中國廣電700 MHz頻段5G覆蓋的初步研究

侯瑞東

（南京廣播電視系統(tǒng)集成有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通以及中國廣電發(fā)放5G商用牌照，意味著我國正式進(jìn)入5G商用元年[1]。中國廣電手握被稱為傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)黃金頻段的700 MHz頻譜，并且在近期連續(xù)和多家通信巨頭如華為和高通等合作完成了5G的移動終端測試，雖然是移動通信領(lǐng)域的新晉者，但也立馬成為了這場世界5G通信領(lǐng)域爭奪戰(zhàn)的焦點。本文將先簡單概述廣電5G組網(wǎng)，然后對比分析5G通信傳播的3種模型，即準(zhǔn)開闊場景下通信傳播模型、城市郊區(qū)場景下通信傳播模型以及中小型城區(qū)場景通信傳輸模型，初步研究廣電700 MHz黃金頻段的應(yīng)用和優(yōu)勢。

1 我國5G通信發(fā)展概述

我國5G通信的發(fā)展始于2013年2月，國家發(fā)改委、科技部以及工信部聯(lián)合成立了IMT—2020（5G）推動組時就開始進(jìn)行了我國5G戰(zhàn)略的全面布局，并在《“十三五”規(guī)劃綱要》等重要的文件中明確提出要積極地推動我國5G發(fā)展，在這之后我國華為和中興等通信設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)開始對我國5G產(chǎn)業(yè)落地的應(yīng)用建設(shè)做出艱苦的奮斗與努力，并最終在5G標(biāo)準(zhǔn)的制訂和5G產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面得到了國際的共同認(rèn)可[2]。到2019年6月，國家工信部正式向中國4大運(yùn)營商頒發(fā)了5G的商用牌照，并根據(jù)各大運(yùn)營商現(xiàn)階段的業(yè)務(wù)情況和運(yùn)行情況等多個層面進(jìn)行了5G頻譜的分配，標(biāo)志著我國進(jìn)入了5G元年。

1.1 我國5G頻譜分配

我國5G頻段分配最顯著的特征是給予了國內(nèi)4大運(yùn)營商非常多的連續(xù)5G中頻頻譜資源。與國外大部分的頻譜拍賣分配方式不同，國內(nèi)采用的是由政府分配5G頻譜的方式，并在2018年12月明確了對我國5G頻譜的分配。5G頻譜分配中，中國電信分配到的5G頻譜總帶寬為100 MHz，頻段為3 400～3 500 MHz，中國移動分配到的5G測試頻率資源總帶寬為260 MHz，頻段為2 515～2 675 MHz和4 800～4 900 MHz，其中2 515～2 575 MHz、2 635～2 675 MHz以及4 800～4 900 MHz為新增頻段，2 575～2 635 MHz頻段主要用于中國移動現(xiàn)有的TD-LTE（4G）頻段。然后，中國聯(lián)通分配到總帶寬為100 MHz（3 500～3 600 MHz）的5G測試頻率資源，同時分配給中國廣播電視4.9 GHz頻段（700 MHz）[3]?？傮w來說，我國的5G頻譜分配合理，深度結(jié)合了各家通信供應(yīng)商的目前發(fā)展?fàn)顟B(tài)及發(fā)展規(guī)劃，有利于構(gòu)建我國5G市場的公共進(jìn)步與創(chuàng)新，最終達(dá)到我國5G實力在國際上的全面領(lǐng)先。

1.2 廣電5G組網(wǎng)方案概述

廣電5G的組網(wǎng)方案主要由核心網(wǎng)、承載網(wǎng)以及接入網(wǎng)3部分組成，如圖1所示[4]。

圖1 中國廣電700 MHz 5G組網(wǎng)方案架構(gòu)圖

廣電700 MHz接入網(wǎng)模塊的多頻協(xié)同主要采用的是700 MHz+4.9 GHz方案，協(xié)同組網(wǎng)策略采用的是FDD+TDD方案。對于網(wǎng)絡(luò)的廣度覆蓋方面，廣電700 MHz接入網(wǎng)模塊使用4TR技術(shù)來提高700 MHz的網(wǎng)絡(luò)容量和下行寬帶，同時針對無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)域覆蓋的深度和厚度問題，在4.9 GHz頻段下使用64T64R組網(wǎng)方法進(jìn)行解決。此外，廣電700 MHz接入網(wǎng)模塊的基站架構(gòu)使用中央處理單元（Centralized Unit，CU）/分布式接入點（Distributed Unit，DU）分離的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，這樣的好處是廣電的5G建設(shè)在后續(xù)發(fā)展階段可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要選擇特定的業(yè)務(wù)場景并有針對的進(jìn)行基站的建設(shè)。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方向來看，在廣電沒有4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)上，廣電700 MHz的5G架構(gòu)選擇獨立組網(wǎng)架構(gòu)作為目標(biāo)架構(gòu)，SA架構(gòu)支持eMBB、mMTC以及uRLLC場景，便于拓展垂直行業(yè)，適合當(dāng)前廣電5G的發(fā)展戰(zhàn)略思想。

廣電700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的承載網(wǎng)部分充分利用了廣電有限電視傳輸網(wǎng)絡(luò)在國干、省干以及城域區(qū)域完整的線路優(yōu)勢。從廣電組網(wǎng)結(jié)構(gòu)來看，其承載網(wǎng)部分分為前傳部分、中傳部分以及回傳部分，在承載網(wǎng)部分的架構(gòu)上為了避免城市中心基站密度太大帶來的光纖消耗太大問題，使用了以光纖直連為主，波分設(shè)備作為補(bǔ)充的D-RAN光纖組網(wǎng)模式，主要承載了AAU/RRU和DU之間的流量穿模功能。在中傳部分和回傳部分，廣電根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇SAP和M-OTN等承載技術(shù)來承載DU和CU之間的流量以及CU和核心網(wǎng)之間的流量。

廣電700 MHz 5G核心網(wǎng)模塊在網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計上主要借助網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等技術(shù)，實現(xiàn)了用戶平面（User Plane，UP）與控制平面（Control Plane，CP）分離以及分部部署的效果。廣電700 MHz核心網(wǎng)絡(luò)的分布式部署模式相對于傳統(tǒng)的軟硬件結(jié)合模式，耦合性更低，維護(hù)性和擴(kuò)展性更強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各網(wǎng)絡(luò)功能模塊之間相互獨立，通過服務(wù)化的通信接口可以和其他的網(wǎng)絡(luò)功能模塊形成交互，共同對外服務(wù)，構(gòu)建了一個基于服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。相對其他網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式來說，這種分布式部署模塊更加靈活，而且有利用廣電根據(jù)地區(qū)人口等不同因素和不同的業(yè)務(wù)場景靈活選擇部署方式，達(dá)到性能與利益的最大化。

2 5G通信傳播模型對比分析

針對5G頻率高、耗能強(qiáng)及基站排布密集等特點，國際上的4個主要組織都在3GPP發(fā)布3GPP通信傳播模型基礎(chǔ)上進(jìn)行校正，根據(jù)5G的大氣損耗、人體損耗以及穿透損耗等衰減損耗因素，提出了自己的5G通信傳播模型，分別為各種場景下都適用的3GPP 38.901模型、適用于城市的5GCM模型、適合室內(nèi)和廣場的METIS 2020模型以及mmMAGIC模型，幾種5G通信模型可以根據(jù)各大運(yùn)營商的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行靈活選擇。

2.1 準(zhǔn)開闊場景下通信傳播模型

目前，在準(zhǔn)開闊場景下最合適的應(yīng)用模型是3GPP 38.901模型。3GPP 38.901模型是3GPP組織針對當(dāng)前5G通信的傳輸模式專門優(yōu)化的一種通信傳播模型。為了支持5G的大寬帶，3GPP模型使用了更加精細(xì)的射線功率、時延以及CSCM+RT進(jìn)行建模，路損模型以CI為主，部分情況下使用ABG模型計算路損情況，采用雙端3D的3D模型，頻率需求一般為BB、FD以及FC，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，公用XPR計劃，比較適合在6～100 GHz的寬帶頻率下運(yùn)行，使用接入的方式鏈接，非常適用于準(zhǔn)開闊場景下通信傳播。

2.2 城市郊區(qū)場景下通信傳播模型

目前，在城市郊區(qū)場景中合適的應(yīng)用模式是5GCM的5G通信模式。5GCM是美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）發(fā)起的5G毫米波通道模型聯(lián)盟，以北美研究機(jī)構(gòu)為研究對象，包括NYU、AT&T以及高通等，中國移動、華為以及北京郵電大學(xué)也參與其中。5CCM模型主要采用CSCM+RT的建模方法，路損模型以CI/CIF.ABG為主，采用3GPP-3D模型為基礎(chǔ)建模，頻率需求一般為BB、FD以及FC，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，公用XPR計劃，比較適合在6～100 GHz的寬帶頻率下運(yùn)行，使用接入的方式鏈接，非常適用于城市郊區(qū)場景下通信傳播。

2.3 中小型城區(qū)場景通信傳輸模型

目前，在中小型城區(qū)場景下合適的應(yīng)用模型有mmMAGIC模型。5G模型中的mmMAGIC旨在為6～100 GHz的5G通信開發(fā)新的無線接入傳輸模型，主要采用CSCM+RT+點云場的建模方法，路損模型使用ABG作為唯一的路損模型建模，采用3GPP-3D模型為基礎(chǔ)建模，頻率需求一般為PB和FD，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，極化為射線PMs，比較適合在小于100/10%fcGHz的寬帶頻率下運(yùn)行。5CCM模型對接入的方式不限，可以根據(jù)市區(qū)復(fù)雜的地形情況，使用多種接入方式進(jìn)行接入。

3 5G通信背景下廣電700 MHz頻段優(yōu)勢及應(yīng)用場景

3.1 廣電700 MHz黃金頻段優(yōu)勢分析

700 MHz頻段一直被中國廣電所擁有，在5G的背景下，廣電也繼續(xù)延續(xù)了700 MHz頻段的使用權(quán)。廣電的5G 700 MHz頻段相比于其他3大運(yùn)營商分配的頻段屬于低頻頻段，根據(jù)無限信號繞射能力和信號波長的關(guān)系可以得知，5G的傳輸頻率越低繞射能力就越強(qiáng)，這也就意味著廣電的5G 700 MHz頻段有著更強(qiáng)的障礙物繞射能力，覆蓋范圍廣，適合大范圍連續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

從5G的無線接入網(wǎng)方面來看，廣電的5G 700 MHz頻段使用的是頻分雙工制式。頻分雙工制式（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）的上行鏈路和下行鏈路采用兩個獨立且對稱的頻率信道。相比采用時分雙工的2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz頻段的傳統(tǒng)通信方式，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使用頻分雙工工作方式可以使光電接入網(wǎng)的上行鏈路和下行鏈路采用同一頻率信道。在時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）模式下，一些上行數(shù)據(jù)的反饋需要等待相應(yīng)的上行時隙，同時一般時分雙工（TDD）系統(tǒng)分配給上行的時隙較少。

3.2 廣電700 MHz黃金頻段應(yīng)用前景

700 MHz是傳統(tǒng)電視業(yè)務(wù)的黃金頻段，廣電可以很好地與自己原本的業(yè)務(wù)視頻傳媒相結(jié)合，借助5G高速率和低延遲的特點，將其應(yīng)用在視頻高清的點播與直播方向，構(gòu)建特色的5G視頻點播網(wǎng)絡(luò)。

相比于其他3家通信運(yùn)營商的5G頻率，廣電擁有更低的5G頻率，從基站建設(shè)成本的方向考慮，廣電5G 700 MHz頻率使得廣電的基站建設(shè)成本比其他3家大幅降低，雖然在下行寬帶方面有所不足，容量降低，但是非常適合在地形廣闊和人口密度不密集的農(nóng)村打造一張全國范圍內(nèi)的打底基礎(chǔ)連續(xù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

從當(dāng)前火熱的物聯(lián)網(wǎng)概念來說，廣電700 MHz因低頻帶來的廣覆蓋和低功耗特點能夠很好地支撐物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，特別是對于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）。經(jīng)測試，700 MHz是NB-IoT最理想的承載頻率，廣電應(yīng)該借助700 MHz的低頻優(yōu)勢積極地參與到物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域搶占先機(jī)，為構(gòu)建智能化社會做出更大的貢獻(xiàn)。此外，廣電的5G 700 MHz也非常適合運(yùn)用于高鐵和動車等高速運(yùn)動的場景。高速移動場景下，頻段越低產(chǎn)生的多普勒頻偏越小，接收機(jī)信號譯碼更可靠，利用700 MHz進(jìn)行高鐵等高速移動場景的覆蓋可以有效降低基站切換和高速移動帶來的網(wǎng)絡(luò)波動。

4 結(jié) 論

雖然廣電的5G 700 MHz在低頻情況下可能存在下行寬帶不足的缺點，但是廣電應(yīng)該利用好5G 700 MHz頻段覆蓋面積廣、抗干擾能力強(qiáng)以及延遲低的優(yōu)勢，在當(dāng)前萬物互聯(lián)蓬勃發(fā)展的背景下把握時代機(jī)遇，在加強(qiáng)自身網(wǎng)絡(luò)電視點播等的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的開拓和創(chuàng)建，從而能夠在已經(jīng)被國內(nèi)移動、聯(lián)通以及電信3大運(yùn)營商多年穩(wěn)定占領(lǐng)的通信領(lǐng)域獲得自己的一席之地。