李芃芃，郑娜，伉沛川，方箭：国家无线电监测中心
谭海峰：北京邮电大学信息与通信工程学院
第五代移动通信系统（5G）已成为全球信息通信技术的重点发展方向，受到政府和行业的广泛关注。首先，对国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）建议书中发布的5G愿景进行了概述和分析，指出5G系统将使用高中低全频段；然后，总结了全球主要国家和地区关于5G频率政策的最新动向，分析了其高中低频段候选频率的当前使用情况和未来可用性，并指出了我国对相关频段的策略和考虑；最后，基于我国无线电管理政策及面临的形势，结合5G系统特性，提出了对于5G频率研究工作的思考和建议。
引言
移动通信在当代社会中发挥着重要作用，与时代的进步相辅相成、演进不息。从20世纪80年代第一代移动通信系统（1G）诞生至今，移动通信技术从最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话发展到满足各种多媒体接入的4G宽带网络。移动网络以前所未有的速度向各行各业渗透，成为连接人类社会的血管与经脉。
目前，4G网络部署方兴未艾，5G研究已经在全球范围内如火如荼开展。5G系统可以为用户提供超高速率数据传输和小于4G系统10倍的低延迟通信体验，支持海量设备接入，具有高安全性和灵活性，并将与物联网、工业互联网和车联网等领域融合发展，构建泛在高效的信息网络。同时，将促进超高清视频、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等媒体类业务，以及无人驾驶汽车、实时交通管控、智能电网、电子医疗、远程设备控制、高精度定位系统等物联网和云计算业务蓬勃发展。
据预测，未来20年，全球无线数据流量将增长至现在的1 000倍，在移动通信业务量爆炸式增长的背后，除了通信技术亟待演进与革新，频谱资源作为实现信息无所不在的载体和具有重要战略意义的稀缺资源，也面临着巨大的缺口与压力。为了在国际博弈和竞争中获取有利地位，加快5G网络试验和商用的进程，各国纷纷着手为5G谋划频率资源。我国发布的《国家无线电管理规划（2016-2020年）》中，明确表示将“适时开展公众移动通信频率调整重耕，为IMT-2020（5G）储备不低于500 MHz的频谱资源”。
本文根据国际电信联盟（ITU）5G愿景建议书，分析了5G系统所考虑的候选频段；结合ITU相关议题研究情况，给出了全球5G频率的最新动向，并基于各国频率使用情况、产业格局等方面着重分析了高、中、低候选频段的现状和未来使用趋势；最后，提出了我国5G频率研究建议和启迪。
基于5G愿景的频谱架构
自2012年以来， ITU启动了5G愿景、未来技术趋势和频谱规划等方面的前期研究工作。2015年，ITU发布了5G愿景建议书，提出了IMT-2020系统的目标、性能、应用和技术发展趋势、频谱资源配置、总体研究框架和时间计划，以及后续研究方向。
在应用场景方面，未来的5G系统将支持增强的移动宽带eMBB、具有高可靠性和超低时延的通信uRLLC、以及大规模机器通信mMTC三大类主要应用场景，如图1所示。
图1 IMT-2020应用场景
在系统性能方面，5G系统将具备10～20 Gbit /s的峰值速率，100 Mbit /s～1 Gbit /s的用户体验速率，每平方公里100万的连接数密度，1 ms的空口时延，500 km/h的移动性支持，每平方米10 Mbit /s的流量密度等关键能力指标（如图2所示），相对4G提升3～5倍的频谱效率和百倍的能效。
图2 IMT-2020不同应用场景下的关键性能指标
为满足上述愿景，5G频率将涵盖高、中、低频段，即统筹考虑全频段。高频段一般指6 GH以上频段，连续大带宽可满足热点区域极高的用户体验速率和系统容量需求，但是其覆盖能力较弱，难以实现全网覆盖，因此需要与6 GH以下的中低频段联合组网，以高频和低频相互补充的方式来解决网络连续覆盖的需求。
全球5G频谱研究动态
全球5G频率规划工作主要在ITU等国际标准化组织的框架下开展。
潜在候选频段现状及分析
5G频率研究建议和启迪
5.1 5G频率工作应融入国家重大战略部署
《“十三五”规划纲要》指出，要加快构建高速、移动、安全、泛在的新一代信息基础设施，积极推进5G发展，于2020年启动5G商用。2016年7月，我国发布了《国家信息化发展战略纲要》，要求“协调频谱资源配置，科学规划无线电频谱，提升资源利用效率”，并明确将频率作为国家信息化发展的重要基础设施，强调要积极开展5G技术研发、标准和产业化布局，并在2025年建成国际领先的移动通信网络。上述文件作为推动国家经济社会以及我国信息化发展的纲领性文件，充分表明5G系统将成为信息化驱动现代化、建设网络强国、提供普遍服务的重要基础设施。而5G频率作为基础资源，应着眼于新一代信息基础设施建设和国家信息化发展的大局。
相对于以往的历代移动通信系统，5G不仅满足人和人之间的通信，还将渗透到未来社会的各个领域，形成以用户为中心的全方位信息生态系统。5G系统是实施将助力《中国制造2025》、“宽带中国”战略和“互联网+”行动计划的重要信息基础设施，因此，在制定5G频率规划时，可以重点支持我国优先发展的领域和方向，比如工业互联网、车联网等，为其试验和商用提供资源保障，推动产业成熟。总体而言，5G频率工作不仅要符合我国无线电管理的新方向和新思路，同时，还应立足于国家经济社会发展的重大政策。
5.2 5G频率规划和使用需深耕细作
5.2.1 建立基于频谱需求预测的精准供给机制
频谱需求预测分析是基于历史数据，综合考虑未来各种影响因素，结合行业发展情况，采用合适的科学分析方法，提出切合实际的频谱需求目标，为行业的中长期发展提供资源储备。合理的需求分析是保证各行业用频和发展的前提，是频率合理有效利用的基础。做好各行业频谱前期需求论证工作，可为无线电管理部门制定中长期规划提供依据。由于5G系统应用呈现出多样化、个性化、差异化的特点，不同的应用场景在频段选择、带宽需求上都有较大差异，需要综合考虑不同频段的电波传播特性、应用需求、产业趋势等因素，开展更加精细化的需求预测，在总量有限的情况下优先保证基本需求和重点发展方向，鼓励采用载波聚合、混合组网技术，整合碎片化零散频率资源，实现5G频率的精准供给。
5.2.2 建立协同合作的频谱使用共享机制
目前，5G潜在频率资源已应用于多个行业和部门，规划调整涉及军地、多个行业和部门利益，5G频率规划难度加大。应不断加强军地、空地间协调和合作，在兼顾各行业规划发展需要基础上，综合考虑经济社会发展和国防建设等因素，从国家层面统筹频率资源，实现优化配置和高效利用。从美国高频使用方式可以看出，其通过法规制定、技术约束等条件鼓励频率资源实现共用。而5G系统相比于原来移动通信系统，应用更加细化，特别是对于中高频使用，不再要求全程全网、连续覆盖，将呈现出区域化、集中化的特性，同时，考虑到其电波传播特性，为5G系统与其他系统共享创造条件。目前，我国公众移动通信主要以独占方式使用频率资源，考虑到5G系统部署特点和候选频段特性，在5G频率规划时，频率管理模式将是独享执照、共享执照、轻执照、免执照等多种管理模式的合理结合。我们应秉承创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，积极加强行业和部门间协作，特别利用国家军地融合发展的契机，促进规划、台站等数据资源共享和使用，利用大数据、云计算思路，实现5G系统与现有其他系统的兼容共用，精细化使用频率资源。
5.3 5G频率工作应加强全球合作
5G标准化工作是在ITU和3GPP等国际标准化组织下统一开展的，频率工作虽然需要考虑各国、各地区众多自身因素，但由于移动通信的产业和使用具有全球化的特征，5G频率工作也具有全球化的属性。对于5G频率规划工作，应充分利用ITU、APT等平台，加强国际频率协调，在兼顾我国优先频段基础上，推动形成5G全球统一工作频率。另外，依托政府层面的国际合作机制，加强IMT-2020与欧盟5G科研项目组METIS、5G公私合作联盟（5G-PPP）、下一代移动通信网（NGMN）联盟、无线世界研究论坛（WWRF）等国际组织在频率方面的合作。
总之，5G建设是实现制造强国和网络强国的重要着力点，而频谱作为5G网络发展的基础资源，更需要深耕细作，在全面评估频谱需求的基础上，提高存量资源利用效率，合理规划、配置增量资源。
