無線頻譜資源分配在5G網絡中的進展分析

柯榮(廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東廣州，510630)

無線頻譜資源分配在5G網絡中的進展分析

柯榮
(廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東廣州，510630)

隨著現代網絡技術的高速發(fā)展，現代移動通信的觸角已經開始逐步延伸到5G時代，無線頻譜也相應的得到了更深層次的應用和發(fā)展，尤其是在資源分配方面。由于頻譜資源分配受多種因素的影響，因此在實際運用過程中必須對其做進一步的研究。對此，本文將系統(tǒng)的分析和探討無線頻譜資源分配在5G網絡中的發(fā)展。

無線頻譜；5G網絡；頻譜資源分配

0 前言

5G是第五代移動電話行動通信標準的簡稱，也叫做第五代移動通信技術。它是繼4G之后的最新一代移動通信技術，目前受到廣大網絡通信研究人員的高度關注，它將更多的人、物、數據與互聯(lián)網技術緊密的連接起來，能夠對人類通信水平的提高起到很大的推動作用。在5G網絡發(fā)展過程中，無線頻譜是其發(fā)展的關鍵一環(huán)，尤其是頻譜分布更是至關重要。當前，網絡技術人員主要研究的頻段大多集中在6GHz以下頻段，逐步發(fā)展的5G將在這一頻段內盡可能的實現用戶與設備的連接最大化[1]。然而在實際運用過程中，由于日益增加的網絡用戶需求，網絡頻譜只有達到300MHz以上且連接不中斷才能滿足5G網絡的發(fā)展需求，而6GHz以下頻段的頻譜在很大程度上已經無法，所以必須尋求6GHz以上的無線頻譜并做好其資源分配工作。

1 影響頻譜資源分配的因素

1.1 應用場景的不同

目前，由于5G網絡發(fā)展的逐步深入，其應用場景也在不斷的增多和完善。對此，ITU-R確定了3個主要應用場景，分別為增強型移動寬帶、超高和低延遲通信以及大規(guī)模機器類通信，由于這些應用場景都需要高水平的網絡技術，因此對于5G網絡的無線頻譜的分配要求就更加嚴格。具體來說，這些分配需求可以通過對4G移動通信技術的無線頻譜進行改善和發(fā)展，再利用5G移動網絡來加以增強用戶體驗效果來實現，所以不同的應用場景對于頻譜資源分配的選擇是有很大差異的。

以上三種特殊的應用場景在無線接入的空口設計以及無線頻譜的物理頻寬方面都有著不同程度的影響。其中，在物理頻寬方面，UWB載波擁有巨大的無線傳輸速率，它能夠使移動通信接入網絡時的傳輸速率達到Gbit/s的層次。在頻譜資源類型方面，主要涉及社會公共安全領域，這是由于該領域需要超強的無線電波來穿透各種障礙物，從而更好地實現無線網絡的全面覆蓋[2]。

1.2 現場部署環(huán)境的差異性

頻譜資源分配不僅與應用場景有巨大的關聯(lián)，也與現場的部署環(huán)境具有很大的聯(lián)系。具體表現在很多方面，比如在相鄰頻段運行的無線系統(tǒng)對于蜂窩移動通信的正常運行和工作會產生巨大的影響，因為各類無線頻段如果過于接近，那么會對無線網絡的正常運作造成巨大的干擾，主要體現在無線頻譜的帶寬總量上。除此之外，大量網絡通信運營商的高密度網絡操作也對無線頻譜的資源分配造成了很大的影響，這些運營商由于過密的無線網絡操作，在很大程度上會導致無線頻譜資源交叉，進而降低了網絡接入性能[3]。對此，各運營商應該保證充足的頻譜資源，避免因資源交叉而影響整體的頻譜資源分配。

2 高、低頻段分配頻譜資源的方式

2.1 低頻段分配頻譜資源的方式

5G技術的應用場景很廣，但其對于不同的應用場景卻有著不同的性能和底層頻譜要求，所以在選擇5G通信技術的物理工作頻段時應充分考慮其具體應用場景和業(yè)務類型。目前來說，原來的無線頻譜資源都已經實現了固定分配，并處于授權型頻段內，為了使已用的技術與特性能夠得到進一步的發(fā)揮，因此業(yè)界在低頻段內部署5G移動通信系統(tǒng)大多都是利用了4G網絡的后續(xù)演進系統(tǒng)。但是，為了更好的實現商業(yè)化，僅僅依靠原先已被固定的無線頻譜資源是不夠的，換句話說，為了適應移動寬帶網絡中日益增長的數據流量和視頻流量需求，5G技術中的無線頻譜資源應該被注入新的血液。從現階段而言，現有移動寬帶網絡的可用性及系統(tǒng)容量的擴展仍可使用位于6GHz以下物理頻段內的無線頻譜資源。

2.2 高頻段分配頻譜資源的方式

6GHz以上的高頻段信號的特點是指向性強、流量密度高，這樣一來，其他類型的應用對短距離傳輸的超高數據吞吐量的要求就能夠得到充分的滿足，因此，當前的主要任務是將移動寬帶接入服務的頻譜資源擴展到6GHz。但是，因為無線電波的穿透損耗與散射損耗會隨著頻率值的增大而增加，為了彌補這些損耗，我們應重點考慮根據不同物理頻段的特性來合理分配6-100GHz之間的頻段。

3 各個國家對5G授權頻段分配的進展分析

近幾年，各個國家都加大了對5G授權頻段分配的研究力度，并取得了一些成效。例如某些國家針對業(yè)務類型的不同，制定出了無線頻譜資源的使用規(guī)范，同時為防止帶內/外干擾建立了相應的技術規(guī)范；而也有些國家或地區(qū)也強制規(guī)定了一些特定的技術，而這些技術中大多是用于提供移動通信及寬帶數據接入服務的，并且頻譜資源是其專用的物理頻段。

我國也在逐步研究5G頻譜的需求預測、候選頻段的選取等問題，到目前為止，5G面向2030年的頻譜需求總量估算、6—100GHz高頻段候選頻段的優(yōu)先級研究等工作已經完成。在WRC—15會上，新增了一個5G全球統(tǒng)一頻率是1427—1518GHz，而這項工作也是由我國率先完成的，遺憾的是我國在高頻段方面還沒有較大的突破。

將5G網絡可用頻譜進行具體分配的國家是美國，主要劃分了4個新的毫米波段，如下圖所示。劃分這一頻段的主要機構為FCC，除此之外，該機構還平衡了無線寬帶與政府所使用頻譜之間的關系，同時也將頻譜接入方式根據不同的使用場景需求進行了劃分，使其能夠最大程度的滿足各種無線網絡需求。

圖1 用頻譜分配5G網絡

[1]陳亮,楊奇. 5G網絡中無線頻譜資源分配的進展分析[J].光通信研究, 2016(6):68-71.

[2]陳劼,李少謙,廖楚林.認知無線電網絡中基于需求的頻譜資源分配算法研究[J].計算機應用,2008,28(9):2188-2191. [3]黃川,梁步林,許力,等.認知無線電網絡中基于動態(tài)信譽機制的頻譜分配策略研究[J]. 信號處理,2014(11):1339-1344.

Analysis of wireless spectrum resource allocation in 5G networks

Ke Rong
（Guangdong Telecom Planning & Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong,510630）

With the rapid development of modern network technology, Modern mobile communications have begun to gradually extend to the 5G era, wireless spectrum has also been a deeper level of application and development, especially in the distribution of resources. Because the allocation of spectrum resources is affected by many factors, it is necessary to do further research in the process of practical application. In this regard, this paper will systematically analyze and discuss the development of wireless spectrum resource allocation in 5G network.

Wireless spectrum；5G Network；Spectrum resource allocation