無線頻譜資源分配在5G網(wǎng)絡(luò)中的進展分析

柯榮(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東廣州，510630)

無線頻譜資源分配在5G網(wǎng)絡(luò)中的進展分析

柯榮
(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東廣州，510630)

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代移動通信的觸角已經(jīng)開始逐步延伸到5G時代，無線頻譜也相應(yīng)的得到了更深層次的應(yīng)用和發(fā)展，尤其是在資源分配方面。由于頻譜資源分配受多種因素的影響，因此在實際運用過程中必須對其做進一步的研究。對此，本文將系統(tǒng)的分析和探討無線頻譜資源分配在5G網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展。

無線頻譜；5G網(wǎng)絡(luò)；頻譜資源分配

0 前言

5G是第五代移動電話行動通信標準的簡稱，也叫做第五代移動通信技術(shù)。它是繼4G之后的最新一代移動通信技術(shù)，目前受到廣大網(wǎng)絡(luò)通信研究人員的高度關(guān)注，它將更多的人、物、數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密的連接起來，能夠?qū)θ祟愅ㄐ潘降奶岣咂鸬胶艽蟮耐苿幼饔谩Ｔ?G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，無線頻譜是其發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，尤其是頻譜分布更是至關(guān)重要。當前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員主要研究的頻段大多集中在6GHz以下頻段，逐步發(fā)展的5G將在這一頻段內(nèi)盡可能的實現(xiàn)用戶與設(shè)備的連接最大化[1]。然而在實際運用過程中，由于日益增加的網(wǎng)絡(luò)用戶需求，網(wǎng)絡(luò)頻譜只有達到300MHz以上且連接不中斷才能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，而6GHz以下頻段的頻譜在很大程度上已經(jīng)無法，所以必須尋求6GHz以上的無線頻譜并做好其資源分配工作。

1 影響頻譜資源分配的因素

1.1 應(yīng)用場景的不同

目前，由于5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的逐步深入，其應(yīng)用場景也在不斷的增多和完善。對此，ITU-R確定了3個主要應(yīng)用場景，分別為增強型移動寬帶、超高和低延遲通信以及大規(guī)模機器類通信，由于這些應(yīng)用場景都需要高水平的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此對于5G網(wǎng)絡(luò)的無線頻譜的分配要求就更加嚴格。具體來說，這些分配需求可以通過對4G移動通信技術(shù)的無線頻譜進行改善和發(fā)展，再利用5G移動網(wǎng)絡(luò)來加以增強用戶體驗效果來實現(xiàn)，所以不同的應(yīng)用場景對于頻譜資源分配的選擇是有很大差異的。

以上三種特殊的應(yīng)用場景在無線接入的空口設(shè)計以及無線頻譜的物理頻寬方面都有著不同程度的影響。其中，在物理頻寬方面，UWB載波擁有巨大的無線傳輸速率，它能夠使移動通信接入網(wǎng)絡(luò)時的傳輸速率達到Gbit/s的層次。在頻譜資源類型方面，主要涉及社會公共安全領(lǐng)域，這是由于該領(lǐng)域需要超強的無線電波來穿透各種障礙物，從而更好地實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋[2]。

1.2 現(xiàn)場部署環(huán)境的差異性

頻譜資源分配不僅與應(yīng)用場景有巨大的關(guān)聯(lián)，也與現(xiàn)場的部署環(huán)境具有很大的聯(lián)系。具體表現(xiàn)在很多方面，比如在相鄰頻段運行的無線系統(tǒng)對于蜂窩移動通信的正常運行和工作會產(chǎn)生巨大的影響，因為各類無線頻段如果過于接近，那么會對無線網(wǎng)絡(luò)的正常運作造成巨大的干擾，主要體現(xiàn)在無線頻譜的帶寬總量上。除此之外，大量網(wǎng)絡(luò)通信運營商的高密度網(wǎng)絡(luò)操作也對無線頻譜的資源分配造成了很大的影響，這些運營商由于過密的無線網(wǎng)絡(luò)操作，在很大程度上會導致無線頻譜資源交叉，進而降低了網(wǎng)絡(luò)接入性能[3]。對此，各運營商應(yīng)該保證充足的頻譜資源，避免因資源交叉而影響整體的頻譜資源分配。

2 高、低頻段分配頻譜資源的方式

2.1 低頻段分配頻譜資源的方式

5G技術(shù)的應(yīng)用場景很廣，但其對于不同的應(yīng)用場景卻有著不同的性能和底層頻譜要求，所以在選擇5G通信技術(shù)的物理工作頻段時應(yīng)充分考慮其具體應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)類型。目前來說，原來的無線頻譜資源都已經(jīng)實現(xiàn)了固定分配，并處于授權(quán)型頻段內(nèi)，為了使已用的技術(shù)與特性能夠得到進一步的發(fā)揮，因此業(yè)界在低頻段內(nèi)部署5G移動通信系統(tǒng)大多都是利用了4G網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)演進系統(tǒng)。但是，為了更好的實現(xiàn)商業(yè)化，僅僅依靠原先已被固定的無線頻譜資源是不夠的，換句話說，為了適應(yīng)移動寬帶網(wǎng)絡(luò)中日益增長的數(shù)據(jù)流量和視頻流量需求，5G技術(shù)中的無線頻譜資源應(yīng)該被注入新的血液。從現(xiàn)階段而言，現(xiàn)有移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的可用性及系統(tǒng)容量的擴展仍可使用位于6GHz以下物理頻段內(nèi)的無線頻譜資源。

2.2 高頻段分配頻譜資源的方式

6GHz以上的高頻段信號的特點是指向性強、流量密度高，這樣一來，其他類型的應(yīng)用對短距離傳輸?shù)某邤?shù)據(jù)吞吐量的要求就能夠得到充分的滿足，因此，當前的主要任務(wù)是將移動寬帶接入服務(wù)的頻譜資源擴展到6GHz。但是，因為無線電波的穿透損耗與散射損耗會隨著頻率值的增大而增加，為了彌補這些損耗，我們應(yīng)重點考慮根據(jù)不同物理頻段的特性來合理分配6-100GHz之間的頻段。

3 各個國家對5G授權(quán)頻段分配的進展分析

近幾年，各個國家都加大了對5G授權(quán)頻段分配的研究力度，并取得了一些成效。例如某些國家針對業(yè)務(wù)類型的不同，制定出了無線頻譜資源的使用規(guī)范，同時為防止帶內(nèi)/外干擾建立了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范；而也有些國家或地區(qū)也強制規(guī)定了一些特定的技術(shù)，而這些技術(shù)中大多是用于提供移動通信及寬帶數(shù)據(jù)接入服務(wù)的，并且頻譜資源是其專用的物理頻段。

我國也在逐步研究5G頻譜的需求預測、候選頻段的選取等問題，到目前為止，5G面向2030年的頻譜需求總量估算、6—100GHz高頻段候選頻段的優(yōu)先級研究等工作已經(jīng)完成。在WRC—15會上，新增了一個5G全球統(tǒng)一頻率是1427—1518GHz，而這項工作也是由我國率先完成的，遺憾的是我國在高頻段方面還沒有較大的突破。

將5G網(wǎng)絡(luò)可用頻譜進行具體分配的國家是美國，主要劃分了4個新的毫米波段，如下圖所示。劃分這一頻段的主要機構(gòu)為FCC，除此之外，該機構(gòu)還平衡了無線寬帶與政府所使用頻譜之間的關(guān)系，同時也將頻譜接入方式根據(jù)不同的使用場景需求進行了劃分，使其能夠最大程度的滿足各種無線網(wǎng)絡(luò)需求。

圖1 用頻譜分配5G網(wǎng)絡(luò)

[1]陳亮,楊奇. 5G網(wǎng)絡(luò)中無線頻譜資源分配的進展分析[J].光通信研究, 2016(6):68-71.

[2]陳劼,李少謙,廖楚林.認知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于需求的頻譜資源分配算法研究[J].計算機應(yīng)用,2008,28(9):2188-2191. [3]黃川,梁步林,許力,等.認知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于動態(tài)信譽機制的頻譜分配策略研究[J]. 信號處理,2014(11):1339-1344.

Analysis of wireless spectrum resource allocation in 5G networks

Ke Rong
（Guangdong Telecom Planning & Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong,510630）

With the rapid development of modern network technology, Modern mobile communications have begun to gradually extend to the 5G era, wireless spectrum has also been a deeper level of application and development, especially in the distribution of resources. Because the allocation of spectrum resources is affected by many factors, it is necessary to do further research in the process of practical application. In this regard, this paper will systematically analyze and discuss the development of wireless spectrum resource allocation in 5G network.

Wireless spectrum；5G Network；Spectrum resource allocation