为5G频谱规划，应对2G清频3G共享

溯溪而上

为5G频谱规划应对2G清频3G共享

李进良

（中国电子科技集团企业第七研究所，广东 广州 510310）

【摘要】频谱是公众移动通信产业快速发展的基础，5G频谱需要低、中、高全频段。然而所划分的频谱缺乏低端频谱，急需2G退网清频，加以重耕，3G频谱资源利用走向共享。2G清频可获得黄金频谱、技术创新与成本节约等红利，是无线电应用领域必须遵循的新陈代谢规律，我国运营商与用户都应力促2G清频顺利圆满完成，这样才能为5G的高速健康发展创造良好的条件。

【关键词】5G；eMBB；mMTC；uRLLC；IMT；WRC

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.02.000        

中图分类号：TN929.5           文献标志码：A        

文章编号：1006-1010(2019)02-0000-00

引用格式：李进良. 为5G频谱规划应对2G清频3G共享[J]. 移动通信, 2019,43(2): 00-00.

1      中国历经1G-4G即将迎来5G

以蜂窝技术为基础的公众移动通信近30年间历经4代：

（1）1980年代1G：第一代的AMPS、TACS、NMT等等标准基于频分多址（FDMA）技术，首先解决了动中通模拟话音。我国是从1987年广州筹建900 MHz TACS模拟蜂窝网开始的，随着2002年新年的钟声，中国1G网于2001年12月31日全面关闭，运营14年。

（2）1990年代2G：第二代的DAMPS、GSM、JDC等标准基于时分多址（TDMA）技术，主要解决了数字话音与低速数据。20世纪末杀出了一匹黑马，美国高通企业独创了码分多址（CDMA）的数字蜂窝移动通信系统。历经十年坎坷，多亏韩国攻克了CDMA技术的诸多问题，使用户达到100万，这时其优越性才得到全球业界公认。1994年7月中国联通成立时，我国才开始筹建900 MHz GSM数字蜂窝网，中国电信晚一年也选择了GSM，当时全国是统一的制式，至今运营25年。而CDMA是在美国的压力下，由中国联通于2002年1月8日开始引进建网；2008年电信重组时，并入中国电信，至今运营18年。1996年从中国电信分出中国移动专营GSM网之后，只准其专营日薄西山的固网电话。为谋生存，中国电信和中国网通于1998年1月打擦边球从余姚开始运营所谓小灵通无线接入系统，到2002年造成了PHS这第三种2G全国网的出现，形成了GSM/CDMA/PHS三种标准并存的格局。2008年电信重组中国网通并入中国联通，这样PHS小灵通网就分属中国电信和中国联通两家，鼎盛时期合计接近1亿用户，全国PHS小灵通基站100多万个。2009年因发展3G的需要，工信部明确要求2011年年底前完成1 900 MHz—1 920 MHz小灵通频段的清频退网工作，实际拖后到2014年12月31日终止小灵通服务，前后持续了17年。

（3）2000年代3G：第三代的WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三种标准都基于码分多址（CDMA）技术，主要解决高速数据多媒体通信。我国2009年1月7日，国家最终决定同时发放这三种3G牌照分别给三大运营商，这在全球是独一无二的，至今已运营10年。

（4）2010年代4G：第四代的LTE按照双工方式可分为基于WCDMA的FDD-LTE和基于TD的TDD-LTE两种，他们都基于正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）技术，主要解决超高速移动互联网通信的问题。TD-LTE正是沿着中国TD-SCDMA所开辟的新航线发展的后续演进标准，受到了中国多方关注，取得了显著进展，与国际上的FDD-LTE并驾齐驱。中国4G的TD-LTE自2013年底同时给三大运营商发放牌照以来，我国移动通信产业实现了从“2G跟随”、“3G突破”到“4G同步”的跨越，至今已运营5年，建成了全球规模最大的4G网络。FDD-LTE晚一年发放牌照。

（5）2020年代5G：第五代全球统一标准，主要解决移动互联网与物联网通信。

当前，全球新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起，跨行业、跨领域的融合创新不断深入。5G作为新一代移动通信技术发展的方向，应运而生。将在提升移动互联网用户业务体验的基础上，进一步满足未来物联网应用的海量需求，与工业、医疗、交通等行业深度融合，为5G提供广阔的前景。5G将以全新的网络架构，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。当今全球5G发展，中国强在综合实力，处于领先。2018年第一版5G标准在当年6月底正式冻结，我国5G中低频谱划定，运营商已获准在相关频谱上开展规模试验。产业链频频在各大展会上展示各自的5G最新设备和解决方案，这些都预示着5G商用在即，通信业即将进入5G时代。可以预期随着5G的正式商用，基于5G的突出优势，首先在5G创新业务应用上出现全面爆发，随着全国网络部署覆盖城乡，到2025年中国社会将领先世界出现崭新的面貌。

2      公众移动通信频谱

频谱是公众移动通信产业快速发展的基础。WRC（World Radio Communications Conference，世界无线电通信大会）划分的IMT（International Mobile Telecommunications，国际移动通信）频谱随着技术与市场的发展不断扩展其频谱范围，并向高端延伸，具体如图1所示：

                                         

2.1  5G三大业务频谱

5G网络将来不仅用于人与人之间的通信，还会用于人与物以及物与物之间的通信和控制。5G性能提升至少十倍于4G，其流量超千倍增长，因此需要10倍以上的频谱带宽。5G数以千亿的设备将接入网络要满足万物互联的不同场景，因此其频谱需要面向低(0 GHz~3 GHz)、中(3 GHz~6 GHz)、高(6 GHz~86 GHz)全频段。

5G业务大致可以分为3种场景：eMBB、mMTC和uRLLC。

（1）eMBB增强移动宽带——使用低、中、高频段

eMBB聚焦对带宽有极高需求的业务，满足人们对数字化生活的需求。移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、超高清（3D）视频、移动云等更加身临其境的极致业务体验，将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新一轮变革。

（2）mMTC海量机器类通信——使用低频段

mMTC聚焦于对连接密度要求较高的业务，满足人们对数字化社会的需求。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业。同时，也会给移动通信带来新的技术挑战。

（3）uRLLC高可靠低时延通信——使用低、中、高频段

uRLLC聚焦对时延极其敏感的业务，满足人们对于数字化工业的需求。低时延和高可靠性是自动驾驶、远程控制等uRLLC业务的基本要求。车联网业务在通信中如果受到安全威胁则可能会涉及到生命安全，因此要求高级别的安全保护措施且不能额外增加通信时延。

2.2  中国各种移动通信标准的频段与带宽

已规划总计687 MHz给IMT系统，包含5G的话总共为1187 MHz

（1）FDD频谱

共计带宽352MHz。

（2）TDD频谱

共计带宽345MHz。

（3）5G频谱

共计带宽500MHz。

2.3  中国IMT系统频率分配现状

已分配517 MHz给三家运营商，运营8种网络技术体制标准，含试验使用的917 MHz。

中国移动GSM、TD-SCDMA、TD-LTE共245 MHz；

中国联通GSM、WCDMA、LTE（TDD/FDD）共162 MHz；

中国电信CDMA、LTE（TDD/FDD）共110 MHz。

表4为三大运营商各种网络标准频谱分配，CDMA 2000共享825 MHz—835 MHz/870 MHz—880 MHz频段，2G的GSM1800与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频段，3G的CDMA 2000与4G的(LTE FDD试验)共享1 920 MHz—1 935 MHz/1 860 MHz—1 875 MHz频段，3G的TD-SCDMA与4G的(TD-LTE)共享1 880 MHz—1 900 MHz、2 320 MHz—2 370 MHz频段。

3       关停2G网络的必要性分析

新加坡三家运营商已经在2017年4月1日关闭其2G网络，禁止销售纯2G移动设备，对2G网络使用的900 MHz和1800 MHz频段进行重耕，用于移动宽带服务。美国运营商一直在促使2G网络用户升级，开始关闭2G EDGE网络，这激起了2G网络在全球的退出波澜。

李进良教授在2017年初发表了关停2G网络建议系列文章，已引起相关运营商的关注。

中国的移动网2G有GSM、CDMA共2种标准、3张全国性网络；3G有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA共3种标准，3张全国性网络；4G有FDD-LTE和TDD-LTE两种，也是3张全国性网络，还有三家运营商都建的是无线局域网（WLAN），多年的发展形成了8种标准非常纷繁厐杂而且规模极大的格局，这在全球是独一无二的，应该探讨出一个逐步妥善解决的方案。当前全球移动通信4G达到鼎盛时期，正准备启动向5G高歌猛进，GSM已经用了24年，CDMA也用了18年，因此已经到了将2G的3个全国性网络进行清理退市的时候了。

关停2G网络有什么好处？又有什么问题？

3.1  可获得黄金频谱红利，缩小城乡“数字鸿沟”

工信部2016年前已规划给CDMA或GSM用的2G频谱有825 MHz—835 MHz/870 MHz—880 MHz，共计20 MHz带宽；885 MHz—915 MHz/930 MHz—960 MHz，共计60 MHz带宽；1710 MHz—1755 MHz/1805 MHz—1850 MHz频段，共计90 MHz带宽。

而4G的TD-LTE具有频谱效率高及成本低的优势，可是TD-LTE的频谱完全在1 900 MHz以上，具有频谱资源分配不足及缺乏低端频谱的劣势。5G频谱效率又比4G提升5～15倍，规划的工作频段是3 300 MHz—3 600 MHz和4 800 MHz—5 000 MHz，目前尚没有任何低端频段可用。为加快推进5G网络建设和产业化发展，建议国家要尽快将2G退市的900 MHz与1 800 MHz的二个黄金频段，总计170 MHz带宽，补充划分并合理应用到4G/5G上来。

当前国内中小城市及乡镇4G多已覆盖，人们都已享受其低价方便的信息服务。农村和西部地区与城市和东部地区最大区别是地广人稀、地形复杂，实施电信工程所铺设的光纤线路投资很大，工程特别艰巨。如用现有4G的1 900 MHz、2 600 MHz频段来解决低密度农村偏远地区的覆盖问题，也将增加网络部署成本，限制提升单站覆盖能力，这对于TD-LTE建设覆盖全国农村、实现普遍信息服务是一个严重阻碍。如用5G规划的3 300 MHz和4 800 MHz频段，那问题就更加严重了。由于电波传播特性好的低端优质频率可以减少建网成本，提升技术与产业竞争力。以900 MHz和1 900 MHz、2 600 MHz三个频段的路径损耗来规划设计农村地区为例，采用900 MHz频段所用站点仅仅是1 900 MHz的30%、2600 MHz的15%。采用900 MHz频段所用投资仅仅是1 900 MHz的28%、2600 MHz的13%。如以900 MHz 和3 300 MHz、4 800 MHz三个频段的路径损耗来规划设计农村地区，那差距就更加突出了。

为贯彻落实中央脱贫攻坚战略部署，深入实施“宽带中国”战略，解决贫困村网络覆盖建设问题。建议将2G退市下来的800 MHz—900 MHz频段，特别是450 MHz频段用于解决电信普遍服务，为网络扶贫、缩小城乡“数字鸿沟”提供重要频谱资源。

3.2  可获得技术创新红利，实现“信息随心至，万物触手及”

4G很多性能指标比2G成百倍地提高，仅以数据与语音为例：2G的GSM的峰值数据传输速率只有750 kb/s，上网看影片电视是不可能的；而4G的TD-LTE则升到100 Mb/s，大约提高了133倍，观赏高清晰影片电视是家常便饭了。就语音来说，在典型配置下，单站并发用户容量GSM只有42，而TD-LTE则高达1 200，提高了28倍，且VoLTE高清语音商用服务质量那就比GSM好多了。

而5G很多性能指标比4G有10倍以上的提高，如用户体验速率由10 Mb/s提高到100 Mb/s，部分场景达1 000 Mb/s；单用户峰值速率由1 Gb/s提高到10 Gb/s，部分场景达20 Gb/s；连接数密度由每平方公里10万提高到100万；端到端时延由10 ms减少到1 ms；流量密度由每平方米0.1 Mb/s提高到10 Mb/s；移动性由每小时350 km提高到500 km；频谱效率提升5～15倍；能源效率（bit/J）提升百倍以上；消费者将体验到几秒钟下载一部影片、4k超高清视频同时多路流畅放映、VR/AR实时直播，移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供VR、AR、超高清(3D)视频、移动云等极致业务体验，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

3.3  可获得成本节约红利，免费享受亲临其境的视觉盛宴

2G退网下来的频率、站址、天面、传输线路、电源等等资源是宝贝，只要盘活起来可以发挥更大的作用。由于移动通信的系统设备与终端设备都是建筑在集成电路的基础上，按照摩尔定律每隔2~3年芯片集成密度加倍，处理机速度加倍，芯片成本减半。拿性能价格比来衡量，GSM提供每Mb/s忙时吞吐能力需28 667元，而TD-LTE则只要1 944元，成本节约高达到93%，具体如表5所示：

而5G成本效率（bit/Y）每单位成本所能传输的比特数，提升百倍以上。

所有这些红利总和的体现就是老百姓可以获得优异信息服务与低廉信息消费的实惠，具体就是可以买到几百元的智能手机，每月只花几十元的电信资费，与亲朋视频聊天个把小时，犹如面对面促膝畅谈，从此天涯若比邻。在家可以欣赏精美的图片、视频，通过VR/AR犹如将巨幕影片院搬回家，身临其境遨游美景。

3.4  不关停2G网络的问题

由于GSM系统设备已经使用20多年，逐渐老化，故障不断，需要比新建网时投入更多的维护才能保持正常运行。而原有众多的2G用户多已升级为3G/4G了。2G用户越来越少，实际使用的2G业务量也越来越少，2G所贡献的资费也越来越少，所获得的收入就很难满足维护的支出，这样所提供的语音业务质量也就越来越差，不是打不通，就是听不清。再有原来制造2G系统、终端和零部件的厂家由于市场萎缩或者转产或者破产，那么原来储备的更新或维护的设备器件消耗殆尽之后，又很难得到补充，这就雪上加霜，2G通信质量的恶化就很难避免了。权衡2G关停并转的利弊得失，只有妥善关停，积极升级才是对运营商与用户双赢的好出路，何苦要拖着个老牛破车熬日子呢！

新陈代谢是自然界、人类社会都必须遵循的规律，2G清频退网也一样是无线电应用领域必须遵循的新陈代谢规律，我国运营商与用户都应认识这一规律，首先是运营商要明确清频退网的目的，做好清频退网规划，认真汲取三次清频退网的经验教训，切忌犹豫观望，裹足不前；其次要处理好网络运营商与终端用户的关系，应向2G用户做好清频退网的宣传工作，切忌不做调研，仓促蛮干，要严格实行国家制定的实施法规，力促2G清频顺利圆满完成，这样就可以为5G的高速健康发展创造良好的条件。★

原文发表于《移动通信》2019年第2期