我国移动通信频谱重耕的价值探讨和实施策略

朱东照，史俊潇，余 毅

（1.华信咨询设计研究院有限公司 杭州 310014；2.杭州电子科技大学通信工程学院 杭州 310018）

1 我国移动通信频谱现状

根据公开的资料，目前我国已规划的移动通信频谱资源总计为687 MHz，其中447 MHz已分配给三大运营商。

如图1所示，在已规划的移动通信频谱资源中，TDD的频谱资源有345 MHz，占了50.22%；1 GHz以下的频谱资源 有72 MHz，包括800 MHz的cdma2000和900 MHz的GSM，占了10.5%。1 GHz以下的频谱具有良好的传播覆盖能力，十分珍贵。

已分配至三大运营商的447 MHz频谱资源中，中国移动有235 MHz，占52.6%；中国联通有122 MHz，占27.3%；中国电信有90 MHz，占20.1%。总的来说，各大运营商的频谱资源与其用户及业务规模相适应。在已分配的频谱中，用于2G网络的频谱资源有152 MHz（中国电信cdma2000的频谱为2×10 MHz，假设其cdma2000 1x业务占用的频谱为10 MHz），占34%。由于2G网络历经多年建设，覆盖完善，用户和业务量尚大，但频谱资源有限且频谱效率不高，因此2G网络的负荷是偏高的。据中国移

动2013年年报，其GSM的网络利用率为71.0%，而TD-SCDMA网络利用率为27.1%。在已规划而未分配的240 MHz频谱资源中，目前最为关注的是1.8 GHz频段的2×30 MHz，即上行1 755～1 785 MHz，下行1 850～1 880 MHz。这是目前全球LTE FDD网络漫游可选核心频段之一，也是国内剩余不多的尚未分配的FDD频谱资源。目前中国电信和中国联通的LTE FDD试验网就部署在此频段上。

图1 我国移动通信频谱规划和分配

2 频谱重耕的需求

2.1 无线频谱的价值

无线频谱是不可再生的稀缺资源，直接影响了移动网络的投资、覆盖、容量和质量等。无线频谱的价值和频段高低、技术制式、国际漫游等几大因素相关。

无线频谱的高低和电波传播能力直接相关，频段越高，传播损耗越大，基站覆盖范围越小，所需基站数量越多，网络建设投资也就越大。高频段的频谱在提升容量方面有优势，一方面高频段的频谱资源相对充裕，另一方面高频段的频谱特征减少了天线的尺寸，更有利于采用MIMO技术，特别适合于在密集市区提升网络容量。移动网络部署中，高低频段的科学组合能大大提升频谱的价值，低频段广覆盖，高频段增容量，不仅降低网络建设成本，也加快网络部署速度。

根据大城市的COST231 Hata无线电波传播模型，假设基站天线高度为35 m，在不考虑建筑物穿透损耗的室外情况下，不同频段的传播损耗、基站覆盖半径及基站数量见表1。

表1 不同频段的无线电波传播能力对比

从表1可知，相对于800 MHz频段，2.6 GHz频 段覆盖同一区域需要9倍以上的基站数量。当然，此表仅是理论上的分析，并没有考虑室内覆盖以及馈线、接头等损耗，实际情况会复杂得多。但毋庸置疑，频率越高，覆盖能力越差，需要的基站数量越多，网络建设投资也越大。这可从目前国内三大运营商3G网络建设情况得以体现。截至2013年年底，中国移动TD-SCDMA基站数量为44.6万个，中国联通WCDMA基站数量为40.7万个，而中国电信cdma2000基站数量约为25万个，但比较三者的网络覆盖效果，反而中国电信cdma2000的网络覆盖最广，其根本原因在于中国电信3G网络部署在800 MHz频段上，而中国移动和中国联通的3G网络频谱在2 GHz附近。

由于频谱资源的稀缺性，提升频谱效率一直是移动通信技术进步的核心驱动力。从参考文献[1]可知，同样的频谱，所采用的技术不同，导致了频谱效率的不同，如图2所示，LTE频谱效率约为GPRS的50倍，频谱的价值自然也大大提升了。

图2 不同制式频谱效率的演进

除了频段高低和技术制式，频谱价值还和国际漫游息息相关。如果该频谱及其所采用的技术制式有利于国际漫游，那么这就意味为庞大的规模效应，可以降低整个产业链的成本，自然能提升频谱价值。例如，2G时代的两种主流技术制式为GSM和CDMA，从技术性能而言，两者不分伯仲，但GSM全球漫游更便利，产业链更发达，因此GSM的频谱价值也更高。

2.2 频谱重耕的必要性

无线频谱是发展移动通信业务所必不可少的稀缺资源，因此，如何科学高效地配置频谱资源，不仅是政府监管部门的责任，也是运营商和设备制造商所关心的问题。频谱资源是不可再生的，除了获取新的频谱资源外，如何进一步提升现有频谱资源的使用效率更为关键。我国1 GHz以下的具有良好传播性能的频谱资源基本上用于2G网络，而目前3G、4G网络主要使用2 GHz以上的频谱资源，TD-LTE的核心频谱更是在2.6 GHz附近，这十分不利于LTE网络的快速部署和完善覆盖。对我国这样一个地域广阔、人口分布密集且不均匀的国家而言，迫切需要低频段的频谱来扩大LTE网络的覆盖。自2008年以来，全球掀起了频谱重耕（frequency re-farming）的热潮，即迁移替换原先的2G用户和业务，关闭原有2G网络，利用2G网络的频谱资源部署3G网络，甚至4G网络。例如，2007年芬兰运营商Elisa利用原GSM网络900 MHz频率开通首个UMTS900网络，相对于UMTS2100，UMTS900可节省50%～70%的运营成本。据GSA统计，截至2014年2月份，全球有80个商用UMTS900网络部署在53个国家。除了提升频谱效率外，频谱重耕的关键驱动力还在于充分利用原先2G网络1 GHz以下优质的频率来加快新网络部署，扩大和完善网络覆盖，降低建设和运维成本。

随着4G网络的部署以及2G/3G/4G网络的共存，全球频段划分更加分散，根据3GPP IMT频率规划，低频段的如Band28在700 MHz附近，高频段的如Band43在3.6 GHz以上。因此，4G时代，频谱重耕还有另一个重要目标，即在全球范围内选择合适的频段开展国际漫游。

2.3 频谱重耕的可行性

随着3G网络覆盖的完善，智能终端的普及以及移动互联网的发展，我国移动用户和业务大规模地从2G网络向3G网络迁移，如图3所示。2013年，我国2G用户出现负增长，减少了5 185万户，3G用户比例提升至32.7%。2014年上半年，3G和4G用户保持加快替代2G趋势，移动宽带用户（即3G和4G用户）累计净增8 312.9万户，总数达到4.85亿户，占移动电话用户的比重达38.5%，平均每月提高1个百分点。自2009年发放3G牌照以来，我国移动互联网的数据流量年复合增长率高达80%以上，而传统的语音和短彩信业务增长乏力，收入萎缩，流量正成为收入增长新一波驱动力。

图3 2009-2013年2G/3G移动电话更替情况

随着GSM等2G网络的衰退，现有2G网络的频谱资源必将逐步腾退出来，用于更先进的3G、4G甚至5G技术。因此，随着2G用户和业务加快向3G和4G迁移，2G网络利用率将逐步降低，这为频谱重耕提供了可行性。

3 频谱重耕的价值探讨

3.1 目前国内3G网络建设状况

自2009年三大运营商获取3G牌照以来，截至2013年年底，中国移动TD-SCDMA基站数量为44.6万个，网络利用率为27.1%；中国联通WCDMA基站数量为40.7万个；中国电信Ev-Do基站数量约为25万个。目前三大运营商3G网络的总体利用率并不高，就覆盖而言，由于中国电信3G网络使用1 GHz以下的800 MHz频段，其覆盖范围更广一些。

3.2 目前国内4G网络建设状况

2012年，中国移动在9个城市开展了TD-LTE规模试验，建设了2万个以上的基站；2013年，中国移动进一步扩大了试商用规模，建设了20万个以上的基站；2013年12月4日，我国正式颁发TD-LTE经营许可，2014年中国移动TD-LTE基站建设总量累计将超过50万个，中国电信和中国联通也开展了TD-LTE的网络建设。2014年6月27日，工业和信息化部正式向中国电信、中国联通两大运营商颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（LTE FDD）”试商用经营许可，两大运营商根据许可，在部分城市开展了LTE FDD的网络建设和试商用。从目前情况看，中国移动无疑走在了TD-LTE网络建设和商用的前列，中国联通WCDMA全网峰值速率为21 Mbit/s，HSPA+多载波峰值速率为42 Mbit/s，短期内4G网络的建设压力不大；而中国电信的cdma2000网络峰值速率仅3.1 Mbit/s，没有平滑演进升级的路径，为了应对竞争，其建设4G网络的迫切性可想而知。

3.3 频谱重耕的建设方案对比

为了定量探讨频谱重耕的经济价值，本文假设中国电信开展LTE FDD网络建设，根据是否采用频谱重耕策略分为两种建设方案。

·方案一：不采用频谱重耕策略，LTE FDD采用1.8 GHz频率的2×20 MHz。

·方案二：采用频谱重耕策略，从现有800 MHz频谱中腾出2×5 MHz频率用于LTE FDD以及1.8 GHz频率的2×15 MHz。中国电信为了使其4G网络有一定的竞争力，特别在覆盖方面，争取在3年内达到其目前3G网络的覆盖水平。

建设方案一不采用频谱重耕，为了达到中国电信3G网络覆盖水平，参考中国移动和中国联通的3G网络覆盖情况，那么1.8 GHz LTE FDD网络3年内需要建设的基站数量应不少于50万个。

建设方案二采用频谱重耕，800 MHz LTE FDD用于广覆盖，充分利旧现有的3G基站站址，1.8 GHz FDD LTE主要用于满足市区的容量需求，那么800 MHz LTE FDD基站建设数量只需和现有3G网络基站数量相当，即25万个。为了满足市区的容量需求，1.8 GHz FDD LTE基站3年内累计建设数量应为15万个。

为了便于投资估算，根据现有移动网络建设经验，本文假设：LTE S111主设备价格为10万元，自有站址利旧比例为90%，在自有利旧站址上新增一套主设备的配套改造费用为5万元，在自有利旧站址上新增两套主设备的配套改造费用为7.5万元，新增站址（包括运营商之间的共建共享）的费用为20万元。

根据上述假设条件进行估算，建设方案一的总投资为1 162.5亿元，建设方案二的总投资为705亿元。借鉴现有三大运营商3G网络的覆盖对比，考虑到800 MHz的广覆盖能力，方案二的覆盖效果应好于方案一。就容量而言，方案一的容量大于方案二，但在4G发展初期，方案二的容量已足够。然而，方案一的累计投资达1 162.5亿元，远远大于方案二的705亿元，相差457.5亿元，而且，方案二的800 MHz LTE FDD网络可以充分利旧原有的3G网络站址，依托800 MHz的网络覆盖优势，1.8 GHz LTE FDD网络仅在密集市区、一般市区等高话务区连片覆盖，其建设难度远小于方案一。为了加快进度，方案二完全有能力在两年之内完成3年的建设规模。

上述方案对比纯属虚构，因为目前中国电信3G网络及业务全部运营在800 MHz的2×10 MHz频谱上，在不增加800 MHz频谱资源的前提下，几乎很难腾出2×5 MHz频谱用于LTE FDD网络部署。上述对比仅用来探讨频谱重耕可带来的经济价值，并没有现实意义。

3.4 频谱重耕的价值

尽管上述建设方案的对比十分粗浅，忽略了很多因素，但仍可从方案对比中知悉，采用频谱重耕策略，利用1 GHz以下的频率来建设LTE网络，不仅可以大大节省建设投资，而且可以大大加快建设进度。因此，频谱重耕的价值是巨大的。

2012年以来，为了加快WCDMA网络部署，中国联通也在尝试频谱重耕策略，即在部分中西部人口稀疏地区，腾出部分原有GSM 900 MHz频谱用于WCDMA网络建设，即UMTS900网络，扩大网络覆盖，降低网络建设投资。但鉴于中国联通900 MHz GSM频谱资源仅有2×6 MHz，且GSM用户及业务量尚大，频谱重耕的区域有限，效益也不明显。

目前中国移动也在利用偏远乡村地区相对空闲的GSM 900 MHz频段开展GSM-Hi技术的试点，GSM-Hi空口采用OFDM技术，频谱带宽为2×5MHz，峰值速率可达17 Mbit/s，与3G/4G网络共享EPC，主要用于解决偏远乡村地区移动宽带接入的困难。

美国Verizon移动运营商是全球LTE商用化的最大推动者和领头羊，2010年12月5日正式推出“4G LTE”业务，下行速率为5～12 Mbit/s，2013年底LTE完全覆盖原有3G区域，并在2014年推出VoLTE业务，争取2016年彻底关闭原有CDMA网络，利用其频谱资源部署LTE网络，进一步提升容量。Verizon快速部署LTE的关键原因是采用了700 MHz频 段 的2×10MHz FDD频 谱。2008年 美 国就拍卖了所谓“数字红利”的原模拟广电的700 MHz频段。根据美国FCC的拍卖公告，2008年拍卖700 MHz频谱的平均价格为1.28美元/MHz-pop，而2006年拍卖AWS频谱（2 GHz附近）的平均价格为0.54美元/MHz-pop。可见，不同频段的频谱价值相差很大。

4 频谱重耕的实施策略

如上所述，频谱重耕能带来巨大的经济价值和社会价值，不仅是必要的，而且是可行的。目前我国使用1 GHz以下频谱的2G网络还承载着大量的用户和业务，频谱重耕是一项系统工程，不仅涉及网络，还影响用户、业务和终端等，十分复杂，因此，运营商应统筹规划，分步实施，系统推进，采取多网协同策略、VoLTE策略和终端多模多频策略等逐步推进频谱重耕工作。

4.1 多网协同

鉴于移动网络技术的持续演进，中国移动最早提出了四网协同战略，即GSM、TD-SCDMA、TD-LTE和Wi-Fi。随着2G用户和业务加快向3G/4G网络迁移，为了有效地利用现有GSM频谱资源以及开展国际漫游，未来中国移动必将建设LTE FDD网络。可以预见，我国2G/3G/4G（TDD/FDD）网络以及用户将长期共存，未来是多个不同制式移动网络之间的协同。融合的LTE FDD和TDD正成为移动宽带速率和容量的助推器，统一的标准为LTE的全球经济规模打下坚实基础。多网协同是长期的、动态的，随着时间的推移，不同制式移动网络的用户和业务迁移替换，存在着此消彼长，这必然导致频谱资源在不同制式间的再分配。多网协同应合理引导用户平稳迁移替换，规划好用户和业务在不同网间的配置，做好不同系统网间的互操作和干扰控制，确保网络质量和用户感知不下降。

4.2 部署VoLTE业务

现行移动电话业务是在2G/3G核心网的电路域上实现的电路交换型语音业务，而LTE是纯IP系统，其核心网只有分组域，不提供电路交换型业务能力，因此运营商必须考虑LTE商用化后语音业务的实现方案。如果不提供VoLTE业务，那么LTE上的语音业务还得回落到3G，甚至2G网络上的电路域。部署VoLTE业务，语音业务无须依赖现有的2G/3G网络，不仅可以优化整合频谱资源，逐步启动2G/3G退网和频谱重耕，而且多张网络逐步演进为统一的LTE网络，降低运营商未来的运营成本。开展VoLTE业务，不仅可以无缝继承现有电路域语音业务，同时也为新型语音业务提供了条件，HD voice（高清语音）业务和RCS/Joyn富通信业务等也得以迅速发展。

目前LTE业务发展良好的运营商均陆续推出VoLTE业务，除韩国运营商2012年的VoLTE商用化外，2014年，美国和日本也开始推出VoLTE商用化。中国移动相继发布了《VoLTE白皮书》和《下一代融合通信白皮书》，在2014年商用VoLTE业务，提供RCS（富通信）业务。

4.3 终端多模多频

在LTE时代，纵观全球，不仅频谱分配凌乱杂散，而且技术制式也参差不齐，短期内很难有统一的频段和制式来开展国际漫游。为了开展国际漫游，满足多网协同，有效的解决途径是终端多模多频。例如中国移动在2014年上半年的LTE终端采购中提出了五模十频的要求，其中，五模包括TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、GSM、WCDMA技术制式。支持多个制式和频段的多模多频LTE手机仍然是一个难以解决的问题，只有新一代的28 nm芯片，才能大大提高集成度、降低功耗、降低成本，使LTE手机在性能、功耗和价格上达到目前3G手机的水平，从而满足大规模商用化的要求。2013年随着28 nm的LTE芯片取得突破，逐步解决了多模多频LTE手机规模化量产的技术难题，如高通推出RF360系列，单芯片多模多频。终端多模多频有利于多网协同，但长远而言，随着频谱重耕和网络演进，技术制式逐步聚焦到LTE模式。

5 结束语

移动互联网是当今发展最快、最具创新性、最具影响力的科技领域之一，深刻地改变着社会经济生活的方方面面。无线频谱是发展移动业务不可或缺的关键资源，为了满足移动互联网的发展，不仅需要增加更多的频谱资源，更需要提升现有频谱的效率，充分发挥现有低频段无线频谱的覆盖优势，加快LTE网络部署。

目前全球频谱监管政策中，大多数西方发达国家采用市场化的拍卖方式分配频谱资源，我国还采用行政色彩浓厚的“选美”方式分配频谱资源，频谱资源和技术制式相捆绑。我国现有频谱监管政策在推动移动通信发展、优化电信行业竞争格局、提升国家自主创新等方面无疑发挥了巨大的作用，但随着移动互联网的快速发展和普及，需要“使市场在资源配置中起决定性作用和更好发挥政府作用”，我国的无线频谱监管政策需要变革，一方面应采取更灵活的频谱监管政策，如尝试频谱重耕、市场化配置频谱资源等，另一方面应释放更多的频率资源，如加快释放所谓“数字红利”的700 MHz频率。

诸多行业，如广电、民航、海事等，均需要频谱资源，我国优质的低频段频谱大多已有安排，因此，释放和分配新的频谱资源往往需要复杂冗长的技术和行政程序。为了促进移动互联网的发展，加快推进LTE网络部署和国际漫游，当务之急是加快推动频谱重耕工作的开展。

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