5G時代頻譜不夠用了怎么辦

5G已進(jìn)入商用通道，雖然給業(yè)界帶來前所未有的體驗(yàn)，但5G是頻譜資源的消耗大戶，對頻譜帶寬的需求更高，5G商用中頻譜的供需矛盾更加突出，因此頻譜共享技術(shù)需要落地，同時頻譜共享也被視為是5G技術(shù)系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵能力。

無線電頻譜在移動通信業(yè)中的關(guān)鍵性毋庸置疑，無線技術(shù)的發(fā)展和商用，對頻譜需求急劇增長，頻譜供求矛盾日益突出，頻譜共享成為解決這一矛盾的重要方案。所謂頻譜共享是指由兩個或兩個以上用戶共同使用一個指定頻段的電磁頻譜，共享用戶可分為主用戶和次用戶。主用戶是指最初被授予頻段且愿意與其他接入者共享資源的用戶;次用戶是指其余被允許按照共享規(guī)則使用頻譜的用戶。對頻譜共享的概念、分類、技術(shù)研究的文獻(xiàn)較多，本文就不贅述，而頻譜共享在5G產(chǎn)業(yè)中如何商用值得關(guān)注。

5G已進(jìn)入商用通道，雖然給業(yè)界帶來前所未有的體驗(yàn)，但5G是頻譜資源的消耗大戶，對頻譜帶寬的需求更高，5G商用中頻譜的供需矛盾更加突出，因此頻譜共享需要落地，同時頻譜共享也被視為是5G技術(shù)系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵能力。

非技術(shù)因素加劇頻譜供需矛盾，呼喚技術(shù)手段來提升效率

無線電頻譜本身是一個不可再生資源，而且能夠用于移動通信的頻段有限，因此其稀缺性更加明顯。有用且稀缺的物品就需要盡最大努力提升其效率，然而一些非技術(shù)因素使得其利用效率并不高，從而進(jìn)一步加劇頻譜供需矛盾?？偨Y(jié)下來，筆者認(rèn)為以下三個非技術(shù)因素加劇頻譜供求矛盾。

（1）移動通信的代際升級緩慢加劇頻譜供求矛盾

所謂的代際升級中商用因素，是指新一代移動通信技術(shù)商用時，上一代甚至上幾代技術(shù)會共存，代際升級速度太慢，多代通信技術(shù)的并存意味著每一代都獨(dú)占專門的無線電頻譜資源。例如，目前5G商用牌照已經(jīng)發(fā)放，今年5G網(wǎng)絡(luò)會正式商用，然而在未來一段時間中各運(yùn)營商仍然要運(yùn)營者多個制式的網(wǎng)絡(luò)，在很長一段時間中是2G/3G/4G/5G共存的局面。

正如中興通訊專家申建華在其發(fā)表的《頻譜共享趨勢和進(jìn)展》一文中指出：傳統(tǒng)運(yùn)營商多制式網(wǎng)絡(luò)中每個制式都需要固定占用一定的頻譜資源，每個制式所需的頻譜資源與其最大話務(wù)容量相關(guān)，雖然不同制式業(yè)務(wù)負(fù)荷的潮汐特性不同，但由于每個制式都獨(dú)占頻譜，不同制式間的頻譜不能錯峰共享使用，導(dǎo)致了頻譜資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

隨著新的業(yè)務(wù)發(fā)展，雖然2G/3G退網(wǎng)重耕到4G/5G是大勢所趨，但這一過程并非一蹴而就，過去幾年中中國移動3G減頻退網(wǎng)、中國聯(lián)通2G減頻退網(wǎng)的消息不斷出現(xiàn)，但全部清退騰出頻譜資源談何容易？此時，頻譜共享技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在同一頻段按需、動態(tài)地分配頻譜資源，成為運(yùn)營商的必然選擇，可以釋放部分資源用于4G/5G。

（2）無線電頻譜政策局限加劇頻譜供求矛盾

由于無線電頻譜歸國家所有，各國制定無線電頻譜政策，而政策的制定需要從長遠(yuǎn)角度考慮與整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。對無線電頻譜規(guī)劃和政策制定中因?yàn)橐恍┮蛩氐挠绊懀鶗斐深l譜供求形成結(jié)構(gòu)性的矛盾，頻譜分配形成碎片化，真正需求得不到滿足。最為典型的是當(dāng)前美國5G頻譜分配的態(tài)勢。在全球大多數(shù)國家和地區(qū)規(guī)劃將6GHz以下的低頻段作為5G覆蓋的頻段時，美國運(yùn)營商卻無法獲得這一頻段，只能主要在28GHz和39GHz這些毫米波頻段部署5G，這緣于此前美國的6GHz以下頻段已經(jīng)被政府和軍方占用，雖然美國國防部已計劃騰退中低頻段，但這一工作什么時間完成仍然是個未知數(shù)。眾所周知，毫米波頻段雖然帶寬資源充足，但覆蓋距離非常低，造成運(yùn)營商更高的投資。而即使是24GHz毫米波頻段，也遭到了美國國家海洋和大氣管理局的反對，因?yàn)樵擃l段無線通信有可能干涉到氣象預(yù)測的準(zhǔn)確性。

可見，無線電頻譜政策的局限性可能讓有頻譜需求的群體無法獲得頻譜授權(quán)，加劇供需矛盾?；蛟S，頻譜共享技術(shù)的使用，可以讓頻譜所有權(quán)主體共享給需求方。

（3）高昂的頻譜獲取成本加劇頻譜供求矛盾

諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎獲得者羅納德·科斯曾在1959年發(fā)表了《聯(lián)邦通訊委員會》一文，對全球無線電頻譜管理產(chǎn)生了重大影響，建立了無線電頻譜市場化管理的理論基礎(chǔ)，此后全球多個國家基于此理論開啟了頻譜市場化拍賣的方式。然而，拍賣方式雖然解決了稀缺資源的分配問題，但也在一定程度上大大增加了運(yùn)營商的成本，加劇了頻譜供求矛盾。

根據(jù)德勤的統(tǒng)計，截至2017年第三季度，全美六大公開交易頻譜的持有人為AT&T、Dish、Sprint、TDS/U.S. Cellular、T-Mobile US和Verizon，這六家的資產(chǎn)負(fù)債表上共持有逾2650億美元的綜合頻譜資產(chǎn)，這一頻譜資產(chǎn)幾乎占企業(yè)總價值的三分之一，美國之外的一些國家運(yùn)營商的頻譜資產(chǎn)雖然占其企業(yè)價值沒有那么高，但這一比例也持續(xù)上升。

頻譜資產(chǎn)占企業(yè)價值的比例（來源：德勤）

高昂的頻譜獲取成本給企業(yè)造成了很大負(fù)擔(dān)，此前因?yàn)轭l譜拍賣中支付高額費(fèi)用導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營虧損的運(yùn)營商不在少數(shù)。因此，提升頻譜使用效率是降低企業(yè)成本的一種重要方式。

通信網(wǎng)絡(luò)代際升級緩慢、頻譜政策局限以及高昂的頻譜獲取費(fèi)用背景下，通過技術(shù)手段提升寶貴頻譜資源的利用率就非常必要，面對5G的高額投資，頻譜共享技術(shù)更有必要性。

產(chǎn)業(yè)鏈重要參與者都沒有缺席

整個產(chǎn)業(yè)鏈早已意識到頻譜資源稀缺性和非技術(shù)因素的影響，因此通過推出各類技術(shù)手段提升頻譜利用率就成為各領(lǐng)軍組織的重要任務(wù)，產(chǎn)業(yè)鏈各重要參與者均未缺席頻譜共享技術(shù)，尤其是在5G的頻譜共享方面。

2017年3月，當(dāng)3GPP做出5G標(biāo)準(zhǔn)加速的決定同時，也引入了5G NR頻譜共享研究，將頻譜共享作為5G標(biāo)準(zhǔn)中的組成部分。我國的IMT-2020（5G）推進(jìn)組也在進(jìn)行頻譜共享專題技術(shù)研究，指導(dǎo)未來國內(nèi)5G商用。

早在2016年11月，高通就宣布推出其首個5G NR頻譜共享原型系統(tǒng)和試驗(yàn)平臺。該原型系統(tǒng)旨在表明，5G頻譜共享技術(shù)將提高共享頻譜的移動寬帶性能至更高水平，從而提供“像光纖一樣”的移動體驗(yàn)，同時將5G擴(kuò)展至全新部署類型，如面向企業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的專用5G網(wǎng)絡(luò)。

華為在頻譜共享技術(shù)方面也做了大量工作，其中CloudAIR解決方案就是對這一技術(shù)研究的體現(xiàn)。2017年世界移動大會期間，華為展示了CloudAIR解決方案，可以支持GSM&UMTS和GSM《e動態(tài)頻譜共享;在2018年世界移動大會期間cloudair p=“” 解決方案發(fā)布，該方案一個重要的價值就是lte和5g新空口在相同頻譜動態(tài)共享部署，加速5g全頻段部署。

來源：愛立信

愛立信在頻譜共享方面也推出專門的方案。2019年世界移動通信期間，愛立信使用英特爾5G設(shè)備，首次展示頻譜共享技術(shù)，展現(xiàn)了4G和5G可以在同一個載波頻率上同時運(yùn)行。愛立信的頻譜共享軟件通過智能調(diào)度算法，根據(jù)實(shí)際流量需求，在同一載波頻率內(nèi)實(shí)現(xiàn)4G和5G之間的頻譜動態(tài)共享。每一毫秒，系統(tǒng)容量都會在4G和5G之間進(jìn)行重新調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)中以任何比例混合的4G和5G設(shè)備都能達(dá)到最佳性能。這將最大限度地減少頻譜浪費(fèi)，并實(shí)現(xiàn)最佳的最終用戶性能。

頻譜共享不僅僅為了各大通信廠商秀技術(shù)，而且已經(jīng)在商用中得到落地，尤其是在5G網(wǎng)絡(luò)商用中的落地。知名通信自媒體“網(wǎng)優(yōu)雇傭軍”曾對瑞士電信的共享頻譜5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過詳細(xì)解讀。今年4月，瑞士電信宣布正式商用5G，這張網(wǎng)絡(luò)與其他國家商用的5G網(wǎng)絡(luò)最大的不同之處是4/5G頻譜共享的5G網(wǎng)絡(luò)。

瑞士電信5G部署頻譜

從瑞士電信發(fā)布的資料可以看出，其商用的5G網(wǎng)絡(luò)不僅部署在專門為5G分配的3.5-3.8GHz頻段上，還充分利用了現(xiàn)有2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的1.8GHz、2.1GHz和2.6GHz頻段。瑞士電信所發(fā)布的兩大品牌5G WIDE和5G FAST，其中共享原來2G/3G網(wǎng)絡(luò)1.8GHz和2.1GHz頻段以及共享原來4G網(wǎng)絡(luò)2.6GHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)是5G WIDE品牌，因?yàn)楦偷念l段可以實(shí)現(xiàn)更廣的覆蓋，因此突出了廣覆蓋特點(diǎn);使用新分配的3.5-3.8 GHz新頻段的5G稱為5G FAST，這是突出高頻段帶寬大、速率高的特點(diǎn)。

瑞士電信的做法可以看作是通過提供頻譜效率手段，快速低成本建設(shè)5G。瑞士電信認(rèn)為，若采用全新的5G頻段建網(wǎng)，需新建大量天線，尤其在城區(qū)， 90%的基站天面已沒有空間，困難重重，難以充分發(fā)揮5G潛力，而采取頻譜共享方式可以快速實(shí)現(xiàn)5G覆蓋。

瑞士電信的動態(tài)頻譜共享采用了愛立信的動態(tài)頻譜共享技術(shù)，基于智能調(diào)度算法，可在現(xiàn)有的4G載波中引入和添加5G，實(shí)現(xiàn)4G和5G用戶輪流使用相同的頻譜資源。

除了瑞士電信之外，本周宣布商用的沃達(dá)豐英國公司，也采用了愛立信的動態(tài)頻譜共享技術(shù)。

此外，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，美國AT&T和Verizon兩大運(yùn)營商只有毫米波頻段，實(shí)際上可以采用動態(tài)頻譜共享技術(shù)，以利用現(xiàn)有的4G低頻段來快速實(shí)現(xiàn)全國性廣覆蓋。

當(dāng)然，正如中國IMT-2020（5G）推進(jìn)組所述，頻譜共享技術(shù)需要頻譜管理政策的支持，制定新型使用規(guī)則、安全策略和經(jīng)濟(jì)模型，對基帶算法和器件性能有較高要求。在我國5G商用推進(jìn)中，隨著技術(shù)的逐步完善，政策和產(chǎn)業(yè)生態(tài)也需要及時跟進(jìn)，使頻譜共享這一5G重要組成部分發(fā)揮出其商用價值。