5G/B5G移动通信网络频谱资源分配研究*

曹 倩，王海玲

（中国电波传播研究所，山东 青岛 266107）

0 引言

我国移动通信经历了2G跟随、3G突破、4G同步，5G引领、B5G超预期的重大转变。国家高度重视5G/B5G移动通信发展，工信部、科技部、发改委共同组建了IMT-2020推进组，部署5G/B5G发展战略，推动5G/B5G技术自主研发，促进我国5G/B5G技术快速发展。目前，我国获得的5G/B5G技术专利在全球专利库中占比达到32%，居全球首位。2019年6月6日，我国工业与信息化部向三大运营商和中国广电颁发5G商用牌照，中国正式宣布进入5G商用。我国的B5G研究试验工作也在积极推进，取得了重大进展。2019年不仅是中国5G商用元年，也是世界各国对5G技术争夺爆发的一年，各国开展了一场时间竞赛。其中，韩国在美国前1 h抢得了全球5G网络商用首发，此后世界各国相继入局，纷纷提速研发，不惜余力调动科研团队研究5G/B5G的发展，以争抢5G/B5G市场。可见，2020年将是5G大规模商用之年。

1 5G频谱需求分析

频谱资源是无线通信发展的核心资源，频谱需求扩张导致频谱资源紧缺，而人们对无线通信应用场景的愿望又决定了对频谱的需求。5G/B5G应用愿景为增强型移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠与低延迟通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communication，uRLLC）和大规模机器类通信（Massive Machine Type of Communication，mMTC）3大 类。eMBB是指在现有移动宽带业务场景的基础上，进一步提高用户体验等性能。uRLLC主要面向要求低时延、高可靠连接的业务。mMTC应用在大规模物联网上，主要面向以传感和数据采集为目标的应用场景。表1给出了5G/B5G应用场景、典型业务、能力要求以及频段的对应关系[1-3]。

表1 5G/B5G三大类应用场景与能力要求关系

为了满足5G/B5G三大愿景需求，5G/B5G需要统筹高中低全频段频谱。其中，3 GHz以下为低频段；3～6 GHz为中频段，6～300 GHz为高频段，也称毫米波频段。低频段提供广域覆盖；中频段提供容量与覆盖支持；毫米波频段覆盖范围小，但能够提供连续的大带宽，满足热点区域极高的用户速率和高系统容量，能为用户提供低时延。

2 5G/B5G频谱划分

5G/B5G从一开始就制定全球统一的技术标准，使得5G/B5G能为全球共享。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）组织世界各国召开世界无线电通信大会（World Radiocomunication Conferences，WRC）开展标准制定工作，为5G/B5G寻找新的频率划分。

WRC-15会议在6 GHz以下中低频段，为5G寻求新的频率划分。会议之前，ITU根据各国频谱使用情况提出了19个5G候选频段，详见表2。

经过各国协商讨论，将1 427～1 518 MHz、3 400～3 600 MHz、3 300～3 400 MHz、4 800～4 990 MHz频段确定为5G使用频段；在不对邻国广播业务产生任何影响的前提下，把470～698 MHz、694～790 MHz或其中的部分频段用于5G系统[4]。

WRC-15会议还确定把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频段以及附加划分频段31.8～33.4 GHz、40.5～42.5 GHz和47～47.2 GHz，作为候选频段提交给WRC-19会议为5G/B5G确定新频段[4]。6 GHz以上高频段是支持超高速率、低时延、超大容量业务需求的核心资源，对未来5G/B5G系统的发展至关重要。

表2 为5G选定的19个候选频段

2019年10月，世界无线电通信大会（WRC-19）在埃及召开，经过讨论和磋商达成一致意见，把24.25～27.5 GHz、37～43.5 GHz、66～71 GHz确定为未来5G/B5G毫米波新频段；在45.5～47 GHz、47.2～48.2 GHz，部分地区部分国家在脚注中标识用于5G/B5G[5]。此外，会上还将275～296 GHz、306～313 GHz、356～450 GHz频段确定为5G/B5G候选频段，提交给下届WRC-23会议讨论。图1为5G/B5G频谱图。

图1 5G/B5G频谱

3 各国5G/B5G划分现状

3.1 我国实现5G/B5G跨越

2017年11月9日，工信部将3 300～3 600 MHz和4 800～5 000 MHz频段作为5G系统的频谱划分频段。2018年12月10日，工信部向中国三大运营商正式公布5G系统实验频率使用许可。2019年6月6日工信部正式向三大运营商和中国广电发放5G商用牌照，加速推进我国5G商用。至此中国电信获得3 400～3 500 MHz频段，中国移动获得2 515～2675 MHz和4 800～4 900 MHz频段，中国联通获得3 500～3 600 MHz频段，中国广电获得698～806 MHz黄金频段和4.9 GHz频段。此次划分的5G系统频率以100 MHz左右连续带宽为主，有利于充分发挥5G中频段兼顾大容量和连续覆盖的技术优势。

对于高频段，工信部经过公开征求意见和建议，于2017年7月批准将24.75～27.5 GHz和37～42.5 GHz两个频段用于我国5G/B5G试验。华为、中兴等厂商完成了毫米波关键技术攻关和测试，其结果远超预期。我国计划2022年实现毫米波商用部署。

3.2 欧盟发布统一频谱战略

欧盟无线频谱政策工作组（Radio Spectrum Policy Group，RSPG）在2016年11月和2018年1月二次发布欧洲5G频谱分配报告，明确将分配的频段限制在WRC-15的候选频段内，1 GHz以下700 MHz频段将用于5G广域覆盖，3 400～3 800 MHz频段作为2020年前欧盟B5G部署的主要频段，24.25～27.5 GHz、31.8～33.4 GHz、40.5～43.5 GHz作为高频毫米波段频谱规划。

3.3 韩国抢先首发商用

2017年韩国回收已发放的3 400～3 700 MHz频谱，后续作为5G频谱，并在2018年6月重新进行拍卖。这次拍卖了280 MHz带宽的频谱资源，韩国三大运营商LG获得80 MHz带宽，KT获得100 MHz带宽，SK电信获得100 MHz带宽。同时拍卖的还有26.5～28.9 GHz频段共2 400 MHz频谱资源，三大运营商各获得800 MHz。目前，韩国商用是基于5G的3.5 GHz频段，5G/B5G的试验在28 GHz频段进行。

3.4 美国中低段频谱资源不足

美国6 GHz以下中低段频谱资源特别稀缺，尤其是最宝贵的3.4～4.8 GHz早已被军事占用，最合适做5G网络建设的频段无法用于5G系统，这也是当前美国5G建设落伍的原因之一，因此不得不直接部署毫米波频段。2016年7月美国FCC发布毫米波频率计划，规划27.5～28.35 GHz、37～38.6 GHz、38.6～40 GHz、64～71 GHz频段共10.85 GHz带宽用于5G/B5G系统。2017年11月16日，美国FCC又批准将24.25～24.45 GHz、24.75～25.25 GHz和47.2～48.2 GHz频段共1 700 MHz带宽用于5G/B5G系统。美国FCC在2019年6月完成了28 GHz和24 GHz频谱拍卖，2020年3月完成了37 GHz、39 GHz、47 GHz频段的频谱拍卖，分别由Verizon和AT&T公司获得。

3.5 日本发展不及预期

日本在部署前几代移动通信网络方面享有领先优势，但在5G网络发展日本开始处于相对落后地位，不及中、韩、美三国。日本5G主要布局在3 600～3 800 MHz和4 400～4 900 MHz频段，三大电信营运商NTT DoCoMo、KDDI和SoftBank及新踏入此行业的Rakuten Mobile取得5G频谱资源。NTT DoCoMo 和KDDI在3.7 GHz及4.5 GHz频段取得较多带宽，有利主导5G技术竞争。日本毫米波频段规划在27.5～29.5 GHz。

4 频谱资源分配应考虑的问题

科学、合理地进行5G/B5G频谱分配，有利于实现5G/B5G各种应用愿景，避免系统间和业务间冲突，化解供需矛盾，高效利用频谱资源。5G/B5G频谱分配需要考虑下列问题。

4.1 需求及应用场景问题

5G/B5G应用场景复杂多样，不同场景具有独特的技术特性，因而所需的频谱资源各不相同。例如，车联网是在高可靠、低时延通信场景下的典型应用；工业物联网场景中存在大量的机器人、传感器、机械设备，这些设备之间需要以稳定、高效的方式进行海量连接。从带宽需求而言，6 GHz以下频段被卫星、广播、无线电定位等各种无线电业务占用，很难找到大带宽的频谱资源，6 GHz以上相对而言频谱资源丰富，能够提供连续的大带宽，6 GHz以上天线方向性强，能够满足某些短距离通信传输。

4.2 电波传播特性

不同频段的无线电波传播方式和特点是不同的。6 GHz以下中低频段,路径损耗小，传播距离远，适合广域连续覆盖、流量适中的移动互联网业务需求。6 GHz以上的毫米波频段，随着频率的增大波长变小，绕射能力减弱，路径损耗变大，使得接入网络的覆盖半径变小，是毫米波通信的缺点。但是，毫米波时延小，传播速度快，带宽宽，适合于低时延、高速率、高可靠性的5G/B5G通信系统。因此，频率划分需要根据不同频段电波传播特性合理规划频谱，以更好地满足5G/B5G系统需求。

4.3 用频协同与系统兼容

5G/B5G系统频谱分配，应避免与现存的无线电业务冲突，以确保通信系统与其他业务能够正常工作。例如，在毫米波频段，现存着卫星、射电天文、固定等多种无线电业务。当两系统邻频共存时，要考虑用频协同、系统兼容，有效避免5G/B5G基站对卫星地球站等的干扰。在频谱规划时应立足长远，预测各种可能因素，进行相关兼容性分析，计算相应的干扰余量，解决系统之间的干扰协调问题，实现用频协同与系统兼容。

4.4 动态频谱管理

目前，频谱分配和使用多是采用静态频谱划分使用规则，用户对被授权的频谱具有独占性，即使某些频谱资源暂时空闲，其他用户也没有权力使用。这种方式不利于频谱资源高效利用，白白浪费了原本就紧缺的频谱资源。因此，需改变频谱资源静态化管理模式，利用大数据、人工智能等新技术打造动态化频谱管理，科学、有效、精细化地管理频谱资源，化解供需矛盾，提高频谱利用率[6]。

5 结语

全球5G/B5G商用提速，据IHS的研究报告称，到2035年5G将在全球创造12.3万亿美元经济产出，到2035年全球5G价值链将创造3.5万亿美元产出。面对如此巨大的技术红利，未来几年5G/B5G技术竞争将更加激烈。合理分配、利用5G/B5G频谱资源是实现5G/B5G商用的前提和保障。