHz、24.75～25.25 GHz和47.2～48.2 GHz頻段共1 700 MHz帶寬用于5G/B5G系統。美國FCC在2019年6月完成了28 GHz和24 GHz頻譜拍賣，2020年3月完成了37 GHz、39 GHz、47 GHz頻段的頻譜拍賣，分別由Verizon和AT&T公司獲得。

3.5 日本發展不及預期

日本在部署前幾代移動通信網絡方面享有領先優勢，但在5G網絡發展日本開始處于相對落后地位，不及中、韓、美三國。日本5G主要布局在3 600～3 800 MHz和4 400～4 900 MHz頻段，三大電信營運商NTT DoCoMo、KDDI和SoftBank及新踏入此行業的Rakuten Mobile取得5G頻譜資源。NTT DoCoMo 和KDDI在3.7 GHz及4.5 GHz頻段取得較多帶寬，有利主導5G技術競爭。日本毫米波頻段規劃在27.5～29.5 GHz。

4 頻譜資源分配應考慮的問題

科學、合理地進行5G/B5G頻譜分配，有利于實現5G/B5G各種應用愿景，避免系統間和業務間沖突，化解供需矛盾，高效利用頻譜資源。5G/B5G頻譜分配需要考慮下列問題。

4.1 需求及應用場景問題

5G/B5G應用場景復雜多樣，不同場景具有獨特的技術特性，因而所需的頻譜資源各不相同。例如，車聯網是在高可靠、低時延通信場景下的典型應用；工業物聯網場景中存在大量的機器人、傳感器、機械設備，這些設備之間需要以穩定、高效的方式進行海量連接。從帶寬需求而言，6 GHz以下頻段被衛星、廣播、無線電定位等各種無線電業務占用，很難找到大帶寬的頻譜資源，6 GHz以上相對而言頻譜資源豐富，能夠提供連續的大帶寬，6 GHz以上天線方向性強，能夠滿足某些短距離通信傳輸。

4.2 電波傳播特性

不同頻段的無線電波傳播方式和特點是不同的。6 GHz以下中低頻段,路徑損耗小，傳播距離遠，適合廣域連續覆蓋、流量適中的移動互聯網業務需求。6 GHz以上的毫米波頻段，隨著頻率的增大波長變小，繞射能力減弱，路徑損耗變大，使得接入網絡的覆蓋半徑變小，是毫米波通信的缺點。但是，毫米波時延小，傳播速度快，帶寬寬，適合于低時延、高速率、高可靠性的5G/B5G通信系統。因此，頻率劃分需要根據不同頻段電波傳播特性合理規劃頻譜，以更好地滿足5G/B5G系統需求。

4.3 用頻協同與系統兼容

5G/B5G系統頻譜分配，應避免與現存的無線電業務沖突，以確保通信系統與其他業務能夠正常工作。例如，在毫米波頻段，現存著衛星、射電天文、固定等多種無線電業務。當兩系統鄰頻共存時，要考慮用頻協同、系統兼容，有效避免5G/B5G基站對衛星地球站等的干擾。在頻譜規劃時應立足長遠，預測各種可能因素，進行相關兼容性分析，計算相應的干擾余量，解決系統之間的干擾協調問題，實現用頻協同與系統兼容。

4.4 動態頻譜管理

目前，頻譜分配和使用多是采用靜態頻譜劃分使用規則，用戶對被授權的頻譜具有獨占性，即使某些頻譜資源暫時空閑，其他用戶也沒有權力使用。這種方式不利于頻譜資源高效利用，白白浪費了原本就緊缺的頻譜資源。因此，需改變頻譜資源靜態化管理模式，利用大數據、人工智能等新技術打造動態化頻譜管理，科學、有效、精細化地管理頻譜資源，化解供需矛盾，提高頻譜利用率[6]。

5 結語

全球5G/B5G商用提速，據IHS的研究報告稱，到2035年5G將在全球創造12.3萬億美元經濟產出，到2035年全球5G價值鏈將創造3.5萬億美元產出。面對如此巨大的技術紅利，未來幾年5G/B5G技術競爭將更加激烈。合理分配、利用5G/B5G頻譜資源是實現5G/B5G商用的前提和保障。