一部10GB藍(lán)光畫質(zhì)級別的電影,不到20秒就可下載完成。這就是未來的5G時(shí)代。

作為第五代移動(dòng)通信技術(shù),5G以其超高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和極低的網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間為正在使用2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的用戶勾勒出一幅高速藍(lán)圖。

為了盡早實(shí)現(xiàn)這幅藍(lán)圖,我國正在緊鑼密鼓地開展相關(guān)準(zhǔn)備工作。中國信息通信研究院副院長王志勤于近日表示,我國5G頻譜資源的最終許可方案計(jì)劃將在今年9月正式發(fā)布。對此業(yè)內(nèi)人士表示,5G頻率劃分一經(jīng)確定,對于運(yùn)營商的重要意義在于可基本估算出組網(wǎng)的成本,這意味著我們離5G又近了一步。

那么,頻譜是什么?為何發(fā)布頻譜方案如此重要?隨著5G時(shí)代的到來,移動(dòng)數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆炸式增長,頻譜資源又將面臨哪些問題?

頻譜是5G建設(shè)基礎(chǔ) 當(dāng)前處于稀缺狀態(tài)

在解釋頻譜前,讓我們先回想下,平時(shí)用手機(jī)打電話的場景。我們幾乎每天都會打電話,但你有沒有想過,為何兩個(gè)相隔千里的人也能用手機(jī)聽到對方的聲音?

在過去很長一段時(shí)間,書信曾是傳遞信息的主力,郵遞員承擔(dān)著信件的收發(fā)工作。實(shí)際上,手機(jī)通信與信件傳遞一樣,是實(shí)現(xiàn)信息交流的手段,而幫助手機(jī)傳遞信息的“郵遞員”是電磁波。這種看不見、摸不著的載體將一個(gè)人的聲音信號傳遞給另一個(gè)人。

手機(jī)之外,電磁波還是廣播、Wi-Fi等無線設(shè)備傳遞信息的“郵遞員”。不同形式的信息傳遞方式會使用不同頻率的電磁波,如1880MHz—1900MHz頻段用于中國移動(dòng)用戶的4G通信業(yè)務(wù),2.4GHz頻段用于家用Wi-Fi業(yè)務(wù)。

不論是手機(jī)還是Wi-Fi,它們都屬于無線電業(yè)務(wù)。這些無線電業(yè)務(wù)所使用的頻率范圍在3Hz—300GHz之內(nèi),這一范圍內(nèi)的無線電磁波頻率被統(tǒng)稱為無線電頻譜。

專業(yè)人員將上述頻譜資源劃分成很多頻段,這些頻段只能用于特定業(yè)務(wù),相當(dāng)于為不同的通信業(yè)務(wù)指派專門的“郵遞員”。例如,美國聯(lián)邦通訊委員會規(guī)定將28GHz頻段的頻譜資源用于開發(fā)5G無線網(wǎng)絡(luò),那么28GHz這個(gè)“郵遞員”便只能服務(wù)于5G網(wǎng)絡(luò)信息傳遞?？上攵?如果沒有“郵遞員”,無論5G多么出彩,都是空有一身武藝,沒有施展的“舞臺”。

然而,在一定程度上,現(xiàn)階段頻譜資源是稀缺的。由于低頻段的電磁波傳播損耗小、覆蓋距離遠(yuǎn)、開發(fā)難度較小,因此這類頻譜資源主要應(yīng)用于很早起步的廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。而高頻段頻譜資源則恰恰相反,它的頻率越高,開發(fā)技術(shù)難度越大、服務(wù)成本越高,目前人們能用且用得起的高頻段資源較少。

因此,目前高、低頻段的優(yōu)質(zhì)資源的剩余量十分有限。

頻段被分配給運(yùn)營商 實(shí)行專屬開發(fā)

“目前,全球共享用于地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源。各國分別設(shè)立監(jiān)管機(jī)構(gòu)管理頻譜資源,如美國聯(lián)邦通訊委員會和我國的無線電管理委員會?！蹦暇┦烙蛱旎ㄐ偶夹g(shù)有限公司總裁郭正標(biāo)在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)表示。

各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)往往將頻譜資源分配給無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商,有的國家采用無償配發(fā)的方式,有的國家則采用競拍形式將部分頻譜資源的使用權(quán)賣給運(yùn)營商。

長期以來,我國一直采用政府行政審批并收取無線電頻率占用費(fèi)的方式,由主管行政單位將頻譜資源分配給中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商。

那么分配之后,頻譜資源又是如何被使用的呢?

“可將頻譜看成是一片尚待開發(fā)的‘土地’,2G、3G、4G等移動(dòng)通信技術(shù)可分別占用其中一部分‘土地’,也就是一部分頻段進(jìn)行開發(fā)、利用。而且,每塊‘土地’都實(shí)施專屬開發(fā)原則,即一塊‘土地’只能供1種移動(dòng)通信技術(shù)使用?！鄙钲诮鸷綐?biāo)電子有限公司技術(shù)總監(jiān)康飛向科技日報(bào)記者解釋,比如中國移動(dòng)從政府部門獲得4G頻段的牌照后,只能利用該頻段開展4G業(yè)務(wù)。當(dāng)然還有一些頻段沒有被分配,就像城市總會預(yù)留出一些土地暫不規(guī)劃、以備后用。

國際上早在十幾年前就對5G頻譜分配作了規(guī)劃。

據(jù)報(bào)道,現(xiàn)已有40多個(gè)國家和地區(qū)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在開展供5G網(wǎng)絡(luò)使用的相關(guān)頻譜規(guī)劃。歐盟委員會于2012年11月推出了“構(gòu)建2020年信息社會的無線通信關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目(METIS項(xiàng)目),致力于研究5G無線通信系統(tǒng)。隨后美國、韓國等國紛紛跟進(jìn),在5G關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)框架以及用戶推廣等方面開展多線研究。2015年10月,國際電信聯(lián)盟正式確定了5G發(fā)展計(jì)劃,并將其命名為“IMT—2020”。按照這一計(jì)劃,2020年該聯(lián)盟將完成5G技術(shù)規(guī)范。

2017年6月,我國工信部先后面向社會廣泛征集3300MHz—3600MHz、4800MHz—5000MHz、24.75GHz—27.5GHz、37GHz—42.5GHz或其他毫米波頻段(頻域?yàn)?0GHz—300GHz)5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見。2017年11月,工信部發(fā)布了關(guān)于3300MHz—3600MHz和4800MHz—5000MHz頻段用于5G系統(tǒng)的通知。“除上述頻段外,73GHz頻段也可能會被用于5G開發(fā)?！笨碉w預(yù)測。

供求矛盾愈發(fā)凸顯 管理模式亟待變革

“可以預(yù)見,在5G時(shí)代移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長,所需頻譜數(shù)量也將遠(yuǎn)超前幾代移動(dòng)通信技術(shù)的總和?！笨碉w指出,頻譜供需矛盾將在5G時(shí)代愈發(fā)凸顯。

那么在目前供給有限的情況下,如何使頻譜資源發(fā)揮出其最大效力,這是目前眾多學(xué)者研究的課題。頻譜資源通常掌握在運(yùn)營商手中,運(yùn)營商一旦獲得某個(gè)頻段的使用權(quán),那么該頻段將為此運(yùn)營商的用戶專用,這通常被稱為靜態(tài)頻譜分配方式。因此即便運(yùn)營商不使用或很少使用該頻段,其他運(yùn)營商也無法使用。長期以來,這種頻譜分配策略導(dǎo)致部分頻譜利用率較低,出現(xiàn)閑置現(xiàn)象。

能否將這些利用率低的頻譜從原運(yùn)營商手中收回,經(jīng)整合、規(guī)劃后再次投入到市場中?激勵(lì)拍賣分配方式就在這樣的思路下產(chǎn)生了。

早在2012年,美國聯(lián)邦通訊委員會便開始針對頻譜資源的再利用問題進(jìn)行了深入研究。2017年3月,美國600MHz廣播電視頻段的激勵(lì)拍賣順利完成,這是全球首次對頻譜資源進(jìn)行激勵(lì)拍賣。本著自愿原則,美國聯(lián)邦通訊委員會首先向原持有600MHz頻段的廣播電視運(yùn)營商回收總計(jì)84MHz的頻率資源,隨后對其進(jìn)行規(guī)劃,并將頻譜資源進(jìn)行拍賣。

此外,針對缺乏靈活性的靜態(tài)頻譜分配方式,一些學(xué)者提出動(dòng)態(tài)頻譜分配建議。他們提議,能否根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量分布情況,動(dòng)態(tài)地分配有限的頻譜資源,以提升頻譜資源利用率。但受限于當(dāng)前的頻譜資源管理模式和具體分配技術(shù),動(dòng)態(tài)分配方案距離落地還有很長的路要走。

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衛(wèi)星通訊領(lǐng)域頻譜資源更匱乏

在陸地上,由于各國基站相隔較遠(yuǎn),因此不同國家在使用相同頻段的頻譜時(shí),也不易產(chǎn)生干擾問題。但到了天上,問題就開始變得復(fù)雜起來。

郭正標(biāo)表示,基于衛(wèi)星的空間通訊技術(shù)往往涉及跨國服務(wù),如果不同國家對同一頻段均可使用,就很容易產(chǎn)生干擾問題。因此國際電信聯(lián)盟規(guī)定,各國運(yùn)營商必須對某一頻段頻譜的使用進(jìn)行申請,方能得到授權(quán);一旦通過授權(quán),其他運(yùn)營商不得再使用此頻段。

“就像圈地蓋房子,由于歐美等國的衛(wèi)星運(yùn)營商起步早,他們早早就把地盤占上、將房子蓋好。”郭正標(biāo)比喻道,“能蓋房子的土地就那么多。我國起步較晚,再想蓋房子,土地審批難度大不說,好的地段早早就被蓋上了其他國家的房子,只能爭奪剩下較差的地段了。而且隨著科技發(fā)展,會有越來越多的衛(wèi)星運(yùn)營商爭奪剩下的資源。因此,空間通訊技術(shù)所依賴的頻譜資源十分緊缺?！?/p>