我國移動通信頻譜重耕的價值探討和實施策略

朱東照，史俊瀟，余 毅

（1.華信咨詢設計研究院有限公司 杭州 310014；2.杭州電子科技大學通信工程學院 杭州 310018）

1 我國移動通信頻譜現狀

根據公開的資料，目前我國已規劃的移動通信頻譜資源總計為687 MHz，其中447 MHz已分配給三大運營商。

如圖1所示，在已規劃的移動通信頻譜資源中，TDD的頻譜資源有345 MHz，占了50.22%；1 GHz以下的頻譜資源 有72 MHz，包括800 MHz的cdma2000和900 MHz的GSM，占了10.5%。1 GHz以下的頻譜具有良好的傳播覆蓋能力，十分珍貴。

已分配至三大運營商的447 MHz頻譜資源中，中國移動有235 MHz，占52.6%；中國聯通有122 MHz，占27.3%；中國電信有90 MHz，占20.1%。總的來說，各大運營商的頻譜資源與其用戶及業務規模相適應。在已分配的頻譜中，用于2G網絡的頻譜資源有152 MHz（中國電信cdma2000的頻譜為2×10 MHz，假設其cdma2000 1x業務占用的頻譜為10 MHz），占34%。由于2G網絡歷經多年建設，覆蓋完善，用戶和業務量尚大，但頻譜資源有限且頻譜效率不高，因此2G網絡的負荷是偏高的。據中國移

動2013年年報，其GSM的網絡利用率為71.0%，而TD-SCDMA網絡利用率為27.1%。在已規劃而未分配的240 MHz頻譜資源中，目前最為關注的是1.8 GHz頻段的2×30 MHz，即上行1 755～1 785 MHz，下行1 850～1 880 MHz。這是目前全球LTE FDD網絡漫游可選核心頻段之一，也是國內剩余不多的尚未分配的FDD頻譜資源。目前中國電信和中國聯通的LTE FDD試驗網就部署在此頻段上。

圖1 我國移動通信頻譜規劃和分配

2 頻譜重耕的需求

2.1 無線頻譜的價值

無線頻譜是不可再生的稀缺資源，直接影響了移動網絡的投資、覆蓋、容量和質量等。無線頻譜的價值和頻段高低、技術制式、國際漫游等幾大因素相關。

無線頻譜的高低和電波傳播能力直接相關，頻段越高，傳播損耗越大，基站覆蓋范圍越小，所需基站數量越多，網絡建設投資也就越大。高頻段的頻譜在提升容量方面有優勢，一方面高頻段的頻譜資源相對充裕，另一方面高頻段的頻譜特征減少了天線的尺寸，更有利于采用MIMO技術，特別適合于在密集市區提升網絡容量。移動網絡部署中，高低頻段的科學組合能大大提升頻譜的價值，低頻段廣覆蓋，高頻段增容量，不僅降低網絡建設成本，也加快網絡部署速度。

根據大城市的COST231 Hata無線電波傳播模型，假設基站天線高度為35 m，在不考慮建筑物穿透損耗的室外情況下，不同頻段的傳播損耗、基站覆蓋半徑及基站數量見表1。

表1 不同頻段的無線電波傳播能力對比

從表1可知，相對于800 MHz頻段，2.6 GHz頻 段覆蓋同一區域需要9倍以上的基站數量。當然，此表僅是理論上的分析，并沒有考慮室內覆蓋以及饋線、接頭等損耗，實際情況會復雜得多。但毋庸置疑，頻率越高，覆蓋能力越差，需要的基站數量越多，網絡建設投資也越大。這可從目前國內三大運營商3G網絡建設情況得以體現。截至2013年年底，中國移動TD-SCDMA基站數量為44.6萬個，中國聯通WCDMA基站數量為40.7萬個，而中國電信cdma2000基站數量約為25萬個，但比較三者的網絡覆蓋效果，反而中國電信cdma2000的網絡覆蓋最廣，其根本原因在于中國電信3G網絡部署在800 MHz頻段上，而中國移動和中國聯通的3G網絡頻譜在2 GHz附近。

由于頻譜資源的稀缺性，提升頻譜效率一直是移動通信技術進步的核心驅動力。從參考文獻[1]可知，同樣的頻譜，所采用的技術不同，導致了頻譜效率的不同，如圖2所示，LTE頻譜效率約為GPRS的50倍，頻譜的價值自然也大大提升了。

圖2 不同制式頻譜效率的演進

除了頻段高低和技術制式，頻譜價值還和國際漫游息息相關。如果該頻譜及其所采用的技術制式有利于國際漫游，那么這就意味為龐大的規模效應，可以降低整個產業鏈的成本，自然能提升頻譜價值。例如，2G時代的兩種主流技術制式為GSM和CDMA，從技術性能而言，兩者不分伯仲，但GSM全球漫游更便利，產業鏈更發達，因此GSM的頻譜價值也更高。

2.2 頻譜重耕的必要性

無線頻譜是發展移動通信業務所必不可少的稀缺資源，因此，如何科學高效地配置頻譜資源，不僅是政府監管部門的責任，也是運營商和設備制造商所關心的問題。頻譜資源是不可再生的，除了獲取新的頻譜資源外，如何進一步提升現有頻譜資源的使用效率更為關鍵。我國1 GHz以下的具有良好傳播性能的頻譜資源基本上用于2G網絡，而目前3G、4G網絡主要使用2 GHz以上的頻譜資源，TD-LTE的核心頻譜更是在2.6 GHz附近，這十分不利于LTE網絡的快速部署和完善覆蓋。對我國這樣一個地域廣闊、人口分布密集且不均勻的國家而言，迫切需要低頻段的頻譜來擴大LTE網絡的覆蓋。自2008年以來，全球掀起了頻譜重耕（frequency re-farming）的熱潮，即遷移替換原先的2G用戶和業務，關閉原有2G網絡，利用2G網絡的頻譜資源部署3G網絡，甚至4G網絡。例如，2007年芬蘭運營商Elisa利用原GSM網絡900 MHz頻率開通首個UMTS900網絡，相對于UMTS2100，UMTS900可節省50%～70%的運營成本。據GSA統計，截至2014年2月份，全球有80個商用UMTS900網絡部署在53個國家。除了提升頻譜效率外，頻譜重耕的關鍵驅動力還在于充分利用原先2G網絡1 GHz以下優質的頻率來加快新網絡部署，擴大和完善網絡覆蓋，降低建設和運維成本。

隨著4G網絡的部署以及2G/3G/4G網絡的共存，全球頻段劃分更加分散，根據3GPP IMT頻率規劃，低頻段的如Band28在700 MHz附近，高頻段的如Band43在3.6 GHz以上。因此，4G時代，頻譜重耕還有另一個重要目標，即在全球范圍內選擇合適的頻段開展國際漫游。

2.3 頻譜重耕的可行性

隨著3G網絡覆蓋的完善，智能終端的普及以及移動互聯網的發展，我國移動用戶和業務大規模地從2G網絡向3G網絡遷移，如圖3所示。2013年，我國2G用戶出現負增長，減少了5 185萬戶，3G用戶比例提升至32.7%。2014年上半年，3G和4G用戶保持加快替代2G趨勢，移動寬帶用戶（即3G和4G用戶）累計凈增8 312.9萬戶，總數達到4.85億戶，占移動電話用戶的比重達38.5%，平均每月提高1個百分點。自2009年發放3G牌照以來，我國移動互聯網的數據流量年復合增長率高達80%以上，而傳統的語音和短彩信業務增長乏力，收入萎縮，流量正成為收入增長新一波驅動力。

圖3 2009-2013年2G/3G移動電話更替情況

隨著GSM等2G網絡的衰退，現有2G網絡的頻譜資源必將逐步騰退出來，用于更先進的3G、4G甚至5G技術。因此，隨著2G用戶和業務加快向3G和4G遷移，2G網絡利用率將逐步降低，這為頻譜重耕提供了可行性。

3 頻譜重耕的價值探討

3.1 目前國內3G網絡建設狀況

自2009年三大運營商獲取3G牌照以來，截至2013年年底，中國移動TD-SCDMA基站數量為44.6萬個，網絡利用率為27.1%；中國聯通WCDMA基站數量為40.7萬個；中國電信Ev-Do基站數量約為25萬個。目前三大運營商3G網絡的總體利用率并不高，就覆蓋而言，由于中國電信3G網絡使用1 GHz以下的800 MHz頻段，其覆蓋范圍更廣一些。

3.2 目前國內4G網絡建設狀況

2012年，中國移動在9個城市開展了TD-LTE規模試驗，建設了2萬個以上的基站；2013年，中國移動進一步擴大了試商用規模，建設了20萬個以上的基站；2013年12月4日，我國正式頒發TD-LTE經營許可，2014年中國移動TD-LTE基站建設總量累計將超過50萬個，中國電信和中國聯通也開展了TD-LTE的網絡建設。2014年6月27日，工業和信息化部正式向中國電信、中國聯通兩大運營商頒發“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（LTE FDD）”試商用經營許可，兩大運營商根據許可，在部分城市開展了LTE FDD的網絡建設和試商用。從目前情況看，中國移動無疑走在了TD-LTE網絡建設和商用的前列，中國聯通WCDMA全網峰值速率為21 Mbit/s，HSPA+多載波峰值速率為42 Mbit/s，短期內4G網絡的建設壓力不大；而中國電信的cdma2000網絡峰值速率僅3.1 Mbit/s，沒有平滑演進升級的路徑，為了應對競爭，其建設4G網絡的迫切性可想而知。

3.3 頻譜重耕的建設方案對比

為了定量探討頻譜重耕的經濟價值，本文假設中國電信開展LTE FDD網絡建設，根據是否采用頻譜重耕策略分為兩種建設方案。

·方案一：不采用頻譜重耕策略，LTE FDD采用1.8 GHz頻率的2×20 MHz。

·方案二：采用頻譜重耕策略，從現有800 MHz頻譜中騰出2×5 MHz頻率用于LTE FDD以及1.8 GHz頻率的2×15 MHz。中國電信為了使其4G網絡有一定的競爭力，特別在覆蓋方面，爭取在3年內達到其目前3G網絡的覆蓋水平。

建設方案一不采用頻譜重耕，為了達到中國電信3G網絡覆蓋水平，參考中國移動和中國聯通的3G網絡覆蓋情況，那么1.8 GHz LTE FDD網絡3年內需要建設的基站數量應不少于50萬個。

建設方案二采用頻譜重耕，800 MHz LTE FDD用于廣覆蓋，充分利舊現有的3G基站站址，1.8 GHz FDD LTE主要用于滿足市區的容量需求，那么800 MHz LTE FDD基站建設數量只需和現有3G網絡基站數量相當，即25萬個。為了滿足市區的容量需求，1.8 GHz FDD LTE基站3年內累計建設數量應為15萬個。

為了便于投資估算，根據現有移動網絡建設經驗，本文假設：LTE S111主設備價格為10萬元，自有站址利舊比例為90%，在自有利舊站址上新增一套主設備的配套改造費用為5萬元，在自有利舊站址上新增兩套主設備的配套改造費用為7.5萬元，新增站址（包括運營商之間的共建共享）的費用為20萬元。

根據上述假設條件進行估算，建設方案一的總投資為1 162.5億元，建設方案二的總投資為705億元。借鑒現有三大運營商3G網絡的覆蓋對比，考慮到800 MHz的廣覆蓋能力，方案二的覆蓋效果應好于方案一。就容量而言，方案一的容量大于方案二，但在4G發展初期，方案二的容量已足夠。然而，方案一的累計投資達1 162.5億元，遠遠大于方案二的705億元，相差457.5億元，而且，方案二的800 MHz LTE FDD網絡可以充分利舊原有的3G網絡站址，依托800 MHz的網絡覆蓋優勢，1.8 GHz LTE FDD網絡僅在密集市區、一般市區等高話務區連片覆蓋，其建設難度遠小于方案一。為了加快進度，方案二完全有能力在兩年之內完成3年的建設規模。

上述方案對比純屬虛構，因為目前中國電信3G網絡及業務全部運營在800 MHz的2×10 MHz頻譜上，在不增加800 MHz頻譜資源的前提下，幾乎很難騰出2×5 MHz頻譜用于LTE FDD網絡部署。上述對比僅用來探討頻譜重耕可帶來的經濟價值，并沒有現實意義。

3.4 頻譜重耕的價值

盡管上述建設方案的對比十分粗淺，忽略了很多因素，但仍可從方案對比中知悉，采用頻譜重耕策略，利用1 GHz以下的頻率來建設LTE網絡，不僅可以大大節省建設投資，而且可以大大加快建設進度。因此，頻譜重耕的價值是巨大的。

2012年以來，為了加快WCDMA網絡部署，中國聯通也在嘗試頻譜重耕策略，即在部分中西部人口稀疏地區，騰出部分原有GSM 900 MHz頻譜用于WCDMA網絡建設，即UMTS900網絡，擴大網絡覆蓋，降低網絡建設投資。但鑒于中國聯通900 MHz GSM頻譜資源僅有2×6 MHz，且GSM用戶及業務量尚大，頻譜重耕的區域有限，效益也不明顯。

目前中國移動也在利用偏遠鄉村地區相對空閑的GSM 900 MHz頻段開展GSM-Hi技術的試點，GSM-Hi空口采用OFDM技術，頻譜帶寬為2×5MHz，峰值速率可達17 Mbit/s，與3G/4G網絡共享EPC，主要用于解決偏遠鄉村地區移動寬帶接入的困難。

美國Verizon移動運營商是全球LTE商用化的最大推動者和領頭羊，2010年12月5日正式推出“4G LTE”業務，下行速率為5～12 Mbit/s，2013年底LTE完全覆蓋原有3G區域，并在2014年推出VoLTE業務，爭取2016年徹底關閉原有CDMA網絡，利用其頻譜資源部署LTE網絡，進一步提升容量。Verizon快速部署LTE的關鍵原因是采用了700 MHz頻 段 的2×10MHz FDD頻 譜。2008年 美 國就拍賣了所謂“數字紅利”的原模擬廣電的700 MHz頻段。根據美國FCC的拍賣公告，2008年拍賣700 MHz頻譜的平均價格為1.28美元/MHz-pop，而2006年拍賣AWS頻譜（2 GHz附近）的平均價格為0.54美元/MHz-pop。可見，不同頻段的頻譜價值相差很大。

4 頻譜重耕的實施策略

如上所述，頻譜重耕能帶來巨大的經濟價值和社會價值，不僅是必要的，而且是可行的。目前我國使用1 GHz以下頻譜的2G網絡還承載著大量的用戶和業務，頻譜重耕是一項系統工程，不僅涉及網絡，還影響用戶、業務和終端等，十分復雜，因此，運營商應統籌規劃，分步實施，系統推進，采取多網協同策略、VoLTE策略和終端多模多頻策略等逐步推進頻譜重耕工作。

4.1 多網協同

鑒于移動網絡技術的持續演進，中國移動最早提出了四網協同戰略，即GSM、TD-SCDMA、TD-LTE和Wi-Fi。隨著2G用戶和業務加快向3G/4G網絡遷移，為了有效地利用現有GSM頻譜資源以及開展國際漫游，未來中國移動必將建設LTE FDD網絡。可以預見，我國2G/3G/4G（TDD/FDD）網絡以及用戶將長期共存，未來是多個不同制式移動網絡之間的協同。融合的LTE FDD和TDD正成為移動寬帶速率和容量的助推器，統一的標準為LTE的全球經濟規模打下堅實基礎。多網協同是長期的、動態的，隨著時間的推移，不同制式移動網絡的用戶和業務遷移替換，存在著此消彼長，這必然導致頻譜資源在不同制式間的再分配。多網協同應合理引導用戶平穩遷移替換，規劃好用戶和業務在不同網間的配置，做好不同系統網間的互操作和干擾控制，確保網絡質量和用戶感知不下降。

4.2 部署VoLTE業務

現行移動電話業務是在2G/3G核心網的電路域上實現的電路交換型語音業務，而LTE是純IP系統，其核心網只有分組域，不提供電路交換型業務能力，因此運營商必須考慮LTE商用化后語音業務的實現方案。如果不提供VoLTE業務，那么LTE上的語音業務還得回落到3G，甚至2G網絡上的電路域。部署VoLTE業務，語音業務無須依賴現有的2G/3G網絡，不僅可以優化整合頻譜資源，逐步啟動2G/3G退網和頻譜重耕，而且多張網絡逐步演進為統一的LTE網絡，降低運營商未來的運營成本。開展VoLTE業務，不僅可以無縫繼承現有電路域語音業務，同時也為新型語音業務提供了條件，HD voice（高清語音）業務和RCS/Joyn富通信業務等也得以迅速發展。

目前LTE業務發展良好的運營商均陸續推出VoLTE業務，除韓國運營商2012年的VoLTE商用化外，2014年，美國和日本也開始推出VoLTE商用化。中國移動相繼發布了《VoLTE白皮書》和《下一代融合通信白皮書》，在2014年商用VoLTE業務，提供RCS（富通信）業務。

4.3 終端多模多頻

在LTE時代，縱觀全球，不僅頻譜分配凌亂雜散，而且技術制式也參差不齊，短期內很難有統一的頻段和制式來開展國際漫游。為了開展國際漫游，滿足多網協同，有效的解決途徑是終端多模多頻。例如中國移動在2014年上半年的LTE終端采購中提出了五模十頻的要求，其中，五模包括TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、GSM、WCDMA技術制式。支持多個制式和頻段的多模多頻LTE手機仍然是一個難以解決的問題，只有新一代的28 nm芯片，才能大大提高集成度、降低功耗、降低成本，使LTE手機在性能、功耗和價格上達到目前3G手機的水平，從而滿足大規模商用化的要求。2013年隨著28 nm的LTE芯片取得突破，逐步解決了多模多頻LTE手機規模化量產的技術難題，如高通推出RF360系列，單芯片多模多頻。終端多模多頻有利于多網協同，但長遠而言，隨著頻譜重耕和網絡演進，技術制式逐步聚焦到LTE模式。

5 結束語

移動互聯網是當今發展最快、最具創新性、最具影響力的科技領域之一，深刻地改變著社會經濟生活的方方面面。無線頻譜是發展移動業務不可或缺的關鍵資源，為了滿足移動互聯網的發展，不僅需要增加更多的頻譜資源，更需要提升現有頻譜的效率，充分發揮現有低頻段無線頻譜的覆蓋優勢，加快LTE網絡部署。

目前全球頻譜監管政策中，大多數西方發達國家采用市場化的拍賣方式分配頻譜資源，我國還采用行政色彩濃厚的“選美”方式分配頻譜資源，頻譜資源和技術制式相捆綁。我國現有頻譜監管政策在推動移動通信發展、優化電信行業競爭格局、提升國家自主創新等方面無疑發揮了巨大的作用，但隨著移動互聯網的快速發展和普及，需要“使市場在資源配置中起決定性作用和更好發揮政府作用”，我國的無線頻譜監管政策需要變革，一方面應采取更靈活的頻譜監管政策，如嘗試頻譜重耕、市場化配置頻譜資源等，另一方面應釋放更多的頻率資源，如加快釋放所謂“數字紅利”的700 MHz頻率。

諸多行業，如廣電、民航、海事等，均需要頻譜資源，我國優質的低頻段頻譜大多已有安排，因此，釋放和分配新的頻譜資源往往需要復雜冗長的技術和行政程序。為了促進移動互聯網的發展，加快推進LTE網絡部署和國際漫游，當務之急是加快推動頻譜重耕工作的開展。

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