5G網(wǎng)絡(luò)共建共享中的頻率選擇與協(xié)同策略研究

楊軍 蔣友文

中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

2019年9月，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通發(fā)布公告宣布雙方將在全國(guó)范圍內(nèi)合作共建5G（5th generation mobile networks）無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)。2020年5月，中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)廣電也宣布將在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中推進(jìn)共建共享。5G網(wǎng)絡(luò)的共建共享可以發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)形成合力并可節(jié)約投資，從目前各運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通的5G共建共享最為復(fù)雜，涉及面也最廣，而5G的頻率選擇又是5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)中的核心問(wèn)題，直接影響5G整體網(wǎng)絡(luò)布局與投資，所以合理的頻率規(guī)劃將極大提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋效率并節(jié)約投資。本文重點(diǎn)就中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通在5G網(wǎng)絡(luò)共建共享中的頻段選擇與協(xié)同策略，以及相應(yīng)的建設(shè)節(jié)奏進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出關(guān)于5G共建共享的相對(duì)完整的、成體系的策略與實(shí)施建議，為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)整體建設(shè)的快速、高效推進(jìn)，以及如何用適宜的頻率建設(shè)覆蓋最廣、容量最高、體驗(yàn)最優(yōu)的高品質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)提供有益的參考。

1 電信及聯(lián)通現(xiàn)有頻段情況分析

1.1 總體情況

中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通目前主要有800/900MHz、1.8GHz、2.1GHz和3.5GHz共四個(gè)頻段，各頻段所承載的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)負(fù)荷各有不同，具體情況如表1所示。

表1 電信與聯(lián)通頻率分布與使用總體情況

1.2 電信及聯(lián)通頻率使用情況分析

中國(guó)電信的800MHz頻段是其4G LTE（4th generation mobile networks，Long Term Evolution）基礎(chǔ)覆蓋層的主承載頻率，1.8GHz頻段是其4G LTE的容量主承載頻率。從覆蓋和容量方面看，中國(guó)電信LTE 800M和LTE 1.8G是4G LTE網(wǎng)絡(luò)的核心承載網(wǎng)絡(luò)，具有站點(diǎn)分布廣、站點(diǎn)密度高、承載4G用戶(hù)多、業(yè)務(wù)負(fù)荷大的總特點(diǎn)；2.1GHz是中國(guó)電信4G LTE網(wǎng)絡(luò)的容量疊加層，主要用于高業(yè)務(wù)量熱點(diǎn)區(qū)域的容量擴(kuò)容，分布區(qū)域和規(guī)模較LTE 800M和LTE 1.8G均較小，只有LTE 800M或LTE 1.8G的20%-30%。

中國(guó)聯(lián)通的1.8G和2.1G頻段分別承載其4G網(wǎng)絡(luò)和WCDMA網(wǎng)絡(luò)，這兩個(gè)頻段的基站數(shù)量和所承載的業(yè)務(wù)量占其總基站數(shù)和總業(yè)務(wù)量均超過(guò)40%-60%，是聯(lián)通的核心承載網(wǎng)絡(luò)。

1.3 可用于5G網(wǎng)絡(luò)的頻率分析

國(guó)家分配給電信和聯(lián)通的5G主頻率為3.4GHz至3.6GHz，該頻段具有帶寬大、容量大的特點(diǎn)，是未來(lái)5G的主要承載頻率，但該頻段也存在覆蓋距離小、繞射穿透能力弱的缺點(diǎn)。如果以3.5GHz頻段進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，單站覆蓋距離和單站覆蓋面積均將較4G網(wǎng)絡(luò)大幅降低，初步估算基站規(guī)模將是現(xiàn)有4G 1.8G網(wǎng)絡(luò)的3至4倍；同時(shí)考慮5G設(shè)備現(xiàn)階段價(jià)格是4G設(shè)備的2至3倍，整體投資預(yù)估將較4G網(wǎng)絡(luò)提高10倍左右。單站覆蓋相關(guān)情況具體測(cè)算過(guò)程如表2所示。

表2 單站覆蓋相關(guān)情況測(cè)算

從表2可以看出，如果單純采用3.5GHz進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將對(duì)電信和聯(lián)通的投資造成較大壓力，一定程度上甚至可以說(shuō)是難以承受的，這顯然不利于5G網(wǎng)絡(luò)的整體健康發(fā)展。為了更快更好地發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)，需要在頻率選擇策略上進(jìn)行一定的創(chuàng)新和探索。

結(jié)合業(yè)務(wù)承載情況，分析電信和聯(lián)通所擁有的頻率資源來(lái)看，可能被用于5G網(wǎng)絡(luò)的頻率主要有以下幾個(gè)：

（1）800MHz和900MHz頻率資源。對(duì)于電信來(lái)說(shuō)，該頻段是1X語(yǔ)音和4G基礎(chǔ)覆蓋層的主承載網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣、涉及用戶(hù)多，在5G業(yè)務(wù)尚未培育完全成熟的情況下，LTE 800M網(wǎng)絡(luò)仍然是中國(guó)電信移動(dòng)業(yè)務(wù)的主要收入來(lái)源，所以，近2年內(nèi)不適宜進(jìn)行大范圍調(diào)整。且該頻段與聯(lián)通900M頻段不連續(xù)，需要通過(guò)載波聚合（CA）技術(shù)進(jìn)行頻率整合，這需要增加額外投資。

（2）1.8GHz頻段。電信與聯(lián)通在該頻段連續(xù)，但考慮到該頻段是電信4G主要承載網(wǎng)絡(luò)，基站數(shù)量多、覆蓋范圍廣、承載用戶(hù)多（80%以上），可在小范圍內(nèi)用于承載5G業(yè)務(wù)，但近期在總體上不適宜大范圍應(yīng)用。

（3）2.1GHz頻段。電信與聯(lián)通在該頻段連續(xù)，且2.1GHz頻段是作為電信的容量疊加層，即用于熱點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)容，2.1GHz頻段基站數(shù)量較少且覆蓋范圍較小，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的改造工作量較800MHz和1.8GHz頻段要小很多，所以在理論上可以作為5G的基礎(chǔ)承載頻率，但需要電信和聯(lián)通雙方進(jìn)行頻率整合。

2 共建共享頻率選擇與協(xié)同策略

2.1 3.5GHz頻段使用策略

3.5GHz頻段雖然在覆蓋能力方面存在較大劣勢(shì)，但其頻段寬、容量大的特點(diǎn)決定了該頻段是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬特點(diǎn)的主要承載頻率。各頻段的網(wǎng)絡(luò)容量區(qū)別如表3所示。

表3 不同頻段網(wǎng)絡(luò)容量情況

2.1G 4T4R（50MHz）平均上行容量 mbps 1320 660 860 430 360單用戶(hù)下行峰值速率 mbps 2800 1400 2800 1400 950（CA）單站點(diǎn)指標(biāo)模型 單位 3.5 64TR（200MHz）3.5 64TR（100MHz）3.5 32TR（200MHz）3.5 32TR（100MHz）

從表3可以看出，3.5GHz頻段在容量方面較2.1GHz有較大優(yōu)勢(shì)，基本是其9倍左右?；诟采w、容量、投資與成本等多方面因素考慮，關(guān)于3.5GHz頻段的使用策略與建設(shè)節(jié)奏本文提出如下建議：

（1）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期（2020年至2021年上半年）

根據(jù)3GPP R16版本協(xié)議規(guī)定，目前3.5GHz頻段最大只支持100MHz帶寬，如果采用獨(dú)立載波（即電信聯(lián)通雙方各100MHz）進(jìn)行部署，在設(shè)備總功率一定的情況下將降低功率譜密度，降低覆蓋效率，在近期網(wǎng)絡(luò)容量和負(fù)荷不高的情況下，采用獨(dú)立載波的必要性不高，可以采用3.5GHz 100MHz頻譜內(nèi)采用共享載波方式部署。當(dāng)然對(duì)于特別重要的業(yè)務(wù)展示區(qū)，可以采用200MHz的獨(dú)立載波方式。

（2）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期（2021年下半年之后）

隨著用戶(hù)5G使用習(xí)慣及產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷將逐步提升，同時(shí)考慮隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度和廣度逐步加強(qiáng)，整體網(wǎng)絡(luò)的站間距也會(huì)隨之減小，基于以上兩個(gè)因素，功率譜密度的降低對(duì)覆蓋影響將逐步減弱，該階段可考慮采用獨(dú)立載波共200MHz方式進(jìn)行部署。

但受限于3.5GHz頻段固有的覆蓋和投資缺點(diǎn)，該頻段更適宜用于熱點(diǎn)或熱區(qū)覆蓋，不宜用于大范圍的廣覆蓋。

2.2 2.1GHz頻段使用策略

2.1GHz頻段由于涉及到對(duì)現(xiàn)網(wǎng)頻率的整合與清理，需要考慮的因素較多，改造方案根據(jù)5G共建共享區(qū)域的特點(diǎn)也存在多種不同方案。具體分析如下：

（1）方案1（遠(yuǎn)期目標(biāo)方案，2022年后）

將電信2110-2130MHz頻段和聯(lián)通2130-2150頻段進(jìn)行合并，雙方可以騰挪出共40MHz的頻段。該方案是對(duì)電信和聯(lián)通雙方的最適宜方案，但存在的主要困難是需要將聯(lián)通現(xiàn)有WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）的承載頻率調(diào)整至2155-2160MHz頻段，對(duì)聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)及用戶(hù)感知有一定影響，需要雙方進(jìn)行大量溝通和頻率清理工作，2020年內(nèi)實(shí)施的難度較大?？紤]到聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)在2021年后可能逐步開(kāi)始退網(wǎng)的因素，該方案可在2021年后開(kāi)始實(shí)施。中國(guó)電信在2110-2130MHz頻段可采用獨(dú)立載波方式或者動(dòng)態(tài)頻率共享技術(shù)。對(duì)于電信而言，如采用獨(dú)立載波方式，將不能在已有4G 2.1G基站的區(qū)域部署5G 2.1G基站，否則將存在4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間的頻率干擾（同頻干擾）；但如果采用動(dòng)態(tài)頻率共享技術(shù)，由于頻率資源的受限，將會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)4G用戶(hù)感知產(chǎn)生影響。

（2）方案2（中期過(guò)渡方案，2021年下半年）

考慮到盡量減少對(duì)聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的影響，對(duì)現(xiàn)有承載WCDMA的頻率進(jìn)行壓縮，清理2140-2160 MHz頻段。該方案為了獲得40MHz帶寬，需要采用載波聚合技術(shù)和獨(dú)立載波共享技術(shù)，將產(chǎn)生額外的載波聚合投資。同時(shí)由于需要將WCDMA頻段進(jìn)行壓縮，所以對(duì)聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)容量及用戶(hù)感知將會(huì)產(chǎn)生不利影響。電信2.1G方案可參考方案1，即采用獨(dú)立載波方式或者動(dòng)態(tài)頻率共享技術(shù)，同樣需要考慮頻率干擾和對(duì)用戶(hù)感知造成的影響。

（3）方案3（近期方案，2020年內(nèi)）

如聯(lián)通無(wú)法快速對(duì)WCDMA進(jìn)行頻率整合，中國(guó)電信可利用2110-2130MHz頻段采用動(dòng)態(tài)頻譜共享方式承載5G網(wǎng)絡(luò)。但由于頻譜只有20MHz，所以用戶(hù)的感知將受到較大影響。通過(guò)測(cè)算，2×20MHz的5G網(wǎng)絡(luò)容量?jī)H為3.5GHz頻段的二十分之一左右。如采用獨(dú)立載波方式，將不能在已有4G 2.1G基站的區(qū)域，否則將存在4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間的頻率干擾。

目前國(guó)家對(duì)2.1GHz頻段尚未明確是否可以用于5G網(wǎng)絡(luò)，本文僅列出可能情況下的使用方案。

圖1 2.1GHz頻段使用方案示意圖

三種方案簡(jiǎn)要示意圖如圖1所示。獨(dú)立載波與共享載波實(shí)現(xiàn)示意圖如圖2所示。

圖2 獨(dú)立載波與共享載波實(shí)現(xiàn)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

5G網(wǎng)絡(luò)的共建共享涉及的因素多，協(xié)調(diào)與協(xié)同難度大，從實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)看不可能一蹴而就，而且從目前業(yè)務(wù)承載角度分析，5G使用習(xí)慣、產(chǎn)業(yè)鏈與用戶(hù)尚未培育成熟，總體也無(wú)一步到位的必要。

本研究從5G網(wǎng)絡(luò)共建共享的實(shí)際出發(fā)，充分考慮電信和聯(lián)通雙方頻率資源及承載業(yè)務(wù)情況，給出了5G頻率選擇的節(jié)奏與策略建議，并對(duì)不同方案的利弊進(jìn)行了分析。5G網(wǎng)絡(luò)共建共享是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，需要在實(shí)際工作中不斷做出調(diào)整以適應(yīng)形勢(shì)的變化，本文在這方面進(jìn)行了一定的探索，希望對(duì)提升投資效益與建設(shè)效率提供有益參考。