邵建　沈彩鳳

隨著物聯(lián)網(wǎng)終端用戶量的快速增長、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的興起和對5G移動通信的探索，目前國內(nèi)對頻譜資源的重規(guī)劃變得日益迫切和重要，因此通過對國內(nèi)移動通信頻譜資源的當下利用情況、可行性重規(guī)劃等方面進行研究和分析，為未來蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的頻譜分配、4G移動通信網(wǎng)的頻譜擴展提出建議。

頻譜資源 無線頻譜 頻譜規(guī)劃

1 國內(nèi)無線頻譜資源的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

不管是在國外還是國內(nèi)，頻譜都是一種寶貴、稀缺的資源，是承載和發(fā)展移動通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。之前國內(nèi)的3G（TD-SCDMA）和4G（LTE）網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃建設(shè)前，國家相關(guān)部門都要先為三大電信運營商劃分好頻譜資源，即各大電信運營商的基站和手機通信的頻率要在國家所分配的頻譜范圍內(nèi)，因而所分得的頻帶越寬，所能承載的移動通信業(yè)務(wù)量越大、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的工作越好開展。在國外特別是歐洲發(fā)達國家，發(fā)展移動通信所用的頻譜資源都是由其相關(guān)組織公開拍賣的，由此可見頻譜是非常寶貴的資源。

在國內(nèi)，目前已被占用的頻譜資源涵蓋了如下三代共存的移動通信網(wǎng)絡(luò)：

（1）2G全球移動通信系統(tǒng)：中國移動和中國聯(lián)通的GSM900M和GSM1800M網(wǎng)絡(luò)、中國電信的CDMA800M網(wǎng)絡(luò)。

（2）3G網(wǎng)絡(luò)：中國移動的TD-SCDMA、中國聯(lián)通的WCDMA和中國電信的CDMA2000網(wǎng)絡(luò)。

（3）4G網(wǎng)絡(luò)：中國移動的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)、中國電信和中國聯(lián)通的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)。

其他還有如鐵路交通等專網(wǎng)的移動無線通信也占用了一些頻譜資源，為特定場景下使用，不是廣域的移動通信范疇，因而不在本文的研究范圍內(nèi)。當前國內(nèi)移動通信頻譜資源的應(yīng)用現(xiàn)狀如圖1所示。

1900 MHz—1920 MHz頻段原為PHS（小靈通移動終端）的頻段，現(xiàn)已被清理出來，后續(xù)可為中國移動的TD-LTE使用，即中國移動TD-LTE中的F頻段將擴展為40 MHz（1880 MHz—1920 MHz）。

從圖1中可以看來，中國移動3G TD-SCDMA原規(guī)劃占用的部分F頻段資源（1880 MHz—1900 MHz）將被用于支持4G TD-LTE的發(fā)展。原來GSM1800頻段中分配給中國聯(lián)通的是1745 MHz—1755 MHz（上行）、1840 MHz—1850 MHz（下行），后來因為部署LTE FDD，調(diào)整如圖1所示，由此也可分析出未來頻譜重規(guī)劃的依據(jù)和趨勢。

2 頻譜資源重規(guī)劃的背景需求

目前物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)各行業(yè)內(nèi)的多個領(lǐng)域中規(guī)模應(yīng)用，如教育、醫(yī)療、安防、家居、農(nóng)業(yè)、交通、建筑等，很多行業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)終端的需求持續(xù)增加。傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)終端（內(nèi)置以GPRS為主的2G通信模塊）通過接入2G移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與后臺的遠程通信，占用GSM網(wǎng)絡(luò)的200 k頻段，存在耗電快、頻譜利用率低等問題。近期蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始興起，以如窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）等為代表，是一種基于窄帶通信的技術(shù)方案，為每個物聯(lián)網(wǎng)終端用戶分配如5 kHz或者更小的帶寬，可滿足超過80%的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的小數(shù)據(jù)量通信需求，如遠程抄表終端（水、電、煤氣的抄表）僅需在上報數(shù)據(jù)時才會通過移動通信網(wǎng)絡(luò)連接位于Internet內(nèi)的遠程后臺，一天連接如兩三次或者更少，每次傳輸數(shù)百到數(shù)千字節(jié)，即終端的通信速率僅為幾百bps到數(shù)千bps。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基于終端芯片的PSM（Power Saving Mode，省電模式）工作模式和窄帶寬的通信機制有低功耗、支持海量連接等優(yōu)勢，如在智能可穿戴領(lǐng)域，可有效解決用戶每天都要為終端充電的麻煩。因而為了將來蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，需要提前考慮其無線通信頻譜的規(guī)劃。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的日益豐富和多樣化，如以手機直播為代表的視頻直播、大文件下載、網(wǎng)頁瀏覽等應(yīng)用的發(fā)展，個人用戶對手機高速上網(wǎng)有著強烈的需求，這也是移動寬帶高速發(fā)展的基礎(chǔ)。截至2016年11月底，僅中國移動的4G用戶數(shù)已超過5.1億，DOU（單用戶的月均流量）超過了1G，4G用戶滲透率也呈現(xiàn)快速上漲的趨勢。

國內(nèi)的3G網(wǎng)絡(luò)原是為用戶提供上網(wǎng)服務(wù)而設(shè)計部署的，但隨著4G的應(yīng)用普及，國內(nèi)的3G手機用戶量在持續(xù)快速地下降，因而未來3G網(wǎng)絡(luò)退出個人手機通信領(lǐng)域?qū)⑹且环N趨勢，但其在集團客戶領(lǐng)域如無線固話（考慮如成本、地理等因素不宜鋪專線）等，還有一定的應(yīng)用市場。目前2G網(wǎng)絡(luò)主要為個人用戶提供語音業(yè)務(wù)的承載，但隨著VoLTE手機的普及、VoLTE網(wǎng)絡(luò)功能在全網(wǎng)的開通，未來面向個人用戶的2G語音網(wǎng)絡(luò)（GSM、CDMA）也將逐步被4G LTE網(wǎng)絡(luò)所替代。

綜上分析，2G、3G及4G網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源需要提前考慮重規(guī)劃，頻譜帶寬更傾向承載高流量、多用戶的4G網(wǎng)絡(luò)傾斜。已處于技術(shù)實驗和探索階段的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)，目前業(yè)界達成的共識是將使用超過10 GHz的頻率，不影響現(xiàn)網(wǎng)在用的移動通信頻譜資源，因而容易提前規(guī)劃和快速分配。

3 頻譜重規(guī)劃中需考慮的因素

在國內(nèi)2G GSM頻道配置中，絕對無線頻道編號（ARFCN）和頻道中心頻率的對應(yīng)關(guān)系如下所示：

（1）900M頻段（單位：MHz）

手機發(fā)，基站收：

F1（n）=890.2+（n-1）×0.2 （1）

基站發(fā)，手機收：

Fh（n）=F1（n）+45，n∈（1， 124） （2）

（2）1800M頻段（單位：MHz）

手機發(fā)，基站收：

F1（n）=1710.2+（n-512）×0.2 （3）

基站發(fā)，手機收：

Fh（n）=F1（n）+95，n∈（512， 685） （4）

由上可見，GSM900系統(tǒng)共124個頻點，頻點序號（ARFCN）為1～124，在兩端保留200 kHz的保護帶寬；GSM1800系統(tǒng)共174個頻點，頻點序號（ARFCN）為512～685。比如中國移動使用GSM900頻段范圍為890 MHz—909 MHz（上行），對應(yīng)的頻點號范圍為1～95；中國聯(lián)通的頻段范圍為909 MHz—915 MHz（上行），對應(yīng)的頻點范圍是96～124。在實際移動通信網(wǎng)絡(luò)中，也用到少量幾個位于GSM-E頻段（即GSM擴展頻段，上行為：880 MHz—890 MHz，下行為：925 MHz—935 MHz）內(nèi)的頻點，如890 MHz、889.8 MHz等，但其實際使用的頻次非常低。以國內(nèi)某地市為例，表1為GSM900頻段部分頻點的現(xiàn)網(wǎng)使用頻次示例：