全球5G頻譜發(fā)展趨勢(shì)分析

全球信息通信產(chǎn)業(yè)日益呈現(xiàn)移動(dòng)化、寬帶化、融合化的發(fā)展趨勢(shì)，作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向，5G將提升移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶體驗(yàn)，滿足萬(wàn)物互聯(lián)的應(yīng)用需求。目前，3GPP正加速推進(jìn)5G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）將于2020年批準(zhǔn)5G空口標(biāo)準(zhǔn)。頻率是移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)，頻率規(guī)劃對(duì)于5G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用部署發(fā)揮著重要導(dǎo)向性作用。2019年世界無(wú)線電通信大會(huì)（WRC-19）1.13議題研究在24~86GHz頻率范圍為5G系統(tǒng)規(guī)劃新的工作頻段，美國(guó)已提出相關(guān)頻率規(guī)劃，歐盟、日本、韓國(guó)等也基本明確5G系統(tǒng)的頻譜策略。

5G三大場(chǎng)景對(duì)高低頻頻譜需求均較大

根據(jù)ITU在2015年6月發(fā)布的5G愿景建議書(shū)，5G系統(tǒng)主要面向三大場(chǎng)景，具有八項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)。三大場(chǎng)景包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信和超高可靠低時(shí)延通信。八項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)包括：峰值速率10~20Gbit/s，用戶體驗(yàn)速率100M~1Gbit/s，連接數(shù)密度100萬(wàn)個(gè)/km2，用戶面空口傳輸時(shí)延1~4ms，頻譜效率較4G提升3~5倍，能量效率較4G提升100倍，對(duì)移動(dòng)速度的支持至500km/h，流量密度數(shù)十Tbit/s/km2�？傮w上，5G系統(tǒng)將不僅包含傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)的升級(jí)，還將解決物聯(lián)網(wǎng)多種場(chǎng)景下的應(yīng)用需求，如圖1所示。

圖 1 ITU關(guān)于5G核心能力的要求

 為滿足5G系統(tǒng)在覆蓋、容量、連接數(shù)密度等關(guān)鍵性能指標(biāo)要求，5G系統(tǒng)需要不同頻段的工作頻率，大體分為6GHz以下與6GHz以上兩個(gè)部分。其中，6GHz以下頻段主要用于實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)連續(xù)廣域覆蓋、高移動(dòng)性場(chǎng)景下的用戶體驗(yàn)和海量設(shè)備連接；6GHz以上頻段主要用于滿足城市熱點(diǎn)、郊區(qū)熱點(diǎn)與室內(nèi)場(chǎng)景極高的用戶體驗(yàn)速率和峰值容量需求。低時(shí)延高可靠應(yīng)用可能將主要依賴于6GHz以下的頻率。

2017年初，我國(guó)向ITU提交了關(guān)于5G系統(tǒng)頻譜需求結(jié)果并被采納。根據(jù)分析，我國(guó)5G系統(tǒng)在6GHz以下的頻譜需求為808~1078MHz，考慮到不同運(yùn)營(yíng)商在通頻帶部署的兼容性問(wèn)題，需要設(shè)置一定保護(hù)帶，實(shí)際結(jié)果還會(huì)略高。而在6GHz以上的頻譜需求則高達(dá)14.8~19.7GHz，其中，在24.25~43.5GHz頻段的需求總量達(dá)到5.8~7.7GHz。

表1 頻譜需求估算結(jié)果

各國(guó)均加大5G戰(zhàn)略投資 以期預(yù)定時(shí)間商用部署

目前，美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等電信發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)均積極加大在5G領(lǐng)域的戰(zhàn)略投資，并在頻譜規(guī)劃、專項(xiàng)資金扶持等方面實(shí)施重要舉措，以推進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展和成熟，以期按目標(biāo)時(shí)間實(shí)現(xiàn)5G商用部署。

美國(guó)搶跑5G高頻段部署，助力其保持互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的主導(dǎo)地位。Verizon率先發(fā)布5G高頻無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，初期用于固定接入，計(jì)劃2017年啟動(dòng)商用部署；Sprint宣布將在2019年商用2.6GHz的5G網(wǎng)絡(luò)；美國(guó)管理機(jī)構(gòu)FCC在2016年7月，劃出了大約11GHz的帶寬用于無(wú)線通信，包括3.85GHz的license（授權(quán)）頻段（27.5~28.35GHz、37~38.6GHz、38.6~40GHz），以及7GHz的unlicensed（非授權(quán)）頻段（64~71GHz）

日本維持4G時(shí)代優(yōu)勢(shì)，并助力其在機(jī)器人/AR/VR等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。日本計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)前部署4.4~4.9GHz 5G商用系統(tǒng)，提供熱點(diǎn)覆蓋，支持東京奧運(yùn)會(huì)；NTT DoCoMo正組織十多家主流企業(yè)開(kāi)展5G試驗(yàn)。

韓國(guó)通過(guò)5G升級(jí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，助力其“創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)”。韓國(guó)將于2018年初在28GHz開(kāi)展5G預(yù)商用試驗(yàn)，支持平昌冬奧會(huì)；KT宣布將在2019年提供全球首個(gè)商用5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，比原計(jì)劃2020年提前1年；韓國(guó)計(jì)劃在2018年分配3.4~3.7GHz的頻率并用于5G商用部署。

歐盟力圖重新建立通信行業(yè)領(lǐng)先地位，助力“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”。明確700MHz/3.4~3.8GHz為5G先發(fā)頻率；依托5GPPP項(xiàng)目，2017年開(kāi)始樣機(jī)試驗(yàn)，2018年啟動(dòng)5G預(yù)商用試驗(yàn)，2020年左右實(shí)現(xiàn)商業(yè)部署。

綜合考慮國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、我國(guó)5G引領(lǐng)的目標(biāo)、業(yè)務(wù)容量壓力以及5G標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)成熟度，我國(guó)宣布2020年實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模商用。

5G大帶寬頻率規(guī)劃TDD是大勢(shì)所趨

在4G時(shí)代，TD-LTE的發(fā)展證明了TDD所獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)連續(xù)大帶寬頻率資源的需求，也使得TDD成為5G時(shí)代2GHz以上新頻率的優(yōu)選劃分方式。TDD的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下。

一是下行鏈路/上行鏈路（DL/UL）靈活時(shí)隙配比，有效滿足上行業(yè)務(wù)日益增長(zhǎng)的需求。隨著智能手機(jī)的飛速發(fā)展及其日益增長(zhǎng)的應(yīng)用，移動(dòng)應(yīng)用越來(lái)越以下載為中心。視頻下載已經(jīng)占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的整體數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮艽笠徊糠�，�?dǎo)致4:1，6:1或甚至更高的下行鏈路到上行鏈路不對(duì)稱。事實(shí)上，一些運(yùn)營(yíng)商正面臨大約10:1的DL/UL比率。TDD靈活可配置的上下行時(shí)隙比例使得其能夠滿足上行鏈路/下行鏈路業(yè)務(wù)傳輸?shù)牟粚?duì)稱性。

二是TDD具有信道互易性，更有利于部署Massive MIMO。依賴于TDD的上下行鏈路的信道互易性，基站可以快速而準(zhǔn)確地獲得下行鏈路信道狀態(tài)信息（CSI）基于上行鏈路信道估計(jì)。大規(guī)模天線Massive MIMO正是利用這一點(diǎn)增強(qiáng)了下行鏈路傳輸容量，同時(shí)最小化干擾，從而可以帶來(lái)數(shù)倍的傳輸效率的提升。

三是TDD模式有利于和現(xiàn)有業(yè)務(wù)共存。TDD技術(shù)使得3.5GHz頻段的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，可以更好的與該頻段原有的業(yè)務(wù)共存，例如，F(xiàn)WA（固定無(wú)線接入系統(tǒng)），F(xiàn)S（固定業(yè)務(wù)），F(xiàn)SS（固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)）和雷達(dá)等業(yè)務(wù)。

 5G初期部署的先鋒頻率

隨著標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的快速推進(jìn)，全球各國(guó)和各運(yùn)營(yíng)商的5G商用計(jì)劃日漸清晰。5G初期商用頻率的選擇日漸清晰。對(duì)于5G應(yīng)用的三大場(chǎng)景，目前運(yùn)營(yíng)商最明確需求的是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景，考慮到5G的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)需要連續(xù)的大帶寬的頻率部署，才能支持相對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)更有競(jìng)爭(zhēng)力的速率，所以5G初期部署的主要頻段將集中在2GHz以上的連續(xù)大帶寬頻率。

3.5GHz頻段成為全球主流的選擇經(jīng)過(guò)WRC-07和WRC-15兩次會(huì)議的努力，3.5GHz頻段幾乎成為全球可用的IMT頻譜，其中1區(qū)和2區(qū)均可用于IMT，3區(qū)部分國(guó)家可用于IMT。隨著3.5GHz頻段關(guān)注度的提升，基于該頻段的TD-LTE產(chǎn)業(yè)化也日益成熟，可有效支撐運(yùn)營(yíng)商的商用網(wǎng)絡(luò)部署，已經(jīng)有包括日本、印度、美國(guó)和沙特等國(guó)家部署了95張TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)。據(jù)GSA統(tǒng)計(jì)，截至2017年上半年，已有211款TD-LTE終端支持3.5GHz頻段，終端類型涵蓋智能手機(jī)、CPE、MiFi和數(shù)據(jù)卡等。

雖然在TD-LTE階段，全球產(chǎn)業(yè)在3.5GHz頻段的產(chǎn)業(yè)化有一定的積累，但是考慮到5G商用的新需求和新變化，如大規(guī)模天線、更大的帶寬、更大的發(fā)射功率等，距離3.5GHz 5G產(chǎn)業(yè)的成熟還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游一道，以商用目標(biāo)為牽引，協(xié)作推進(jìn)，才有可能實(shí)現(xiàn)2020年5G在該頻段的商用。目前華為、中興、大唐、愛(ài)立信、Nokia、Intel、高通、MTK等已經(jīng)開(kāi)始了在3.5GHz的5G試驗(yàn)。

基于全球頻譜可用情況以及產(chǎn)業(yè)成熟的基礎(chǔ)，3.5GHz在3GPP的5G頻譜標(biāo)準(zhǔn)化討論伊始就得到了業(yè)界的高度關(guān)注。經(jīng)過(guò)討論，在充分考慮和滿足全球3區(qū)對(duì)于3.5GHz頻段的部署需求的基礎(chǔ)上，最終3GPP在今年6月底的RAN4 AH#2會(huì)議上將3.5GHz頻段定義如下，BandX為3.3~3.8GHz頻段；BandZ為3.3~4.2GHz頻段，如圖2所示。

圖2 3.5GHz頻段定義

4.5GHz首先從亞洲開(kāi)始突破目前，日本為5G的部署規(guī)劃了4.4~4.9GHz的500MHz的頻率，NTT DoCoMo聯(lián)合其主要的設(shè)備商開(kāi)展了相關(guān)的5G試驗(yàn)，包括愛(ài)立信、Nokia、華為、高通、Intel、MTK、松下、三菱、富士通等，全力推進(jìn)日本在2020年商用該頻段的目標(biāo)。中國(guó)為5G的部署規(guī)劃了4.8~5.0GHz的200MHz頻率，中國(guó)IMT-2020推進(jìn)組已經(jīng)把該頻率規(guī)劃為5G試驗(yàn)頻率，目前大唐移動(dòng)已經(jīng)完成了該頻段的小站外場(chǎng)試驗(yàn)。目前3GPP已經(jīng)將4.4~5GHz定義為5G的一個(gè)頻段。

日本和中國(guó)在該頻段的5G應(yīng)用將起到很好的示范效應(yīng)，帶動(dòng)?xùn)|南亞、非洲等區(qū)域在該頻段的應(yīng)用，引導(dǎo)全球?yàn)橐苿?dòng)通信業(yè)務(wù)釋放出更多的C波段頻率。

2.6GHz頻率重耕用于早期的5G部署Sprint已經(jīng)宣布將基于其已有的2.6GHz頻率開(kāi)展5G的早期部署。Sprint在美國(guó)擁有2.6GHz的絕大部分頻譜，所以可以基于其頻率資源，規(guī)劃出連續(xù)的近100MHz的頻率資源用于5G的部署，相對(duì)于其他更高的頻率，可以提供更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。2.6GHz頻率是4G TD-LTE發(fā)展的重要的全球性頻率，在美國(guó)、日本、中國(guó)、印度等都是全TDD劃分，可以提供連續(xù)的大帶寬頻率資源，也是未來(lái)4G頻率重耕和5G部署的重要頻段。

28GHz首先從美國(guó)、日韓開(kāi)始應(yīng)用從全球5G商用計(jì)劃來(lái)看，目前美國(guó)運(yùn)營(yíng)商在28GHz等毫米波頻段的部署時(shí)間最激進(jìn)，日、韓也在28GHz上有較高的優(yōu)先級(jí)，希望能在2018年的冬奧會(huì)和2020年的夏季奧運(yùn)會(huì)上有所應(yīng)用。目前Verizon、KT等和三星、高通、愛(ài)立信、Nokia、Intel等正在全力推進(jìn)28GHz產(chǎn)業(yè)的成熟，預(yù)計(jì)在2019年將有商用的產(chǎn)品推出。而歐洲、中國(guó)等則將6GHz以上頻率的商用規(guī)劃在了5G商用的第二階段，為室內(nèi)和熱點(diǎn)等環(huán)境下的容量擴(kuò)展服務(wù)或者提供超高速率的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

頻譜是無(wú)線通信最重要的資源，頻譜的規(guī)劃對(duì)于5G產(chǎn)品研發(fā)及測(cè)試、組網(wǎng)部署乃至提升產(chǎn)業(yè)信心有非常重要的意義。未來(lái)5G頻譜需高、中、低結(jié)合，以滿足5G不同應(yīng)用場(chǎng)景的差異化需求；未來(lái)5G新頻譜，尤其是2.6GHz以上的頻譜，均為T(mén)DD頻譜，以充分發(fā)揮大規(guī)模天線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分挖掘頻率的使用效率；現(xiàn)有2G/3G/4G頻譜均可重耕用于5G。