為了5G頻譜規(guī)劃應對2G清頻3G共享

李進良

【摘? 要】頻譜是公眾移動通信產(chǎn)業(yè)快速發(fā)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(wǎng)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(chuàng)新與成本節(jié)約等紅利，是無線電應用領域必須遵循的新陳代謝規(guī)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(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

【關鍵詞】5G;eMBB;mMTC;uRLLC;IMT;WRC

1? ?中國歷經(jīng)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(jīng)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(wǎng)開始的，隨著2002年新年的鐘聲，中國1G網(wǎng)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(shù)字話音與低速數(shù)據(jù)。20世紀末殺出了一匹黑馬，美國高通公司獨創(chuàng)了碼分多址（CDMA）的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。歷經(jīng)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(yōu)越性才得到全球業(yè)界公認。1994年7月中國聯(lián)通成立時，我國才開始籌建900 MHz GSM數(shù)字蜂窩網(wǎng)，中國電信晚一年也選擇了GSM，當時全國是統(tǒng)一的制式，至今運營25年。而CDMA是在美國的壓力下，由中國聯(lián)通于2002年1月8日開始引進建網(wǎng);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(wǎng)之后，只準其專營日薄西山的固網(wǎng)電話。為謀生存，中國電信和中國網(wǎng)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(tǒng)，到2002年造成了PHS這第三種2G全國網(wǎng)的出現(xiàn)，形成了GSM/CDMA/PHS三種標準并存的格局。2008年電信重組中國網(wǎng)通并入中國聯(lián)通，這樣PHS小靈通網(wǎng)就分屬中國電信和中國聯(lián)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(fā)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(wǎng)工作，實際拖后到2014年12月31日終止小靈通服務，前后持續(xù)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(shù)據(jù)多媒體通信。我國2009年1月7日，國家最終決定同時發(fā)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(lián)網(wǎng)通信的問題。TD-LTE正是沿著中國TD-SCDMA所開辟的新航線發(fā)展的后續(xù)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(fā)放牌照以來，我國移動通信產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)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(guī)模最大的4G網(wǎng)絡。FDD-LTE晚一年發(fā)放牌照。

（5）2020年代5G：第五代全球統(tǒng)一標準，主要解決移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)通信。

當前，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，跨行業(yè)、跨領域的融合創(chuàng)新不斷深入。5G作為新一代移動通信技術發(fā)展的方向，應運而生。將在提升移動互聯(lián)網(wǎng)用戶業(yè)務體驗的基礎上，進一步滿足未來物聯(lián)網(wǎng)應用的海量需求，與工業(yè)、醫(yī)療、交通等行業(yè)深度融合，為5G提供廣闊的前景。5G將以全新的網(wǎng)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(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。當今全球5G發(fā)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(guī)模試驗。產(chǎn)業(yè)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(yè)即將進入5G時代?？梢灶A期隨著5G的正式商用，基于5G的突出優(yōu)勢，首先在5G創(chuàng)新業(yè)務應用上出現(xiàn)全面爆發(fā)，隨著全國網(wǎng)絡部署覆蓋城鄉(xiāng)，到2025年中國社會將領先世界出現(xiàn)嶄新的面貌。

2? ?公眾移動通信頻譜

頻譜是公眾移動通信產(chǎn)業(yè)快速發(fā)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(fā)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(yè)務頻譜

5G網(wǎng)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(shù)以千億的設備將接入網(wǎng)絡要滿足萬物互聯(lián)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(yè)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(yè)務，滿足人們對數(shù)字化生活的需求。移動互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、超高清（3D）視頻、移動云等更加身臨其境的極致業(yè)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(chǎn)業(yè)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(yè)務，滿足人們對數(shù)字化社會的需求。移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等將會推動物聯(lián)網(wǎng)應用爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設備將接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，并締造出規(guī)模空前的新興產(chǎn)業(yè)。同時，也會給移動通信帶來新的技術挑戰(zhàn)。

（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(yè)務，滿足人們對于數(shù)字化工業(yè)的需求。低時延和高可靠性是自動駕駛、遠程控制等uRLLC業(yè)務的基本要求。車聯(lián)網(wǎng)業(yè)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(guī)劃總計687 MHz給IMT系統(tǒng)，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(tǒng)頻率分配現(xiàn)狀

已分配517 MHz給三家運營商，運營8種網(wǎng)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(lián)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(wǎng)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(wǎng)絡的必要性分析

新加坡三家運營商已經(jīng)在2017年4月1日關閉其2G網(wǎng)絡，禁止銷售純2G移動設備，對2G網(wǎng)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(wǎng)絡用戶升級，開始關閉2G EDGE網(wǎng)絡，這激起了2G網(wǎng)絡在全球的退出波瀾。

筆者在2017年初發(fā)表了關停2G網(wǎng)絡建議系列文章，已引起相關運營商的關注。

中國的移動網(wǎng)2G有GSM、CDMA共2種標準、3張全國性網(wǎng)絡;3G有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA共3種標準、3張全國性網(wǎng)絡;4G有FDD-LTE和TDD-LTE兩種，也是3張全國性網(wǎng)絡，還有三家運營商建的都是無線局域網(wǎng)（WLAN），多年的發(fā)展形成了8種標準非常紛繁厐雜而且規(guī)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(jīng)用了24年，CDMA也用了18年，因此已經(jīng)到了將2G的3個全國性網(wǎng)絡進行清理退市的時候了。

接下來將分析關停2G網(wǎng)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(xiāng)“數(shù)字鴻溝”

工信部2016年前已規(guī)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(yōu)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(guī)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(wǎng)絡建設和產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(nèi)中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)4G多已覆蓋，人們都已享受其實惠方便的信息服務。農(nóng)村和西部地區(qū)與城市和東部地區(qū)最大區(qū)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(xiàn)有4G的1 900 MHz、2 600 MHz頻段來解決低密度農(nóng)村偏遠地區(qū)的覆蓋問題，也將大大增加網(wǎng)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(nóng)村、實現(xiàn)普遍信息服務是一個嚴重阻礙。如用5G規(guī)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(yōu)質頻率可以大大減少建網(wǎng)成本，提升技術與產(chǎn)業(yè)競爭力。以900 MHz、1 900 MHz、2 600 MHz三個頻段的路徑損耗來規(guī)劃設計農(nóng)村地區(qū)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(guī)劃設計農(nóng)村地區(qū)，那差距就更加突出了。

為貫徹落實中央脫貧攻堅戰(zhàn)略部署，深入實施“寬帶中國”戰(zhàn)略，解決貧困村網(wǎng)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(wǎng)絡扶貧、縮小城鄉(xiāng)“數(shù)字鴻溝”提供重要頻譜資源。

3.2 可獲得技術創(chuàng)新紅利，實現(xiàn)“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(shù)據(jù)與語音為例：2G的GSM的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率只有750 kb/s，上網(wǎng)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(fā)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(shù)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(lián)網(wǎng)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(yè)務體驗，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

3.3 可獲得成本節(jié)約紅利，免費享受親臨其境的視覺盛宴

2G退網(wǎng)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(fā)揮更大的作用。由于移動通信的系統(tǒng)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(jié)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?shù)谋忍財?shù)，將提升百倍以上。

所有這些紅利總和的體現(xiàn)就是老百姓可以獲得優(yōu)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(wǎng)絡的問題

由于GSM系統(tǒng)設備已經(jīng)使用20多年，逐漸老化，故障不斷，需要比新建網(wǎng)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(yè)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(yè)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(tǒng)、終端和零部件的廠家由于市場萎縮或者轉產(chǎn)或者破產(chǎn)，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(guī)律，2G清頻退網(wǎng)也一樣是無線電應用領域必須遵循的新陳代謝規(guī)律，我國運營商與用戶都應認識這一規(guī)律，首先是運營商要明確清頻退網(wǎng)的目的，做好清頻退網(wǎng)規(guī)劃，認真汲取三次清頻退網(wǎng)的經(jīng)驗教訓，切忌猶豫觀望，裹足不前;其次要處理好網(wǎng)絡運營商與終端用戶的關系，應向2G用戶做好清頻退網(wǎng)的宣傳工作，切忌不做調研，倉促蠻干，要嚴格執(zhí)行國家制定的實施法規(guī)，力促2G清頻順利圓滿完成，這樣就可以為5G的高速健康發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。