移动通信频谱技术与5G频率部署

本书结合5G频谱需求与应用，全面、系统地介绍了移动通信的频谱知识与技术，让读者对无线电频谱的标准、政策、规划、技术、应用和重耕等方面的认识有所收获。

无线电频谱是所有无线电业务的稀缺、关键资源。对移动运营商而言，频谱资源是网络建设和竞争的基础，也是开展移动通信频率规划、重耕和演进的前提。本书重点介绍移动通信频谱技术与应用，主要内容包括：IMT频谱标准化组织介绍，无线通信系统频率特性与干扰分析，IMT频率划分、规划、分配、拍卖，系统间干扰的主要解决方案探讨，IMT频率重耕，5G频率及部署探讨，频谱共享，边境（界）频率协调，政策监管等。

本书不仅适合移动通信频谱研究、网络规划和建设等通信从业人员阅读，还适合高等院校电子通信专业的师生阅读和参考。

马红兵，中国联合网络通信集团有限公司运行维护部总经理、教授级高级工程师。兼任国家第六代移动通信技术研发总体专家组成员，中国IMT-2020 (5G)总体推进组成员，工业与信息化部通信科技委移动与无线及卫星通信专家咨询组成员，工业和信息化部通信科技委员会无线电频率规划专家咨询组成员等。2005年获国务院特殊津贴；获国家科技进步二等奖1项，省部级科学技术奖5项，发表多篇学术论文，获得多项授权发明专利。

冯毅，中国联合网络通信有限公司5G创新中心主任，网络技术研究院无线技术研究部主任，教授级高级工程师。长期从事移动通信网络规划、研发等工作，曾先后主持、参加了工信部和中国联通3G、4G、5G移动通信系统关键技术和应用方向的多项研究课题，所主持、负责的项目成果获得国家级奖项11个、省部级奖项37个。

聂昌，中国铁塔股份有限公司通信技术研究院技术总监，高级工程师，中国通信学会电磁兼容委员会委员，工业互联网产业联盟频谱组副主席，曾担任全球移动通信协会（GSMA）未来频谱组副主席、主席，长期工作在移动通信频谱相关领域，数次获得中国通信学会和中国联通科技进步奖，向国际电联无线电通信部门（ITU-R）、全球移动通信协会（GSMA）、亚洲-太平洋电信组织（APT）等提交研究文稿数十篇，发表学术论文数十篇，获得授权发明专利十余项。

周瑶，中国联通网络技术研究院无线技术研究部无线四室副主任，高级工程师, 中国通信标准化协会无线通信委员会频谱组副主席。主要从事于频率战略、频率规划及申请等研究。数次获得中国通信学会和中国联通科技进步奖，撰写提交ITU国际会议文稿数十篇，牵头完成国内行标8项，在国家一级及IEEE刊物上发表专业学术论文10余篇。

王伟，中国联通网络技术研究院无线技术研究部，高级工程师，中国联通射频，干扰，无线组网方案专家，3GPP RAN4 代表。多年负责中国联通无线设备射频技术规范和干扰解决方案的制定。近年来一直致力于5G组网方案，设备选型等研究。

裴郁杉，中国联通网络技术研究院无线技术研究部，高级工程师。主要从事移动通信网络关键技术及网络演进、空天地一体化研究等工作，ITU-R WP5A/5C以及APT/AWG参会代表，在移动通信网络领域，先后参与多项ITU-R国际标准、国家标准及行业标准的编写制定。

刘磊，中国联合网络通信有限公司5G创新中心，高级工程师，长期从事边境频率协调等频率相关研究和国际参会工作。

张雨驰，中国联合网络通信有限公司5G创新中心，工程师，主要从事于频率战略、监管政策、5G智慧教育解决方案等研究。

目 录

第1章 IMT频谱标准化组织介绍 1
1.1 ITU-R 2
1.1.1 WRC 2
1.1.2 各研究组说明 4
1.1.3 其他非常设工作组 6
1.2 区域性标准化组织 6
1.2.1 CEPT 6
1.2.2 APT 9
1.2.3 CITEL 10
1.2.4 ATU 10
1.2.5 ASMG 10
1.2.6 RCC 11
1.3 国际行业标准化组织 12
1.3.1 GSMA 12
1.3.2 3GPP 12
1.4 国内频谱标准化组织 13
1.4.1 CCSA 13
1.4.2 IMT-2020（5G）推进组频谱工作组 16
1.4.3 垂直行业频谱标准化 16
1.5 小结 17
参考文献 18
第2章 无线通信系统频率特性与干扰分析 19
2.1 无线电频率的特性 19
2.2 频率干扰的原理及类型 21
2.3 受干扰系统干扰保护准则 23
2.3.1 相关概念 23
2.3.2 干扰保护准则分类 24
2.4 无线通信系统间干扰的研究 26
2.4.1 确定性计算 27
2.4.2 系统仿真 30
2.4.3 实际测量 39
2.4.4 结果呈现 40
2.5 小结 40
参考文献 40
第3章 IMT频率划分 42
3.1 概述 43
3.2 频谱需求预测 44
3.2.1 IMT系统频谱需求测算通用方法 44
3.2.2 频谱需求预测结果关键因素分析 45
3.2.3 常用频谱需求预测方法 48
3.2.4 5G频谱需求预测方法 54
3.3 候选频段推荐研究 55
3.3.1 关键因素分析 55
3.3.2 应用举例 57
3.4 兼容性共存分析研究 57
3.4.1 共存分析研究通用方法 58
3.4.2 共存分析研究关键因素 58
3.5 《无线电规则》中IMT已标识频段 62
3.6 面向5G的高频段 64
3.6.1 WRC-19 1.13议题 64
3.6.2 国内重点研究考虑频段 66
3.7 小结 69
参考文献 70
第4章 IMT频率规划 71
4.1 ITU频率规划 71
4.1.1 主要原则 72
4.1.2 需要考虑的技术问题 72
4.1.3 ITU频率规划现状 74
4.1.4 正在开展研究的频段 77
4.2 国内频率规划 79
4.2.1 规划原则 79
4.2.2 规划方式 80
4.2.3 国内频率规划现状 82
4.2.4 未规划候选频段 85
4.3 小结 87
参考文献 87
第5章 IMT频率分配 89
5.1 频率指配 89
5.2 频谱拍卖 90
5.3 频率招标/评选 92
5.4 频率重分配 93
5.5 国内IMT频率分配现状 94
5.6 小结 96
参考文献 96
第6章 IMT频谱拍卖 97
6.1 IMT频谱拍卖的发展 97
6.2 全球主要国家无线电频谱拍卖典型案例 98
6.2.1 美国无线电频谱拍卖 98
6.2.2 英国4G频谱拍卖 99
6.2.3 法国频谱拍卖 99
6.2.4 德国频谱拍卖 100
6.2.5 澳大利亚频谱拍卖 101
6.3 频谱拍卖中的现象与规律 103
6.3.1 第二价格 103
6.3.2 竞拍标段上限 103
6.3.3 保留价格 104
6.3.4 价格与网络和业务发展 106
6.3.5 授权年限 107
6.3.6 赢者诅咒 107
6.4 频谱拍卖价格的评估分析 108
6.4.1 低端频谱拍卖分析 109
6.4.2 中端频谱拍卖价格分析 110
6.4.3 影响频谱拍卖价格的因素 113
6.5 小结 114
参考文献 115
第7章 系统间干扰的主要解决方案探讨 117
7.1 保护要求 117
7.2 工程隔离 118
7.2.1 功率调整 118
7.2.2 外置滤波器 119
7.2.3 天线技术 119
7.2.4 屏蔽技术 126
7.2.5 系统配置 127
7.3 2 GHz附近IMT FDD与TDD干扰解决方案案例 128
7.3.1 背景 128
7.3.2 保护要求 129
7.3.3 对已有系统的干扰问题 129
7.3.4 干扰解决方案 130
7.4 小结 131
参考文献 132
第8章 IMT频率重耕 133
8.1 国内移动业务发展概况 133
8.2 频率重耕主要类型 135
8.3 频率重耕主要步骤 136
8.4 频率重耕关键技术 136
8.4.1 频谱资源分配 137
8.4.2 干扰共存评估 137
8.4.3 缓冲区的设置 138
8.4.4 非标带宽部署 138
8.4.5 动态频谱共享 140
8.4.6 GSM AMR半速率 140
8.5 频率重耕案例 143
8.5.1 2G/3G网络频谱现状 143
8.5.2 业务发展现状 143
8.5.3 终端发展情况 145
8.5.4 重耕策略分析 145
8.5.5 2G/3G网络减容减频流程 147
8.5.6 创新技术方案 150
8.6 小结 154
参考文献 154
第9章 5G频率及部署探讨 156
9.1 全球5G频率规划与进展 156
9.2 5G频率规划及部署关键因素分析 159
9.2.1 5G初期主要业务及定位探讨 159
9.2.2 降低每比特成本关键因素分析 163
9.2.3 3GPP 5G NR频率标准化情况 169
9.2.4 存量频率重耕 171
9.3 5G频率部署策略及案例探讨 172
9.4 小结 174
参考文献 174
第10章 频谱共享 176
10.1 概述 176
10.2 认知无线电 177
10.3 授权共享接入（LSA） 180
10.4 授权频谱辅助接入（LAA） 183
10.5 小结 187
参考文献 187
第11章 边境（界）频率协调 188
11.1 边境（界）频率协调的必要性 188
11.2 边境（界）频率协调原则 189
11.3 案例分析 192
11.3.1 协调案例1 192
11.3.2 协调案例2 192
11.4 小结 193
参考文献 193
第12章 政策监管 194
12.1 非对称监管的意义 194
12.1.1 非对称监管的定义 194
12.1.2 非对称监管的必要性 194
12.2 非对称监管的国际案例 195
12.2.1 美国电信非对称监管 195
12.2.2 欧盟电信非对称监管 197
12.2.3 韩国电信非对称监管 197
12.3 当前国内电信市场竞争和发展现状 198
12.4 关于国内非对称监管的探讨 198
12.5 小结 201
参考文献 201
缩略语 203

序（中国工程院院士 刘韵洁）

人类生活在一个不断变化的世界中，人类社会适应世界、认知世界和改造世界的步伐从未停止，从采集野果到作物种植标志着人类进入农耕文明时代，从手工作坊到蒸汽机大生产标志着人类进入工业文明时代，从电报通信到手机上网标志着人类进入移动互联时代。随着5G时代的到来和人工智能（AI）技术的逐步成熟，我们正加速进入以移动通信技术、云计算、大数据、物联网和人工智能技术为基础的万物智联时代！
30多年来，移动通信深刻地改变了人们的生活，从最初满足任何时间、任何位置、任何人拨电话、收短信需求到现在的用微信、逛网站、发邮件、打游戏、网约车、看4K视频等，可以说发生了天翻地覆的变化。移动通信技术是实现这一变化的基础，而支持这一基础的是电磁场理论，只不过从1G到5G的升级换代除上网速率更快、业务更丰富之外，无不伴随着更大的频率带宽、更高的频谱效率、更低的空口时延。这些技术的进步源自大量科学家对频率、信道、编码更加高效的规划、研发与创新，源自对性能的极致追求，各个国家的无线电管理机构在进行5G频率规划和分配时，都尽可能给各运营商规划出6 GHz以下100 MHz连续带宽，以及毫米波频段400～800 MHz连续带宽，以支持更优异的网络性能和预留可持续发展的空间。客观地讲，没有充足的无线电频谱资源的支持，再好的移动通信技术也会变成无本之木，再有潜力的移动业务也是水中花镜中月，“看不见摸不着”的无线电频谱已经成为关系国计民生乃至国家竞争力的重要战略资源。由于无线电频谱具有稀缺性的特点，研究、优化、提升频谱效率十分关键，加强频谱管理、降低无线电频率干扰十分重要。
2019年，全球范围内5G商业化进程全面加快，由于5G具有大带宽、低时延、大连接三大特征，特别是从2G/3G/4G时以2C业务为主，转变为5G时代2C与2B并重，2B业务的巨大差异性将对频率规划、频率配置、频率共存、技术制式选择，甚至核心网提出更为严峻的挑战。同时，5G网络潜在的高投资及高运营成本也将影响运营商5G频段的选择和网络部署策略。
本书围绕上述问题，由外及内，由浅入深，进行了系统的阐述。
本书作者长期从事频率规划、标准制定、网络建设、维护优化等工作，拥有系统的无线电频谱研究基础和丰富的实践经验，作者全面分享了他们多年来在频率划分、规划、分配、干扰、保护、重耕、共享、协调等方面的研究成果、成功经验和典型案例，具有很强的借鉴意义和推广价值。通过本书，相信一定会为从事频谱管理、标准研究、网络运营的人员及广大读者带来莫大的帮助！ 

中国工程院院士      刘韵洁
2020年1月     

 前    言
无线电频谱是所有无线电业务（如广播业务、卫星业务、科学业务、地面业务等）的稀缺、关键资源。对移动运营商而言，频谱资源是网络建设和竞争的基础，移动通信频率规划、重耕和演进是运营商移动网络规划和发展的重要参考。
从整体上看，移动通信频谱相关的研究和标准化工作主要分为三个层面。一是国际电信联盟（主要是ITU-R及各区域性标准化组织）及3GPP层面。国际电信联盟层面主要是在世界无线电通信大会（World Radiocommunication Conference，WRC）议题框架下，谋划未来在全球、区域或国家层面能够新增移动通信频率划分，以及在已有的移动通信频率划分中，开展各个频段的移动通信频率划分方案研究，其中频谱需求预测、系统间干扰共存等是研究的核心。在3GPP层面，主要根据各运营商实际分配或将要分配的移动通信频谱，研究、制定相关的系统标准及射频指标要求。二是国内无线电管理机构及频谱相关的标准化层面，主要涉及CCSA、IMT推进组频谱工作组、垂直行业频谱研究组等。其核心内容是开展IMT频谱需求预测，国内各个重点频段的频率规划及系统间干扰共存研究，垂直行业的用频及共存研究、国内IMT系统的带内及带外射频指标要求，以及与相邻国家的无线电管理机构开展边境（界）频率协调等。三是运营商层面。一方面，对外需要积极参与国际电信联盟、3GPP和国内无线电管理机构层面的各个研究，在全球及国内与产业链共同争取新增移动通信频谱资源以及推动更好的频率规划方案；另一方面，需要根据各运营商自身移动网络的各个频段的使用情况、业务发展情况开展相关频谱技术和应用研究，提出相应的频率重耕、频段定位及规划演进的建议。当然，国内新的IMT频谱和政策申请，不仅是各运营商频谱研究的重要和核心工作之一，而且是相互竞争最为激烈的领域。一个好的频谱及政策申请方案，除了解最新的政策监管动态外，还需要平时对上述各个层面进行研究积累，以及对全球各主要热点事件的研究和掌握。
本书主要围绕上述三个层面的研究进行分析和梳理，由外及内，由浅入深。第1章至第4章围绕国际、国内主要的标准化组织及新增IMT频率划分、无线通信系统间的干扰分析及IMT频率规划展开，使读者对整个标准化工作、系统间干扰及频率规划等的核心研究内容、主要原则、研究方法、工作方式，以及当前最新的进展有一个全面的了解。第5章至第6章主要对IMT频谱分配、拍卖的主要方式和方法、全球的典型频谱拍卖案例及背后的规律，基于全球部分中端、低端频谱的拍卖价格和方法等进行了分析和介绍。第7章至第8章主要对干扰共存的解决方案、IMT频率重耕的需求及关键技术与重耕策略，结合案例进行了深入分析和介绍。第9章探讨了5G的频率规划和部署策略，这也是近期产业界关注的热点内容。第10章介绍了频谱共享的理念和两种共享模式。第11章介绍边境（界）频率协调的必要性、主要原则和边境频率协调的案例。第12章从宏观的角度探讨了政策监管的必要性和迫切性。
本书是作者近十年来负责和承担频率规划、申请、重耕及相关研究、相关项目和标准化工作的阶段性总结，也是从事频谱和政策研究团队集体智慧的结晶，希望能给当前以及后续从事移动通信频谱研究的人士提供参考。其中，马红兵负责全书的组织编写和讨论，并对全书进行了统稿。聂昌负责本书的第1章、第8章、第9章和第12章部分章节的编写，并协助马红兵对全书进行了统稿；周瑶负责第2章、第3章、第4章的编写；裴郁杉负责第1章部分章节、第5章和第6章的编写；王伟负责第7章、第8章部分章节和第10章的编写；刘磊负责第11章的编写；张雨驰负责第12章部分章节的编写。在编写过程中，作者参考了大量的文献资料，在此对文献作者表示诚挚的感谢。
感谢刘韵洁院士对本书出版的大力支持，并欣然作序。在本书的编写过程中，我们还得到了中国联通集团网络发展部总经理傅强、网络发展部经理邱涛、技术部经理王靖宇的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。
限于作者的水平和能力，书中可能有不足与谬误之处，恳请读者提出宝贵意见和建议。

作  者   
2020年1月