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作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，5G以其超高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和極低的網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間為正在使用2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的用戶勾勒出一幅高速藍(lán)圖。

為了盡早實(shí)現(xiàn)這幅藍(lán)圖，我國(guó)正在緊鑼密鼓地開展相關(guān)準(zhǔn)備工作。中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤于近日表示，我國(guó)5G頻譜資源的最終許可方案計(jì)劃將在今年9月正式發(fā)布。對(duì)此業(yè)內(nèi)人士表示，5G頻率劃分一經(jīng)確定，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的重要意義在于可基本估算出組網(wǎng)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(shí)代的到來(lái)，移動(dòng)數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，頻譜資源又將面臨哪些問(wèn)題?

頻譜是5G建設(shè)基礎(chǔ) 當(dāng)前處于稀缺狀態(tài)

在解釋頻譜前，讓我們先回想下，平時(shí)用手機(jī)打電話的場(chǎng)景。我們幾乎每天都會(huì)打電話，但你有沒(méi)有想過(guò)，為何兩個(gè)相隔千里的人也能用手機(jī)聽到對(duì)方的聲音?

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，書信曾是傳遞信息的主力，郵遞員承擔(dān)著信件的收發(fā)工作。實(shí)際上，手機(jī)通信與信件傳遞一樣，是實(shí)現(xiàn)信息交流的手段，而幫助手機(jī)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(gè)人的聲音信號(hào)傳遞給另一個(gè)人。

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

不論是手機(jī)還是Wi-Fi，它們都屬于無(wú)線電業(yè)務(wù)。這些無(wú)線電業(yè)務(wù)所使用的頻率范圍在3Hz—300GHz之內(nèi)，這一范圍內(nèi)的無(wú)線電磁波頻率被統(tǒng)稱為無(wú)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(wù)，相當(dāng)于為不同的通信業(yè)務(wù)指派專門的“郵遞員”。例如，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)規(guī)定將28GHz頻段的頻譜資源用于開發(fā)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，那么28GHz這個(gè)“郵遞員”便只能服務(wù)于5G網(wǎng)絡(luò)信息傳遞。可想而知，如果沒(méi)有“郵遞員”，無(wú)論5G多么出彩，都是空有一身武藝，沒(méi)有施展的“舞臺(tái)”。

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(yuǎn)、開發(fā)難度較小，因此這類頻譜資源主要應(yīng)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(shù)難度越大、服務(wù)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(zhì)資源的剩余量十分有限。

頻段被分配給運(yùn)營(yíng)商 實(shí)行專屬開發(fā)

“目前，全球共享用于地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源。各國(guó)分別設(shè)立監(jiān)管機(jī)構(gòu)管理頻譜資源，如美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)和我國(guó)的無(wú)線電管理委員會(huì)。”南京世域天基通信技術(shù)有限公司總裁郭正標(biāo)在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。

各國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)往往將頻譜資源分配給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，有的國(guó)家采用無(wú)償配發(fā)的方式，有的國(guó)家則采用競(jìng)拍形式將部分頻譜資源的使用權(quán)賣給運(yùn)營(yíng)商。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)一直采用政府行政審批并收取無(wú)線電頻率占用費(fèi)的方式，由主管行政單位將頻譜資源分配給中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)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(dòng)通信技術(shù)可分別占用其中一部分‘土地’，也就是一部分頻段進(jìn)行開發(fā)、利用。而且，每塊‘土地’都實(shí)施專屬開發(fā)原則，即一塊‘土地’只能供1種移動(dòng)通信技術(shù)使用。”深圳金航標(biāo)電子有限公司技術(shù)總監(jiān)康飛向科技日?qǐng)?bào)記者解釋，比如中國(guó)移動(dòng)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(wù)。當(dāng)然還有一些頻段沒(méi)有被分配，就像城市總會(huì)預(yù)留出一些土地暫不規(guī)劃、以備后用。

國(guó)際上早在十幾年前就對(duì)5G頻譜分配作了規(guī)劃。

據(jù)報(bào)道，現(xiàn)已有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在開展供5G網(wǎng)絡(luò)使用的相關(guān)頻譜規(guī)劃。歐盟委員會(huì)于2012年11月推出了“構(gòu)建2020年信息社會(huì)的無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目(METIS項(xiàng)目)，致力于研究5G無(wú)線通信系統(tǒng)。隨后美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)紛紛跟進(jìn)，在5G關(guān)鍵技術(shù)、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(guó)際電信聯(lián)盟正式確定了5G發(fā)展計(jì)劃，并將其命名為“IMT—2020”。按照這一計(jì)劃，2020年該聯(lián)盟將完成5G技術(shù)規(guī)范。

2017年6月，我國(guó)工信部先后面向社會(huì)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?yàn)?0GHz—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(guān)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(huì)被用于5G開發(fā)。”康飛預(yù)測(cè)。

供求矛盾愈發(fā)凸顯 管理模式亟待變革

“可以預(yù)見，在5G時(shí)代移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，所需頻譜數(shù)量也將遠(yuǎn)超前幾代移動(dòng)通信技術(shù)的總和。”康飛指出，頻譜供需矛盾將在5G時(shí)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(xué)者研究的課題。頻譜資源通常掌握在運(yùn)營(yíng)商手中，運(yùn)營(yíng)商一旦獲得某個(gè)頻段的使用權(quán)，那么該頻段將為此運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)商不使用或很少使用該頻段，其他運(yùn)營(yíng)商也無(wú)法使用。長(zhǎng)期以來(lái)，這種頻譜分配策略導(dǎo)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(yùn)營(yíng)商手中收回，經(jīng)整合、規(guī)劃后再次投入到市場(chǎng)中?激勵(lì)拍賣分配方式就在這樣的思路下產(chǎn)生了。

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

此外，針對(duì)缺乏靈活性的靜態(tài)頻譜分配方式，一些學(xué)者提出動(dòng)態(tài)頻譜分配建議。他們提議，能否根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量分布情況，動(dòng)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(dāng)前的頻譜資源管理模式和具體分配技術(shù)，動(dòng)態(tài)分配方案距離落地還有很長(zhǎng)的路要走。

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衛(wèi)星通訊領(lǐng)域頻譜資源更匱乏

在陸地上，由于各國(guó)基站相隔較遠(yuǎn)，因此不同國(guó)家在使用相同頻段的頻譜時(shí)，也不易產(chǎn)生干擾問(wèn)題。但到了天上，問(wèn)題就開始變得復(fù)雜起來(lái)。

郭正標(biāo)表示，基于衛(wèi)星的空間通訊技術(shù)往往涉及跨國(guó)服務(wù)，如果不同國(guó)家對(duì)同一頻段均可使用，就很容易產(chǎn)生干擾問(wèn)題。因此國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定，各國(guó)運(yùn)營(yíng)商必須對(duì)某一頻段頻譜的使用進(jìn)行申請(qǐng)，方能得到授權(quán);一旦通過(guò)授權(quán)，其他運(yùn)營(yíng)商不得再使用此頻段。

“就像圈地蓋房子，由于歐美等國(guó)的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商起步早，他們?cè)缭缇桶训乇P占上、將房子蓋好。”郭正標(biāo)比喻道，“能蓋房子的土地就那么多。我國(guó)起步較晚，再想蓋房子，土地審批難度大不說(shuō)，好的地段早早就被蓋上了其他國(guó)家的房子，只能爭(zhēng)奪剩下較差的地段了。而且隨著科技發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)奪剩下的資源。因此，空間通訊技術(shù)所依賴的頻譜資源十分緊缺。”