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全球信息通信產業(yè)日益呈現(xiàn)移動化、寬帶化、融合化的發(fā)展趨勢，作為新一代移動通信技術發(fā)展的重點方向，5G將提升移動互聯(lián)網用戶體驗，滿足萬物互聯(lián)的應用需求。目前，3GPP正加速推進5G標準化進程，國際電信聯(lián)盟（ITU）將于2020年批準5G空口標準。頻率是移動通信技術的基礎，頻率規(guī)劃對于5G系統(tǒng)的設計和應用部署發(fā)揮著重要導向性作用。2019年世界無線電通信大會（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，美國已提出相關頻率規(guī)劃，歐盟、日本、韓國等也基本明確5G系統(tǒng)的頻譜策略。
5G三大場景對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，5G系統(tǒng)主要面向三大場景，具有八項關鍵性能指標。三大場景包括增強移動寬帶、大規(guī)模機器通信和超高可靠低時延通信。八項關鍵性能指標包括：峰值速率10~20Gbit/s，用戶體驗速率100M~1Gbit/s，連接數(shù)密度100萬個/km2，用戶面空口傳輸時延1~4ms，頻譜效率較4G提升3~5倍，能量效率較4G提升100倍，對移動速度的支持至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)移動互聯(lián)的升級，還將解決物聯(lián)網多種場景下的應用需求，如圖1所示。
圖 1 ITU關于5G核心能力的要求
為滿足5G系統(tǒng)在覆蓋、容量、連接數(shù)密度等關鍵性能指標要求，5G系統(tǒng)需要不同頻段的工作頻率，大體分為6GHz以下與6GHz以上兩個部分。其中，6GHz以下頻段主要用于實現(xiàn)5G系統(tǒng)連續(xù)廣域覆蓋、高移動性場景下的用戶體驗和海量設備連接；6GHz以上頻段主要用于滿足城市熱點、郊區(qū)熱點與室內場景極高的用戶體驗速率和峰值容量需求。低時延高可靠應用可能將主要依賴于6GHz以下的頻率。
2017年初，我國向ITU提交了關于5G系統(tǒng)頻譜需求結果并被采納。根據(jù)分析，我國5G系統(tǒng)在6GHz以下的頻譜需求為808~1078MHz，考慮到不同運營商在通頻帶部署的兼容性問題，需要設置一定保護帶，實際結果還會略高。而在6GHz以上的頻譜需求則高達14.8~19.7GHz，其中，在24.25~43.5GHz頻段的需求總量達到5.8~7.7GHz。
表1 頻譜需求估算結果
各國均加大5G戰(zhàn)略投資 以期預定時間商用部署
目前，美國、日本、韓國、歐盟等電信發(fā)達國家和地區(qū)均積極加大在5G領域的戰(zhàn)略投資，并在頻譜規(guī)劃、專項資金扶持等方面實施重要舉措，以推進5G產業(yè)加快發(fā)展和成熟，以期按目標時間實現(xiàn)5G商用部署。
美國搶跑5G高頻段部署，助力其保持互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展的主導地位。Verizon率先發(fā)布5G高頻無線標準，初期用于固定接入，計劃2017年啟動商用部署；Sprint宣布將在2019年商用2.6GHz的5G網絡；美國管理機構FCC在2016年7月，劃出了大約11GHz的帶寬用于無線通信，包括3.85GHz的license（授權）頻段（27.5~28.35GHz、37~38.6GHz、38.6~40GHz），以及7GHz的unlicensed（非授權）頻段（64~71GHz）
日本維持4G時代優(yōu)勢，并助力其在機器人/AR/VR等領域的產業(yè)優(yōu)勢。日本計劃在2020年東京奧運會前部署4.4~4.9GHz 5G商用系統(tǒng)，提供熱點覆蓋，支持東京奧運會；NTT DoCoMo正組織十多家主流企業(yè)開展5G試驗。
韓國通過5G升級網絡基礎設施，助力其“創(chuàng)新經濟”。韓國將于2018年初在28GHz開展5G預商用試驗，支持平昌冬奧會；KT宣布將在2019年提供全球首個商用5G移動網絡，比原計劃2020年提前1年；韓國計劃在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)領先地位，助力“數(shù)字經濟”。明確700MHz/3.4~3.8GHz為5G先發(fā)頻率；依托5GPPP項目，2017年開始樣機試驗，2018年啟動5G預商用試驗，2020年左右實現(xiàn)商業(yè)部署。
綜合考慮國際競爭、我國5G引領的目標、業(yè)務容量壓力以及5G標準化和產業(yè)成熟度，我國宣布2020年實現(xiàn)5G網絡規(guī)模商用。
5G大帶寬頻率規(guī)劃TDD是大勢所趨
在4G時代，TD-LTE的發(fā)展證明了TDD所獨有的技術優(yōu)勢，同時對連續(xù)大帶寬頻率資源的需求，也使得TDD成為5G時代2GHz以上新頻率的優(yōu)選劃分方式。TDD的主要技術優(yōu)勢如下。
一是下行鏈路/上行鏈路（DL/UL）靈活時隙配比，有效滿足上行業(yè)務日益增長的需求。隨著智能手機的飛速發(fā)展及其日益增長的應用，移動應用越來越以下載為中心。視頻下載已經占整個網絡的整體數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮艽笠徊糠郑瑢е?:1，6:1或甚至更高的下行鏈路到上行鏈路不對稱。事實上，一些運營商正面臨大約10:1的DL/UL比率。TDD靈活可配置的上下行時隙比例使得其能夠滿足上行鏈路/下行鏈路業(yè)務傳輸?shù)牟粚ΨQ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。大規(guī)模天線Massive MIMO正是利用這一點增強了下行鏈路傳輸容量，同時最小化干擾，從而可以帶來數(shù)倍的傳輸效率的提升。
三是TDD模式有利于和現(xiàn)有業(yè)務共存。TDD技術使得3.5GHz頻段的移動通信業(yè)務，可以更好的與該頻段原有的業(yè)務共存，例如，F(xiàn)WA（固定無線接入系統(tǒng)），F(xiàn)S（固定業(yè)務），F(xiàn)SS（固定衛(wèi)星業(yè)務）和雷達等業(yè)務。
5G初期部署的先鋒頻率
隨著標準化和產業(yè)化的快速推進，全球各國和各運營商的5G商用計劃日漸清晰。5G初期商用頻率的選擇日漸清晰。對于5G應用的三大場景，目前運營商最明確需求的是增強移動寬帶場景，考慮到5G的增強移動寬帶業(yè)務需要連續(xù)的大帶寬的頻率部署，才能支持相對于4G網絡來說更有競爭力的速率，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過WRC-07和WRC-15兩次會議的努力，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)部分國家可用于IMT。隨著3.5GHz頻段關注度的提升，基于該頻段的TD-LTE產業(yè)化也日益成熟，可有效支撐運營商的商用網絡部署，已經有包括日本、印度、美國和沙特等國家部署了95張TD-LTE商用網絡。據(jù)GSA統(tǒng)計，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、CPE、MiFi和數(shù)據(jù)卡等。
雖然在TD-LTE階段，全球產業(yè)在3.5GHz頻段的產業(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產業(yè)的成熟還有相當長的距離，需要產業(yè)鏈上下游一道，以商用目標為牽引，協(xié)作推進，才有可能實現(xiàn)2020年5G在該頻段的商用。目前華為、中興、大唐、愛立信、Nokia、Intel、高通、MTK等已經開始了在3.5GHz的5G試驗。
基于全球頻譜可用情況以及產業(yè)成熟的基礎，3.5GHz在3GPP的5G頻譜標準化討論伊始就得到了業(yè)界的高度關注。經過討論，在充分考慮和滿足全球3區(qū)對于3.5GHz頻段的部署需求的基礎上，最終3GPP在今年6月底的RAN4 AH#2會議上將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)合其主要的設備商開展了相關的5G試驗，包括愛立信、Nokia、華為、高通、Intel、MTK、松下、三菱、富士通等，全力推進日本在2020年商用該頻段的目標。中國為5G的部署規(guī)劃了4.8~5.0GHz的200MHz頻率，中國IMT-2020推進組已經把該頻率規(guī)劃為5G試驗頻率，目前大唐移動已經完成了該頻段的小站外場試驗。目前3GPP已經將4.4~5GHz定義為5G的一個頻段。
日本和中國在該頻段的5G應用將起到很好的示范效應，帶動東南亞、非洲等區(qū)域在該頻段的應用，引導全球為移動通信業(yè)務釋放出更多的C波段頻率。
2.6GHz頻率重耕用于早期的5G部署Sprint已經宣布將基于其已有的2.6GHz頻率開展5G的早期部署。Sprint在美國擁有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，相對于其他更高的頻率，可以提供更好的網絡覆蓋。2.6GHz頻率是4G TD-LTE發(fā)展的重要的全球性頻率，在美國、日本、中國、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4G頻率重耕和5G部署的重要頻段。
28GHz首先從美國、日韓開始應用從全球5G商用計劃來看，目前美國運營商在28GHz等毫米波頻段的部署時間最激進，日、韓也在28GHz上有較高的優(yōu)先級，希望能在2018年的冬奧會和2020年的夏季奧運會上有所應用。目前Verizon、KT等和三星、高通、愛立信、Nokia、Intel等正在全力推進28GHz產業(yè)的成熟，預計在2019年將有商用的產品推出。而歐洲、中國等則將6GHz以上頻率的商用規(guī)劃在了5G商用的第二階段，為室內和熱點等環(huán)境下的容量擴展服務或者提供超高速率的業(yè)務體驗。
頻譜是無線通信最重要的資源，頻譜的規(guī)劃對于5G產品研發(fā)及測試、組網部署乃至提升產業(yè)信心有非常重要的意義。未來5G頻譜需高、中、低結合，以滿足5G不同應用場景的差異化需求；未來5G新頻譜，尤其是2.6GHz以上的頻譜，均為TDD頻譜，以充分發(fā)揮大規(guī)模天線的技術優(yōu)勢，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。
