中国广电700 MHz频段5G覆盖的初步研究

侯瑞东

（南京广播电视系统集成有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通以及中国广电发放5G商用牌照，意味着我国正式进入5G商用元年[1]。中国广电手握被称为传统广播电视系统黄金频段的700 MHz频谱，并且在近期连续和多家通信巨头如华为和高通等合作完成了5G的移动终端测试，虽然是移动通信领域的新晋者，但也立马成为了这场世界5G通信领域争夺战的焦点。本文将先简单概述广电5G组网，然后对比分析5G通信传播的3种模型，即准开阔场景下通信传播模型、城市郊区场景下通信传播模型以及中小型城区场景通信传输模型，初步研究广电700 MHz黄金频段的应用和优势。

1 我国5G通信发展概述

我国5G通信的发展始于2013年2月，国家发改委、科技部以及工信部联合成立了IMT—2020（5G）推动组时就开始进行了我国5G战略的全面布局，并在《“十三五”规划纲要》等重要的文件中明确提出要积极地推动我国5G发展，在这之后我国华为和中兴等通信设备领域的领军企业开始对我国5G产业落地的应用建设做出艰苦的奋斗与努力，并最终在5G标准的制订和5G产业应用方面得到了国际的共同认可[2]。到2019年6月，国家工信部正式向中国4大运营商颁发了5G的商用牌照，并根据各大运营商现阶段的业务情况和运行情况等多个层面进行了5G频谱的分配，标志着我国进入了5G元年。

1.1 我国5G频谱分配

我国5G频段分配最显著的特征是给予了国内4大运营商非常多的连续5G中频频谱资源。与国外大部分的频谱拍卖分配方式不同，国内采用的是由政府分配5G频谱的方式，并在2018年12月明确了对我国5G频谱的分配。5G频谱分配中，中国电信分配到的5G频谱总带宽为100 MHz，频段为3 400～3 500 MHz，中国移动分配到的5G测试频率资源总带宽为260 MHz，频段为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为新增频段，2 575～2 635 MHz频段主要用于中国移动现有的TD-LTE（4G）频段。然后，中国联通分配到总带宽为100 MHz（3 500～3 600 MHz）的5G测试频率资源，同时分配给中国广播电视4.9 GHz频段（700 MHz）[3]。总体来说，我国的5G频谱分配合理，深度结合了各家通信供应商的目前发展状态及发展规划，有利于构建我国5G市场的公共进步与创新，最终达到我国5G实力在国际上的全面领先。

1.2 广电5G组网方案概述

广电5G的组网方案主要由核心网、承载网以及接入网3部分组成，如图1所示[4]。

图1 中国广电700 MHz 5G组网方案架构图

广电700 MHz接入网模块的多频协同主要采用的是700 MHz+4.9 GHz方案，协同组网策略采用的是FDD+TDD方案。对于网络的广度覆盖方面，广电700 MHz接入网模块使用4TR技术来提高700 MHz的网络容量和下行宽带，同时针对无线网络服务区域覆盖的深度和厚度问题，在4.9 GHz频段下使用64T64R组网方法进行解决。此外，广电700 MHz接入网模块的基站架构使用中央处理单元（Centralized Unit，CU）/分布式接入点（Distributed Unit，DU）分离的架构进行设计，这样的好处是广电的5G建设在后续发展阶段可以根据业务的需要选择特定的业务场景并有针对的进行基站的建设。从网络架构方向来看，在广电没有4G网络建设的基础上，广电700 MHz的5G架构选择独立组网架构作为目标架构，SA架构支持eMBB、mMTC以及uRLLC场景，便于拓展垂直行业，适合当前广电5G的发展战略思想。

广电700 MHz 5G网络架构的承载网部分充分利用了广电有限电视传输网络在国干、省干以及城域区域完整的线路优势。从广电组网结构来看，其承载网部分分为前传部分、中传部分以及回传部分，在承载网部分的架构上为了避免城市中心基站密度太大带来的光纤消耗太大问题，使用了以光纤直连为主，波分设备作为补充的D-RAN光纤组网模式，主要承载了AAU/RRU和DU之间的流量穿模功能。在中传部分和回传部分，广电根据现有的网络设备选择SAP和M-OTN等承载技术来承载DU和CU之间的流量以及CU和核心网之间的流量。

广电700 MHz 5G核心网模块在网络模块的设计上主要借助网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）等技术，实现了用户平面（User Plane，UP）与控制平面（Control Plane，CP）分离以及分部部署的效果。广电700 MHz核心网络的分布式部署模式相对于传统的软硬件结合模式，耦合性更低，维护性和扩展性更强，网络内部各网络功能模块之间相互独立，通过服务化的通信接口可以和其他的网络功能模块形成交互，共同对外服务，构建了一个基于服务的通信网络架构。相对其他网络架构模式来说，这种分布式部署模块更加灵活，而且有利用广电根据地区人口等不同因素和不同的业务场景灵活选择部署方式，达到性能与利益的最大化。

2 5G通信传播模型对比分析

针对5G频率高、耗能强及基站排布密集等特点，国际上的4个主要组织都在3GPP发布3GPP通信传播模型基础上进行校正，根据5G的大气损耗、人体损耗以及穿透损耗等衰减损耗因素，提出了自己的5G通信传播模型，分别为各种场景下都适用的3GPP 38.901模型、适用于城市的5GCM模型、适合室内和广场的METIS 2020模型以及mmMAGIC模型，几种5G通信模型可以根据各大运营商的业务场景进行灵活选择。

2.1 准开阔场景下通信传播模型

目前，在准开阔场景下最合适的应用模型是3GPP 38.901模型。3GPP 38.901模型是3GPP组织针对当前5G通信的传输模式专门优化的一种通信传播模型。为了支持5G的大宽带，3GPP模型使用了更加精细的射线功率、时延以及CSCM+RT进行建模，路损模型以CI为主，部分情况下使用ABG模型计算路损情况，采用双端3D的3D模型，频率需求一般为BB、FD以及FC，空间一致性为SC和STC，主档使用KED模型建模，公用XPR计划，比较适合在6～100 GHz的宽带频率下运行，使用接入的方式链接，非常适用于准开阔场景下通信传播。

2.2 城市郊区场景下通信传播模型

目前，在城市郊区场景中合适的应用模式是5GCM的5G通信模式。5GCM是美国国家技术标准研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）发起的5G毫米波通道模型联盟，以北美研究机构为研究对象，包括NYU、AT&T以及高通等，中国移动、华为以及北京邮电大学也参与其中。5CCM模型主要采用CSCM+RT的建模方法，路损模型以CI/CIF.ABG为主，采用3GPP-3D模型为基础建模，频率需求一般为BB、FD以及FC，空间一致性为SC和STC，主档使用KED模型建模，公用XPR计划，比较适合在6～100 GHz的宽带频率下运行，使用接入的方式链接，非常适用于城市郊区场景下通信传播。

2.3 中小型城区场景通信传输模型

目前，在中小型城区场景下合适的应用模型有mmMAGIC模型。5G模型中的mmMAGIC旨在为6～100 GHz的5G通信开发新的无线接入传输模型，主要采用CSCM+RT+点云场的建模方法，路损模型使用ABG作为唯一的路损模型建模，采用3GPP-3D模型为基础建模，频率需求一般为PB和FD，空间一致性为SC和STC，主档使用KED模型建模，极化为射线PMs，比较适合在小于100/10%fcGHz的宽带频率下运行。5CCM模型对接入的方式不限，可以根据市区复杂的地形情况，使用多种接入方式进行接入。

3 5G通信背景下广电700 MHz频段优势及应用场景

3.1 广电700 MHz黄金频段优势分析

700 MHz频段一直被中国广电所拥有，在5G的背景下，广电也继续延续了700 MHz频段的使用权。广电的5G 700 MHz频段相比于其他3大运营商分配的频段属于低频频段，根据无限信号绕射能力和信号波长的关系可以得知，5G的传输频率越低绕射能力就越强，这也就意味着广电的5G 700 MHz频段有着更强的障碍物绕射能力，覆盖范围广，适合大范围连续网络覆盖。

从5G的无线接入网方面来看，广电的5G 700 MHz频段使用的是频分双工制式。频分双工制式（Frequency Division Duplexing，FDD）的上行链路和下行链路采用两个独立且对称的频率信道。相比采用时分双工的2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz频段的传统通信方式，该网络架构使用频分双工工作方式可以使光电接入网的上行链路和下行链路采用同一频率信道。在时分双工（Time Division Duplexing，TDD）模式下，一些上行数据的反馈需要等待相应的上行时隙，同时一般时分双工（TDD）系统分配给上行的时隙较少。

3.2 广电700 MHz黄金频段应用前景

700 MHz是传统电视业务的黄金频段，广电可以很好地与自己原本的业务视频传媒相结合，借助5G高速率和低延迟的特点，将其应用在视频高清的点播与直播方向，构建特色的5G视频点播网络。

相比于其他3家通信运营商的5G频率，广电拥有更低的5G频率，从基站建设成本的方向考虑，广电5G 700 MHz频率使得广电的基站建设成本比其他3家大幅降低，虽然在下行宽带方面有所不足，容量降低，但是非常适合在地形广阔和人口密度不密集的农村打造一张全国范围内的打底基础连续覆盖网络。

从当前火热的物联网概念来说，广电700 MHz因低频带来的广覆盖和低功耗特点能够很好地支撑物联网的构建，特别是对于蜂窝物联网标准窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）。经测试，700 MHz是NB-IoT最理想的承载频率，广电应该借助700 MHz的低频优势积极地参与到物联网的建设中，在物联网领域抢占先机，为构建智能化社会做出更大的贡献。此外，广电的5G 700 MHz也非常适合运用于高铁和动车等高速运动的场景。高速移动场景下，频段越低产生的多普勒频偏越小，接收机信号译码更可靠，利用700 MHz进行高铁等高速移动场景的覆盖可以有效降低基站切换和高速移动带来的网络波动。

4 结 论

虽然广电的5G 700 MHz在低频情况下可能存在下行宽带不足的缺点，但是广电应该利用好5G 700 MHz频段覆盖面积广、抗干扰能力强以及延迟低的优势，在当前万物互联蓬勃发展的背景下把握时代机遇，在加强自身网络电视点播等的业务基础上，实现新业务的开拓和创建，从而能够在已经被国内移动、联通以及电信3大运营商多年稳定占领的通信领域获得自己的一席之地。