要想5G長得壯 需先弄肥頻譜“土地”

一部10GB藍光畫質級別的電影，不到20秒就可下載完成。這就是未來的5G時代。

作為第五代移動通信技術，5G以其超高的網絡傳輸速率和極低的網絡延遲時間為正在使用2G、3G、4G網絡的用戶勾勒出一幅高速藍圖。

為了盡早實現(xiàn)這幅藍圖，我國正在緊鑼密鼓地開展相關準備工作。中國信息通信研究院副院長王志勤于近日表示，我國5G頻譜資源的最終許可方案計劃將在今年9月正式發(fā)布。對此業(yè)內人士表示，5G頻率劃分一經確定，對于運營商的重要意義在于可基本估算出組網的成本，這意味著我們離5G又近了一步。

那么，頻譜是什么?為何發(fā)布頻譜方案如此重要?隨著5G時代的到來，移動數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆炸式增長，頻譜資源又將面臨哪些問題?

頻譜是5G建設基礎 當前處于稀缺狀態(tài)

在解釋頻譜前，讓我們先回想下，平時用手機打電話的場景。我們幾乎每天都會打電話，但你有沒有想過，為何兩個相隔千里的人也能用手機聽到對方的聲音?

在過去很長一段時間，書信曾是傳遞信息的主力，郵遞員承擔著信件的收發(fā)工作。實際上，手機通信與信件傳遞一樣，是實現(xiàn)信息交流的手段，而幫助手機傳遞信息的“郵遞員”是電磁波。這種看不見、摸不著的載體將一個人的聲音信號傳遞給另一個人。

手機之外，電磁波還是廣播、Wi-Fi等無線設備傳遞信息的“郵遞員”。不同形式的信息傳遞方式會使用不同頻率的電磁波，如1880MHz—1900MHz頻段用于中國移動用戶的4G通信業(yè)務，2.4GHz頻段用于家用Wi-Fi業(yè)務。

不論是手機還是Wi-Fi，它們都屬于無線電業(yè)務。這些無線電業(yè)務所使用的頻率范圍在3Hz—300GHz之內，這一范圍內的無線電磁波頻率被統(tǒng)稱為無線電頻譜。

專業(yè)人員將上述頻譜資源劃分成很多頻段，這些頻段只能用于特定業(yè)務，相當于為不同的通信業(yè)務指派專門的“郵遞員”。例如，美國聯(lián)邦通訊委員會規(guī)定將28GHz頻段的頻譜資源用于開發(fā)5G無線網絡，那么28GHz這個“郵遞員”便只能服務于5G網絡信息傳遞。可想而知，如果沒有“郵遞員”，無論5G多么出彩，都是空有一身武藝，沒有施展的“舞臺”。

然而，在一定程度上，現(xiàn)階段頻譜資源是稀缺的。由于低頻段的電磁波傳播損耗小、覆蓋距離遠、開發(fā)難度較小，因此這類頻譜資源主要應用于很早起步的廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。而高頻段頻譜資源則恰恰相反，它的頻率越高，開發(fā)技術難度越大、服務成本越高，目前人們能用且用得起的高頻段資源較少。

因此，目前高、低頻段的優(yōu)質資源的剩余量十分有限。

頻段被分配給運營商 實行專屬開發(fā)

“目前，全球共享用于地面移動通信網絡的頻譜資源。各國分別設立監(jiān)管機構管理頻譜資源，如美國聯(lián)邦通訊委員會和我國的無線電管理委員會。”南京世域天基通信技術有限公司總裁郭正標在接受科技日報記者采訪時表示。

各國監(jiān)管機構往往將頻譜資源分配給無線網絡運營商，有的國家采用無償配發(fā)的方式，有的國家則采用競拍形式將部分頻譜資源的使用權賣給運營商。

長期以來，我國一直采用政府行政審批并收取無線電頻率占用費的方式，由主管行政單位將頻譜資源分配給中國電信、中國移動、中國聯(lián)通三大運營商。

那么分配之后，頻譜資源又是如何被使用的呢?

“可將頻譜看成是一片尚待開發(fā)的‘土地’，2G、3G、4G等移動通信技術可分別占用其中一部分‘土地’，也就是一部分頻段進行開發(fā)、利用。而且，每塊‘土地’都實施專屬開發(fā)原則，即一塊‘土地’只能供1種移動通信技術使用。”深圳金航標電子有限公司技術總監(jiān)康飛向科技日報記者解釋，比如中國移動從政府部門獲得4G頻段的牌照后，只能利用該頻段開展4G業(yè)務。當然還有一些頻段沒有被分配，就像城市總會預留出一些土地暫不規(guī)劃、以備后用。

國際上早在十幾年前就對5G頻譜分配作了規(guī)劃。

據(jù)報道，現(xiàn)已有40多個國家和地區(qū)的監(jiān)管機構正在開展供5G網絡使用的相關頻譜規(guī)劃。歐盟委員會于2012年11月推出了“構建2020年信息社會的無線通信關鍵技術”項目(METIS項目)，致力于研究5G無線通信系統(tǒng)。隨后美國、韓國等國紛紛跟進，在5G關鍵技術、系統(tǒng)框架以及用戶推廣等方面開展多線研究。2015年10月，國際電信聯(lián)盟正式確定了5G發(fā)展計劃，并將其命名為“IMT—2020”。按照這一計劃，2020年該聯(lián)盟將完成5G技術規(guī)范。

2017年6月，我國工信部先后面向社會廣泛征集3300MHz—3600MHz、4800MHz—5000MHz、24.75GHz—27.5GHz、37GHz—42.5GHz或其他毫米波頻段(頻域為30GHz—300GHz)5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見。2017年11月，工信部發(fā)布了關于3300MHz—3600MHz和4800MHz—5000MHz頻段用于5G系統(tǒng)的通知。“除上述頻段外，73GHz頻段也可能會被用于5G開發(fā)。”康飛預測。

供求矛盾愈發(fā)凸顯 管理模式亟待變革

“可以預見，在5G時代移動數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長，所需頻譜數(shù)量也將遠超前幾代移動通信技術的總和。”康飛指出，頻譜供需矛盾將在5G時代愈發(fā)凸顯。

那么在目前供給有限的情況下，如何使頻譜資源發(fā)揮出其最大效力，這是目前眾多學者研究的課題。頻譜資源通常掌握在運營商手中，運營商一旦獲得某個頻段的使用權，那么該頻段將為此運營商的用戶專用，這通常被稱為靜態(tài)頻譜分配方式。因此即便運營商不使用或很少使用該頻段，其他運營商也無法使用。長期以來，這種頻譜分配策略導致部分頻譜利用率較低，出現(xiàn)閑置現(xiàn)象。

能否將這些利用率低的頻譜從原運營商手中收回，經整合、規(guī)劃后再次投入到市場中?激勵拍賣分配方式就在這樣的思路下產生了。

早在2012年，美國聯(lián)邦通訊委員會便開始針對頻譜資源的再利用問題進行了深入研究。2017年3月，美國600MHz廣播電視頻段的激勵拍賣順利完成，這是全球首次對頻譜資源進行激勵拍賣。本著自愿原則，美國聯(lián)邦通訊委員會首先向原持有600MHz頻段的廣播電視運營商回收總計84MHz的頻率資源，隨后對其進行規(guī)劃，并將頻譜資源進行拍賣。

此外，針對缺乏靈活性的靜態(tài)頻譜分配方式，一些學者提出動態(tài)頻譜分配建議。他們提議，能否根據(jù)網絡中業(yè)務量分布情況，動態(tài)地分配有限的頻譜資源，以提升頻譜資源利用率。但受限于當前的頻譜資源管理模式和具體分配技術，動態(tài)分配方案距離落地還有很長的路要走。

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衛(wèi)星通訊領域頻譜資源更匱乏

在陸地上，由于各國基站相隔較遠，因此不同國家在使用相同頻段的頻譜時，也不易產生干擾問題。但到了天上，問題就開始變得復雜起來。

郭正標表示，基于衛(wèi)星的空間通訊技術往往涉及跨國服務，如果不同國家對同一頻段均可使用，就很容易產生干擾問題。因此國際電信聯(lián)盟規(guī)定，各國運營商必須對某一頻段頻譜的使用進行申請，方能得到授權;一旦通過授權，其他運營商不得再使用此頻段。

“就像圈地蓋房子，由于歐美等國的衛(wèi)星運營商起步早，他們早早就把地盤占上、將房子蓋好。”郭正標比喻道，“能蓋房子的土地就那么多。我國起步較晚，再想蓋房子，土地審批難度大不說，好的地段早早就被蓋上了其他國家的房子，只能爭奪剩下較差的地段了。而且隨著科技發(fā)展，會有越來越多的衛(wèi)星運營商爭奪剩下的資源。因此，空間通訊技術所依賴的頻譜資源十分緊缺。”