堪比黃金的頻譜

無線頻譜，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的生命之源，也是運(yùn)營商最寶貴的資源。如果把無線網(wǎng)絡(luò)比作信息高速公路的話，無線頻譜就是建造這些公路的土地，稀有而昂貴。

當(dāng)我們拿起手機(jī)上網(wǎng)時(shí)，各種數(shù)據(jù)都必須承載在特定頻率的電磁波上，并通過基站發(fā)送給手機(jī)。電磁波有個(gè)特點(diǎn)，就是怕干擾，因此每個(gè)國家都對(duì)頻譜的使用有著嚴(yán)格的管理，通過拍賣或者分配的方式進(jìn)行授權(quán)，確保一段頻譜只能被一家運(yùn)營商獨(dú)占使用。

在5G之前，最常用于無線通信的頻譜范圍是300-3000MHz這一段，不同頻率的傳播特性也不同。頻段越低，則波長越長，繞射能力強(qiáng)，穿透損耗小；頻段越高，則波長越短，繞射能力弱，穿透損耗大。

由此可見，低頻段更適合于無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋， 因此700MHz或者900MHz等低于1GHz的頻譜經(jīng)常被稱作“黃金頻段”，這些低頻段可用的頻譜通常也就僅有幾十兆帶寬，足見其稀缺程度。

隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，低頻段有限的帶寬無法滿足使用，較高頻段的頻譜帶寬大，意味著能修更寬的公路，從而更快地運(yùn)送數(shù)據(jù)。因此從2G到4G的發(fā)展，就是從低到高，不斷開發(fā)新頻譜的過程。2G從900MHz起家，到了4G，已經(jīng)開發(fā)到了2600MHz。

為了能有足夠的帶寬提供超高下載速率，5G不得不開發(fā)頻率更高的頻段，比如Sub6G主流的3.5GHz，4.9GHz等，甚至把傳播損耗大，連大雨大樹都難以穿透的毫米波（mmWave）也用了起來。

為了在5G時(shí)代占領(lǐng)速率高地，全球各大運(yùn)營商無不在頻譜拍賣中一擲千金。看似豪氣萬丈，其實(shí)也著實(shí)是沒辦法，頻譜雖貴也得咬牙買，不然以后5G業(yè)務(wù)難以發(fā)展，將陷入更大的被動(dòng)。

在去年意大利的5G頻譜拍賣中，跨國通信巨頭沃達(dá)豐共花了24億歐元。其中，3.5GHz上80M帶寬就要近17億歐元，700MHz上的10M帶寬也得近7億歐元。

有了頻譜，相當(dāng)于只是買到了5G的門票，后面的基站采購，工程建設(shè)，以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等也是一個(gè)個(gè)要填的大窟窿，運(yùn)營商想要靠5G賺點(diǎn)錢的初始投入還真是不小。

因此，最大化地利用頻譜，不斷提升頻譜效率，把花大代價(jià)買來的頻譜的價(jià)值壓榨到極致，成為了業(yè)界孜孜不倦的追求。

多模間頻譜重耕的難題

從2G到5G這樣不斷地?cái)U(kuò)張新頻譜的方式，相當(dāng)于不斷新修更寬的路，這種一刀切的簡(jiǎn)單粗暴方式雖說方便快捷，沒有歷史包袱，但同時(shí)也有明顯的不足之處。

隨著頻率的升高，新頻段的覆蓋能力越來越弱，想要達(dá)到連續(xù)覆蓋就需要建更多的站點(diǎn)。如果花大力氣建了一批5G站點(diǎn)，結(jié)果連手機(jī)上5G LOGO的顯示都時(shí)有時(shí)無，運(yùn)營商不滿意，用戶更不滿意。

因此，如何把5G載波部署在已被2G/3G/4G占用的較低頻段上，以此來提升5G的基礎(chǔ)覆蓋，成為了運(yùn)營商亟待解決的問題。

最直接的方案就是頻譜重耕。也就是把原先被2G，3G或者4G占用的較低頻段的頻譜直接切下一塊來改做5G，再和新部署的5G新頻譜進(jìn)行載波聚合，容量和覆蓋兼顧，這樣是否可行呢？

其實(shí)，這樣也是有問題的。

首先，雖說2G和3G用戶已經(jīng)越來越少，價(jià)值也越來越低，但還是會(huì)長期存在，不可能把這些用戶拒之門外。因此2G和3G還必須占用一定的頻譜來提供薄網(wǎng)覆蓋。

再者，4G目前的用戶數(shù)正如日中天。據(jù)知名咨詢公司GlobalData的估計(jì)，目前約有86%的流量承載在4G上，妥妥的是運(yùn)營商的賺錢機(jī)器。

目前用戶已經(jīng)在抱怨4G網(wǎng)絡(luò)擁塞，網(wǎng)速越來越慢了，如果此時(shí)為了還未發(fā)展起來的5G再割走一部分4G頻譜，眼睜睜地看著4G流量損失，無疑是得不償失的。

最后，5G剛開始發(fā)展，用戶數(shù)少，網(wǎng)絡(luò)空閑，但宣傳作用極大。此時(shí)，部署低頻段5G的初衷是提供連續(xù)的覆蓋，但低頻段能支撐的下載速率比較有限，讓5G大量固定占用4G的頻譜是不合適的。

運(yùn)營商面對(duì)2G/3G的頻譜必須得保留，4G作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主力頻譜又緊缺，5G覆蓋還在嗷嗷待哺的膠著局面，巧婦難為無米之炊，這可咋辦？

劃時(shí)代的創(chuàng)新：動(dòng)態(tài)頻譜共享

其實(shí)，各大通信設(shè)備商巨頭在4G時(shí)代就已經(jīng)在積極探索各種制式的無線接入網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜共享技術(shù)，并取得了豐碩的成果。

華為的Cloud Air以及中興的Magic Radio Pro方案都是其中的翹楚，能把有限的頻譜集中管理，智能調(diào)度，在2G，3G，4G，以及NB-IoT等不同技術(shù)之間動(dòng)態(tài)共享，真正做到物盡其用。

如下圖所示，這些不同制式間的動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)，在提供性能良好的2/3G打底網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，每時(shí)每刻都把盡可能多的頻譜用在效率更高的4G上。

在2G，3G，以及NB-IoT這些制式中，占用帶寬最大，最有潛力壓縮帶寬，并給4G甚至5G共享頻譜的就是3G了。

雖然標(biāo)準(zhǔn)的3G載波需要5M帶寬，但實(shí)際上，在話務(wù)量較少，可以適當(dāng)忍受速率損失的場(chǎng)景，將其壓縮到3.8M乃至2.6M也都是能工作的。這樣一來，3G占用的頻譜就可以按需伸縮，動(dòng)態(tài)和4G共享。

也就是說，從3G載波中可以再壓榨出1.2M到2.4M的帶寬用于4G。這些帶寬看起來不多，但把這些資源用于4G的頻譜效率是高于3G的，在頻譜尤為稀缺的低頻上能帶來不少增益。

到了5G時(shí)代，協(xié)議定義了動(dòng)態(tài)頻譜共享（DSS，Dynamic Spectrum Sharing）技術(shù)，可以讓4G和5G可以毫秒級(jí)實(shí)時(shí)共享同一段頻譜，4G需求多了就給4G多分一些，5G流量上來了就給5G多分一些，完全按需調(diào)度，杜絕頻譜閑置。

然而標(biāo)準(zhǔn)的DSS只考慮了4G和5G之間的頻譜共享。但實(shí)際上，較低頻段上除了4G之外，一般還存在2G或者3G，這就需要對(duì)這個(gè)技術(shù)進(jìn)行增強(qiáng)，從4G/5G雙模擴(kuò)展到多模，使其可以在3G，4G和5G之間動(dòng)態(tài)共享頻譜。

為應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)DSS技術(shù)的不足，中興率先在Magic Radio Pro方案包的基礎(chǔ)之上做了增強(qiáng)和創(chuàng)新，把成熟的2G/3G/4G頻譜共享技術(shù)和4G/5G DSS技術(shù)結(jié)合，提出了SuperDSS方案，尤其是在2100MHz上進(jìn)行3G/4G/5G這三個(gè)制式之間的動(dòng)態(tài)頻譜共享，各制式按需占用資源，可解決既需要保留2/3G用戶基本業(yè)務(wù)，又需要最大化5G體驗(yàn)的痛點(diǎn)。

接著，華為也宣布擴(kuò)展了原先的CloudAir方案包，引入了含5G在內(nèi)的三模共存場(chǎng)景，支持三種制式的動(dòng)態(tài)共享。

以20M帶寬為例，如果使用傳統(tǒng)的DSS，只能配置4G和5G動(dòng)態(tài)共享15M帶寬，另外的5M留給3G靜態(tài)使用；而使用了SuperDSS之后，3G，4G和5G可以在整個(gè)20M帶寬范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)共享頻譜，從而提升頻譜利用率。

近日，河南聯(lián)通已在安陽市率先完成全球首個(gè)SuperDSS方案的商用驗(yàn)證，通過在2100MHz頻譜上進(jìn)行3G/4G/5G三模實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)共享，在優(yōu)先保障5G用戶體驗(yàn)的同時(shí)兼顧3G和4G用戶，相比頻譜靜態(tài)分配，總的數(shù)據(jù)吞吐量提升了35%。

為什么Super DSS能快速取得如此高的增益？其智能頻譜共享算法，RRU濾波器優(yōu)化，以及抗干擾算法等技術(shù)都已得到了市場(chǎng)的考驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上把技術(shù)推向5G應(yīng)用也是順理成章的。

在5G時(shí)代，高速率，大連接，高可靠等多個(gè)特性促使了人工智能（AI，Artificial Intelligence）的繁榮，5G+AI大勢(shì)所趨，使用AI的方式來進(jìn)行智能化的頻譜共享，更是時(shí)代的趨勢(shì)。

無線頻譜，這一稀缺的寶貴資源，正是在業(yè)界共同創(chuàng)新之下，從簡(jiǎn)單粗暴的靜態(tài)分配，到多模之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)共享，使得頻譜效率不斷提升，有限的資源發(fā)揮出更大的價(jià)值。