中國廣電700 MHz頻段5G覆蓋的初步研究

侯瑞東

（南京廣播電視系統集成有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯通以及中國廣電發放5G商用牌照，意味著我國正式進入5G商用元年[1]。中國廣電手握被稱為傳統廣播電視系統黃金頻段的700 MHz頻譜，并且在近期連續和多家通信巨頭如華為和高通等合作完成了5G的移動終端測試，雖然是移動通信領域的新晉者，但也立馬成為了這場世界5G通信領域爭奪戰的焦點。本文將先簡單概述廣電5G組網，然后對比分析5G通信傳播的3種模型，即準開闊場景下通信傳播模型、城市郊區場景下通信傳播模型以及中小型城區場景通信傳輸模型，初步研究廣電700 MHz黃金頻段的應用和優勢。

1 我國5G通信發展概述

我國5G通信的發展始于2013年2月，國家發改委、科技部以及工信部聯合成立了IMT—2020（5G）推動組時就開始進行了我國5G戰略的全面布局，并在《“十三五”規劃綱要》等重要的文件中明確提出要積極地推動我國5G發展，在這之后我國華為和中興等通信設備領域的領軍企業開始對我國5G產業落地的應用建設做出艱苦的奮斗與努力，并最終在5G標準的制訂和5G產業應用方面得到了國際的共同認可[2]。到2019年6月，國家工信部正式向中國4大運營商頒發了5G的商用牌照，并根據各大運營商現階段的業務情況和運行情況等多個層面進行了5G頻譜的分配，標志著我國進入了5G元年。

1.1 我國5G頻譜分配

我國5G頻段分配最顯著的特征是給予了國內4大運營商非常多的連續5G中頻頻譜資源。與國外大部分的頻譜拍賣分配方式不同，國內采用的是由政府分配5G頻譜的方式，并在2018年12月明確了對我國5G頻譜的分配。5G頻譜分配中，中國電信分配到的5G頻譜總帶寬為100 MHz，頻段為3 400～3 500 MHz，中國移動分配到的5G測試頻率資源總帶寬為260 MHz，頻段為2 515～2 675 MHz和4 800～4 900 MHz，其中2 515～2 575 MHz、2 635～2 675 MHz以及4 800～4 900 MHz為新增頻段，2 575～2 635 MHz頻段主要用于中國移動現有的TD-LTE（4G）頻段。然后，中國聯通分配到總帶寬為100 MHz（3 500～3 600 MHz）的5G測試頻率資源，同時分配給中國廣播電視4.9 GHz頻段（700 MHz）[3]。總體來說，我國的5G頻譜分配合理，深度結合了各家通信供應商的目前發展狀態及發展規劃，有利于構建我國5G市場的公共進步與創新，最終達到我國5G實力在國際上的全面領先。

1.2 廣電5G組網方案概述

廣電5G的組網方案主要由核心網、承載網以及接入網3部分組成，如圖1所示[4]。

圖1 中國廣電700 MHz 5G組網方案架構圖

廣電700 MHz接入網模塊的多頻協同主要采用的是700 MHz+4.9 GHz方案，協同組網策略采用的是FDD+TDD方案。對于網絡的廣度覆蓋方面，廣電700 MHz接入網模塊使用4TR技術來提高700 MHz的網絡容量和下行寬帶，同時針對無線網絡服務區域覆蓋的深度和厚度問題，在4.9 GHz頻段下使用64T64R組網方法進行解決。此外，廣電700 MHz接入網模塊的基站架構使用中央處理單元（Centralized Unit，CU）/分布式接入點（Distributed Unit，DU）分離的架構進行設計，這樣的好處是廣電的5G建設在后續發展階段可以根據業務的需要選擇特定的業務場景并有針對的進行基站的建設。從網絡架構方向來看，在廣電沒有4G網絡建設的基礎上，廣電700 MHz的5G架構選擇獨立組網架構作為目標架構，SA架構支持eMBB、mMTC以及uRLLC場景，便于拓展垂直行業，適合當前廣電5G的發展戰略思想。

廣電700 MHz 5G網絡架構的承載網部分充分利用了廣電有限電視傳輸網絡在國干、省干以及城域區域完整的線路優勢。從廣電組網結構來看，其承載網部分分為前傳部分、中傳部分以及回傳部分，在承載網部分的架構上為了避免城市中心基站密度太大帶來的光纖消耗太大問題，使用了以光纖直連為主，波分設備作為補充的D-RAN光纖組網模式，主要承載了AAU/RRU和DU之間的流量穿模功能。在中傳部分和回傳部分，廣電根據現有的網絡設備選擇SAP和M-OTN等承載技術來承載DU和CU之間的流量以及CU和核心網之間的流量。

廣電700 MHz 5G核心網模塊在網絡模塊的設計上主要借助網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）等技術，實現了用戶平面（User Plane，UP）與控制平面（Control Plane，CP）分離以及分部部署的效果。廣電700 MHz核心網絡的分布式部署模式相對于傳統的軟硬件結合模式，耦合性更低，維護性和擴展性更強，網絡內部各網絡功能模塊之間相互獨立，通過服務化的通信接口可以和其他的網絡功能模塊形成交互，共同對外服務，構建了一個基于服務的通信網絡架構。相對其他網絡架構模式來說，這種分布式部署模塊更加靈活，而且有利用廣電根據地區人口等不同因素和不同的業務場景靈活選擇部署方式，達到性能與利益的最大化。

2 5G通信傳播模型對比分析

針對5G頻率高、耗能強及基站排布密集等特點，國際上的4個主要組織都在3GPP發布3GPP通信傳播模型基礎上進行校正，根據5G的大氣損耗、人體損耗以及穿透損耗等衰減損耗因素，提出了自己的5G通信傳播模型，分別為各種場景下都適用的3GPP 38.901模型、適用于城市的5GCM模型、適合室內和廣場的METIS 2020模型以及mmMAGIC模型，幾種5G通信模型可以根據各大運營商的業務場景進行靈活選擇。

2.1 準開闊場景下通信傳播模型

目前，在準開闊場景下最合適的應用模型是3GPP 38.901模型。3GPP 38.901模型是3GPP組織針對當前5G通信的傳輸模式專門優化的一種通信傳播模型。為了支持5G的大寬帶，3GPP模型使用了更加精細的射線功率、時延以及CSCM+RT進行建模，路損模型以CI為主，部分情況下使用ABG模型計算路損情況，采用雙端3D的3D模型，頻率需求一般為BB、FD以及FC，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，公用XPR計劃，比較適合在6～100 GHz的寬帶頻率下運行，使用接入的方式鏈接，非常適用于準開闊場景下通信傳播。

2.2 城市郊區場景下通信傳播模型

目前，在城市郊區場景中合適的應用模式是5GCM的5G通信模式。5GCM是美國國家技術標準研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）發起的5G毫米波通道模型聯盟，以北美研究機構為研究對象，包括NYU、AT&T以及高通等，中國移動、華為以及北京郵電大學也參與其中。5CCM模型主要采用CSCM+RT的建模方法，路損模型以CI/CIF.ABG為主，采用3GPP-3D模型為基礎建模，頻率需求一般為BB、FD以及FC，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，公用XPR計劃，比較適合在6～100 GHz的寬帶頻率下運行，使用接入的方式鏈接，非常適用于城市郊區場景下通信傳播。

2.3 中小型城區場景通信傳輸模型

目前，在中小型城區場景下合適的應用模型有mmMAGIC模型。5G模型中的mmMAGIC旨在為6～100 GHz的5G通信開發新的無線接入傳輸模型，主要采用CSCM+RT+點云場的建模方法，路損模型使用ABG作為唯一的路損模型建模，采用3GPP-3D模型為基礎建模，頻率需求一般為PB和FD，空間一致性為SC和STC，主檔使用KED模型建模，極化為射線PMs，比較適合在小于100/10%fcGHz的寬帶頻率下運行。5CCM模型對接入的方式不限，可以根據市區復雜的地形情況，使用多種接入方式進行接入。

3 5G通信背景下廣電700 MHz頻段優勢及應用場景

3.1 廣電700 MHz黃金頻段優勢分析

700 MHz頻段一直被中國廣電所擁有，在5G的背景下，廣電也繼續延續了700 MHz頻段的使用權。廣電的5G 700 MHz頻段相比于其他3大運營商分配的頻段屬于低頻頻段，根據無限信號繞射能力和信號波長的關系可以得知，5G的傳輸頻率越低繞射能力就越強，這也就意味著廣電的5G 700 MHz頻段有著更強的障礙物繞射能力，覆蓋范圍廣，適合大范圍連續網絡覆蓋。

從5G的無線接入網方面來看，廣電的5G 700 MHz頻段使用的是頻分雙工制式。頻分雙工制式（Frequency Division Duplexing，FDD）的上行鏈路和下行鏈路采用兩個獨立且對稱的頻率信道。相比采用時分雙工的2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz頻段的傳統通信方式，該網絡架構使用頻分雙工工作方式可以使光電接入網的上行鏈路和下行鏈路采用同一頻率信道。在時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）模式下，一些上行數據的反饋需要等待相應的上行時隙，同時一般時分雙工（TDD）系統分配給上行的時隙較少。

3.2 廣電700 MHz黃金頻段應用前景

700 MHz是傳統電視業務的黃金頻段，廣電可以很好地與自己原本的業務視頻傳媒相結合，借助5G高速率和低延遲的特點，將其應用在視頻高清的點播與直播方向，構建特色的5G視頻點播網絡。

相比于其他3家通信運營商的5G頻率，廣電擁有更低的5G頻率，從基站建設成本的方向考慮，廣電5G 700 MHz頻率使得廣電的基站建設成本比其他3家大幅降低，雖然在下行寬帶方面有所不足，容量降低，但是非常適合在地形廣闊和人口密度不密集的農村打造一張全國范圍內的打底基礎連續覆蓋網絡。

從當前火熱的物聯網概念來說，廣電700 MHz因低頻帶來的廣覆蓋和低功耗特點能夠很好地支撐物聯網的構建，特別是對于蜂窩物聯網標準窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）。經測試，700 MHz是NB-IoT最理想的承載頻率，廣電應該借助700 MHz的低頻優勢積極地參與到物聯網的建設中，在物聯網領域搶占先機，為構建智能化社會做出更大的貢獻。此外，廣電的5G 700 MHz也非常適合運用于高鐵和動車等高速運動的場景。高速移動場景下，頻段越低產生的多普勒頻偏越小，接收機信號譯碼更可靠，利用700 MHz進行高鐵等高速移動場景的覆蓋可以有效降低基站切換和高速移動帶來的網絡波動。

4 結 論

雖然廣電的5G 700 MHz在低頻情況下可能存在下行寬帶不足的缺點，但是廣電應該利用好5G 700 MHz頻段覆蓋面積廣、抗干擾能力強以及延遲低的優勢，在當前萬物互聯蓬勃發展的背景下把握時代機遇，在加強自身網絡電視點播等的業務基礎上，實現新業務的開拓和創建，從而能夠在已經被國內移動、聯通以及電信3大運營商多年穩定占領的通信領域獲得自己的一席之地。