5G网络共建共享中的频率选择与协同策略研究

杨军 蒋友文

中通服咨询设计研究院有限公司

0 引言

2019年9月，中国电信与中国联通发布公告宣布双方将在全国范围内合作共建5G（5th generation mobile networks）无线接入网络。2020年5月，中国移动和中国广电也宣布将在5G网络建设中推进共建共享。5G网络的共建共享可以发挥各自优势形成合力并可节约投资，从目前各运营商的网络现状与竞争态势分析，中国电信与中国联通的5G共建共享最为复杂，涉及面也最广，而5G的频率选择又是5G网络规划与建设中的核心问题，直接影响5G整体网络布局与投资，所以合理的频率规划将极大提升网络覆盖效率并节约投资。本文重点就中国电信与中国联通在5G网络共建共享中的频段选择与协同策略，以及相应的建设节奏进行系统分析，提出关于5G共建共享的相对完整的、成体系的策略与实施建议，为后续5G网络整体建设的快速、高效推进，以及如何用适宜的频率建设覆盖最广、容量最高、体验最优的高品质5G网络提供有益的参考。

1 电信及联通现有频段情况分析

1.1 总体情况

中国电信与中国联通目前主要有800/900MHz、1.8GHz、2.1GHz和3.5GHz共四个频段，各频段所承载的业务和业务负荷各有不同，具体情况如表1所示。

表1 电信与联通频率分布与使用总体情况

1.2 电信及联通频率使用情况分析

中国电信的800MHz频段是其4G LTE（4th generation mobile networks，Long Term Evolution）基础覆盖层的主承载频率，1.8GHz频段是其4G LTE的容量主承载频率。从覆盖和容量方面看，中国电信LTE 800M和LTE 1.8G是4G LTE网络的核心承载网络，具有站点分布广、站点密度高、承载4G用户多、业务负荷大的总特点；2.1GHz是中国电信4G LTE网络的容量叠加层，主要用于高业务量热点区域的容量扩容，分布区域和规模较LTE 800M和LTE 1.8G均较小，只有LTE 800M或LTE 1.8G的20%-30%。

中国联通的1.8G和2.1G频段分别承载其4G网络和WCDMA网络，这两个频段的基站数量和所承载的业务量占其总基站数和总业务量均超过40%-60%，是联通的核心承载网络。

1.3 可用于5G网络的频率分析

国家分配给电信和联通的5G主频率为3.4GHz至3.6GHz，该频段具有带宽大、容量大的特点，是未来5G的主要承载频率，但该频段也存在覆盖距离小、绕射穿透能力弱的缺点。如果以3.5GHz频段进行5G网络覆盖，单站覆盖距离和单站覆盖面积均将较4G网络大幅降低，初步估算基站规模将是现有4G 1.8G网络的3至4倍；同时考虑5G设备现阶段价格是4G设备的2至3倍，整体投资预估将较4G网络提高10倍左右。单站覆盖相关情况具体测算过程如表2所示。

表2 单站覆盖相关情况测算

从表2可以看出，如果单纯采用3.5GHz进行5G网络组网，将对电信和联通的投资造成较大压力，一定程度上甚至可以说是难以承受的，这显然不利于5G网络的整体健康发展。为了更快更好地发展5G网络，需要在频率选择策略上进行一定的创新和探索。

结合业务承载情况，分析电信和联通所拥有的频率资源来看，可能被用于5G网络的频率主要有以下几个：

（1）800MHz和900MHz频率资源。对于电信来说，该频段是1X语音和4G基础覆盖层的主承载网络，覆盖范围广、涉及用户多，在5G业务尚未培育完全成熟的情况下，LTE 800M网络仍然是中国电信移动业务的主要收入来源，所以，近2年内不适宜进行大范围调整。且该频段与联通900M频段不连续，需要通过载波聚合（CA）技术进行频率整合，这需要增加额外投资。

（2）1.8GHz频段。电信与联通在该频段连续，但考虑到该频段是电信4G主要承载网络，基站数量多、覆盖范围广、承载用户多（80%以上），可在小范围内用于承载5G业务，但近期在总体上不适宜大范围应用。

（3）2.1GHz频段。电信与联通在该频段连续，且2.1GHz频段是作为电信的容量叠加层，即用于热点区域的网络容量扩容，2.1GHz频段基站数量较少且覆盖范围较小，对现网的改造工作量较800MHz和1.8GHz频段要小很多，所以在理论上可以作为5G的基础承载频率，但需要电信和联通双方进行频率整合。

2 共建共享频率选择与协同策略

2.1 3.5GHz频段使用策略

3.5GHz频段虽然在覆盖能力方面存在较大劣势，但其频段宽、容量大的特点决定了该频段是实现5G网络大带宽特点的主要承载频率。各频段的网络容量区别如表3所示。

表3 不同频段网络容量情况

2.1G 4T4R（50MHz）平均上行容量 mbps 1320 660 860 430 360单用户下行峰值速率 mbps 2800 1400 2800 1400 950（CA）单站点指标模型 单位 3.5 64TR（200MHz）3.5 64TR（100MHz）3.5 32TR（200MHz）3.5 32TR（100MHz）

从表3可以看出，3.5GHz频段在容量方面较2.1GHz有较大优势，基本是其9倍左右。基于覆盖、容量、投资与成本等多方面因素考虑，关于3.5GHz频段的使用策略与建设节奏本文提出如下建议：

（1）网络建设初期（2020年至2021年上半年）

根据3GPP R16版本协议规定，目前3.5GHz频段最大只支持100MHz带宽，如果采用独立载波（即电信联通双方各100MHz）进行部署，在设备总功率一定的情况下将降低功率谱密度，降低覆盖效率，在近期网络容量和负荷不高的情况下，采用独立载波的必要性不高，可以采用3.5GHz 100MHz频谱内采用共享载波方式部署。当然对于特别重要的业务展示区，可以采用200MHz的独立载波方式。

（2）网络建设中后期（2021年下半年之后）

随着用户5G使用习惯及产业链的逐步成熟，网络负荷将逐步提升，同时考虑随着网络覆盖深度和广度逐步加强，整体网络的站间距也会随之减小，基于以上两个因素，功率谱密度的降低对覆盖影响将逐步减弱，该阶段可考虑采用独立载波共200MHz方式进行部署。

但受限于3.5GHz频段固有的覆盖和投资缺点，该频段更适宜用于热点或热区覆盖，不宜用于大范围的广覆盖。

2.2 2.1GHz频段使用策略

2.1GHz频段由于涉及到对现网频率的整合与清理，需要考虑的因素较多，改造方案根据5G共建共享区域的特点也存在多种不同方案。具体分析如下：

（1）方案1（远期目标方案，2022年后）

将电信2110-2130MHz频段和联通2130-2150频段进行合并，双方可以腾挪出共40MHz的频段。该方案是对电信和联通双方的最适宜方案，但存在的主要困难是需要将联通现有WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）的承载频率调整至2155-2160MHz频段，对联通现网及用户感知有一定影响，需要双方进行大量沟通和频率清理工作，2020年内实施的难度较大。考虑到联通3G网络在2021年后可能逐步开始退网的因素，该方案可在2021年后开始实施。中国电信在2110-2130MHz频段可采用独立载波方式或者动态频率共享技术。对于电信而言，如采用独立载波方式，将不能在已有4G 2.1G基站的区域部署5G 2.1G基站，否则将存在4G和5G网络之间的频率干扰（同频干扰）；但如果采用动态频率共享技术，由于频率资源的受限，将会对现网4G用户感知产生影响。

（2）方案2（中期过渡方案，2021年下半年）

考虑到尽量减少对联通现网WCDMA网络的影响，对现有承载WCDMA的频率进行压缩，清理2140-2160 MHz频段。该方案为了获得40MHz带宽，需要采用载波聚合技术和独立载波共享技术，将产生额外的载波聚合投资。同时由于需要将WCDMA频段进行压缩，所以对联通3G网络容量及用户感知将会产生不利影响。电信2.1G方案可参考方案1，即采用独立载波方式或者动态频率共享技术，同样需要考虑频率干扰和对用户感知造成的影响。

（3）方案3（近期方案，2020年内）

如联通无法快速对WCDMA进行频率整合，中国电信可利用2110-2130MHz频段采用动态频谱共享方式承载5G网络。但由于频谱只有20MHz，所以用户的感知将受到较大影响。通过测算，2×20MHz的5G网络容量仅为3.5GHz频段的二十分之一左右。如采用独立载波方式，将不能在已有4G 2.1G基站的区域，否则将存在4G和5G网络之间的频率干扰。

目前国家对2.1GHz频段尚未明确是否可以用于5G网络，本文仅列出可能情况下的使用方案。

图1 2.1GHz频段使用方案示意图

三种方案简要示意图如图1所示。独立载波与共享载波实现示意图如图2所示。

图2 独立载波与共享载波实现示意图

3 结束语

5G网络的共建共享涉及的因素多，协调与协同难度大，从实际建设经验看不可能一蹴而就，而且从目前业务承载角度分析，5G使用习惯、产业链与用户尚未培育成熟，总体也无一步到位的必要。

本研究从5G网络共建共享的实际出发，充分考虑电信和联通双方频率资源及承载业务情况，给出了5G频率选择的节奏与策略建议，并对不同方案的利弊进行了分析。5G网络共建共享是一个动态变化的过程，需要在实际工作中不断做出调整以适应形势的变化，本文在这方面进行了一定的探索，希望对提升投资效益与建设效率提供有益参考。