为确保TD-LTE的发展应尽快补充划分并合理应用频谱

——发展TD-LTE产业的战略之一

8月8日国务院发布《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》，明确要求统筹推进移动通信发展。扩大第三代移动通信（3G）网络覆盖，优化网络结构，提升网络质量。根据企业申请情况和具备条件，推动于2013年内发放第四代移动通信（4G）牌照。加快推进我国主导的新一代移动通信技术时分双工模式移动通信长期演进技术（TD-LTE）网络建设和产业化发展。

10月8日发改委下发《关于组织实施2013年移动互联网及第四代移动通信（TD-LTE）产业化专项的通知》，为推进TD-LTE技术在重点领域的创新示范应用，带动TD-LTE产业快速发展，专项支持移动智能终端、可穿戴设备以及TD-LTE的行业创新应用示范等八个重点。

这两项文件的发布意味着4G商用即将开始，被市场看作是政府加快推动TD-LTE发展的积极信号，对我国自主知识产权的TD-LTE产业链肯定是很大的支持，对整个TD-LTE产业链来说是一大利好。

现在距离2013年底不过两个月多一点，年内总归要发放4G牌照，当此关键时刻，业界应该深入探讨如何加快推进TD-LTE网络建设和产业化发展的战略。为此必须深入分析TD在频谱利用率和竞争力的优势与频谱资源分配的劣势，以便在国家发放牌照时做出科学的决策。

1 TD频谱利用率和竞争力的优势

4G摆在我们面前的就只有TD-LTE与LTE-FDD两种标准可供选择。这是一个十分关键的战略抉择，选择得当，将有助于国家的良性发展；而选择失误，则可能会使国家的后续发展陷入困境。因此，首先要对TD-LTE与LTE-FDD作客观的全面的科学分析：LTE-FDD和TD-LTE二者在高层和网络侧是基本一致的，其差别主要在底层上。也就在射频的双工模式上，在相同OFDM、MIMO等基础技术的支持下需要针对不同的双工模式做优劣的分析。

1.1 技术上只需单频段且频谱效率高

频分双工（FDD），就像高速公路一样，有上行的路也有下行路，必须相距规定间隔的两个频段。

时分双工（TDD），只要一个频段，按需分配上行或下行的时间。它利用了语音通信的特点，当一方讲话时对方都是在听的，因此只用一个下行的路，上行的路是空闲的；还有互联网的特点，从网上下载的远远多于发给网上的，因此也是下行路忙，上行路闲；所以TD有它节约频谱的天然优势。由此，给技术上带来一系列特点：

（1）在带宽需求日益增加而频谱供应日益紧张的情况下，TDD方式的频谱效率较高；

（2）利用信道对称性易于实现智能天线、MIMO等新技术来改进系统性能；

（3）可灵活地支持非对称业务，更适应移动互联网的需求。

要实现这一点，TD-LTE需要按照3:1进行时隙配置，因为如果TD-LTE按照2:2时隙配比，单载波最大峰值速率为80Mbps，与LTE-FDD系统150Mbps的峰值速率存在较大差距，也与普通消费者理解的4G网络峰值速率达到100Mbps以上存在差距，不利于面向终端消费者的品牌宣传。如果TD-LTE按照3:1时隙配比，单载波最大峰值速率达到110Mbps，再结合载波聚合技术后，可达到220Mbps峰值速率，在同样40M带宽情况下，相对于FDD系统的150Mbps存在较大的比较优势，有助于更好的提升终端消费者对TDD系统的品牌认可。而且3:1配置上下行平均带宽能力比例与4G移动互联网业务的上下非对称业务需求更吻合，频谱使用效率更高。

中国移动大规模技术实验测试结果也表明，TD-LTE在3:1持续配比的情况下，小区吞吐量下行与上行比例可以达到5:1左右，与实际网络统计的移动互联网下行、上行比例相当，而FDD这一比例约为1.5:1。相比FDD技术，TDD技术更适用于语音与移动互联网的非对称性业务。

因此，TD-LTE确实优势显著。如果推行，当可以充分发挥我国自主技术的优势，顺应移动网与互联网结合的技术发展潮流，建设全球最为先进高效的移动互联网。

1.2 资源上单频段比双频段容易获得且价格便宜

欧美国家的牌照发放是与频谱拍卖紧密联系在一起的，搞哪种移动通信标准就拍卖与其相适应的频谱，频谱使用上，做法普遍是在多家运营商间展开拍卖，出资最多者赢得相应的频谱资源。

欧盟20多个国家在2G时代统一发GSM牌照，频谱在900MHz、1800MHz频段，每个发收载波带宽各是200kHz，彼此相隔45MHz，因此每个运营商都得在规定频段内按自己的经济实力拍买到2小段相隔45MHz的频谱。

在3G时代欧盟统一发WCDMA牌照，频谱在900、1800MHz频段，每个发收载波带宽各是5MHz，彼此相隔90MHz，因此每个运营商都得在规定频段内按自己的购买经济实力拍买到2小段相隔90MHz的频谱。

在4G时代，统一发LTE-FDD牌照，频谱在2000MHz频段，每个发收载波带宽各是20MHz，彼此相隔190MHz，因此每个运营商都得在规定频段内按自己的购买经济实力拍买到2小段相隔190MHz的频谱。发放牌照时，除了拍卖频谱获得巨额的频率使用费外，为了充分发挥宝贵频谱资源效益，还明确了必须在多长时间达到多大规模，以避免资源浪费。由于FDD必须2段相隔规定频率的等量频段，就像建双子楼的房地产商那样必须购置2块相隔规定距离的等面积地块一样，这样的条件就很难满足，而且越来越难找到符合条件的地块。

而TDD只要拍卖任意一段频率就行了，就像建独立楼的房地产商那样只要购置1块任意面积地块一样，这样的条件就很易满足，因此按市场规律物以稀为贵，FDD频谱拍卖就比只要任意单频段的TDD贵多了。

　　对称的FDD就像城市双行道，不对称更高效的TDD像单行道。城市发展初期，双行道流行；土地资源紧缺时，单行道成为必需。可以说，频谱资源的稀缺就给TD-LTE等高效频谱利用技术带来了更广阔的发展空间。

2 TD频谱资源分配的劣势

2.1 中国的3G/4G频率规划

我国依据ITU IMT-2000相关的频率规划，按照无线电频率划分规定，结合无线电频谱的实际使用情况，对我国第三代公众移动通信系统进行了频率规划，于2002年10月23日发布了《关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知》（信部无[2002]479号）。

现将我国第三代公众移动通信系统的工作频段与国际电联的相关规定进行对比。

　　（1）主要工作频段与补充工作频段

（2）已划给公众移动通信系统的频段

我国现已规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段，上、下行频率使用方式不变（详见表3）。

已分配给中国移动、中国联合、中国电信的频段可按照批准文件继续用于GSM或CDMA公众移动通信系统，若要改变为第三代公众移动通信系统体制，须另行报批。

总计我国划分给3G的频带为505MHz。其中，FDD双工带宽共计175MHz×2=350MHz。占所有3G频带的69.3%；TDD带宽共计155MHz，占所有3G频带的30.7%。

2.2 TD-SCDMSA与TD-LTE在频谱分配上存在的问题

（1）TDD方式频谱资源匮乏

WRC-07之后，ITU累计为移动通信划分了约1200MHz的频谱资源，从频谱规划和全球3G运营情况来看，3G频谱的国际规划以FDD为主，TDD定位于FDD的补充，频谱规划明显较少。我国亦然，如上所述，划分给3G的频带其中FDD占69.3%；TDD仅占30.7%。频谱资源是无线通信系统的基础性战略资源，充足的频谱资源是移动通信网络业务发展的保证。

针对这一情况，为了加强TDD的频谱资源，2012年我国划分了D频段2 500-2 690Hz共190MHz带宽，这样合计增加到345MHz，基本与FDD持平。

（2）TDD方式缺乏低端频谱

我国FDD方式除1 800MHz、2 000MHz高端频谱之外，还有800MHz、900MHz低端频谱；目前传播特性较好的低端P频段（<1GHz）基本上都分配给了FDD系统。由于电波传播特性好的低端优质频率可以大大减少建网成本，提升技术与产业竞争力。因此，对于FDD系统而言，有足够的低端频率可以解决农村和偏远地区的低密度覆盖问题。以在1 900MHz、2 600MHz和700MHz三个频段的路径损耗来规划设计某一密集城区为例，采用700MHz频段所用的站点仅仅是1900MHz的24%、2600MHz的12%。采用700MHz频段所用的投资仅仅是1900MHz的22%、2600 MHz的10%。

而TDD方式只有1 900MHz、2 000MHz、2 400MHz这些高端频谱，对于起步较晚，发展相对滞后的TDD系统来说，目前尚没有任何低端频段可用。如果用现有的1 900MHz、2 600MHz频段来解决低密度农村和偏远地区的覆盖问题，将大大增加网络部署成本，限制单站覆盖能力的提升，使广域覆盖的建网成本居高不下。这对于TD-SCDMA及后续TD-LTE建设覆盖全国大网、降低落后地区移动通信的网络成本，是一个严重阻碍。

3 牌照发放的关键是频谱增加分配与合理应用

我国牌照发放是与频谱分配紧密联系在一起的，搞哪种移动通信标准就分配与其相适应的频谱。与国外的做法不同，我国的频谱资源是统一划分，因此不存在购买牌照费用一说，运营商在使用频谱资源时，只需缴纳少量使用费。如果运营商的业务发展迅速，还可申请到更多的频谱资源，目前也并不是一次发放到位，而是根据实际需要分批发放。2009年1月7日，国家决定同时发放三张3G牌照，涵盖了国际电联2000年推荐的三种技术体系，这在全球是独一无二的。中国移动运营TD-SCDMA，中国联通运营WCDMA，中国电信运营CDMA2000，各自免费获得与标准匹配的不同频谱。在年内4G牌照发放的关键是TD-LTE频谱增加分配与合理应用。

信息通信技术（ICT）的快速进步，使社会对于无线电频谱的需求更加旺盛。缩小数字鸿沟是发展中国家和发达国家的共同要求，将经全球协调的无线电频谱用于国际移动通信（IMT），是在世界范围内发展IMT系统的重要一步，是ICT行业未来发展标志性的里程碑。

3.1 WRC-07大会确定的IMT频谱

2007年世界无线电通信大会（WRC-07）对未来无线通信所需的无线电频谱进行了深入探讨，为国际移动通信（IMT）3G/后3G在全球采用宽带移动技术确定了下列频谱：

（1）450～470MHz频段，带宽20MHz；

（2）2区和3区九个国家的698MHz～862MHz频段，带宽164MHz；

（3）1区和3区的790MHz～862MHz频段，带宽72MHz；

（4）2.3GHz～2.4GHz频段，带宽100MHz，中国已经划分为TDD；

（5）3.4GHz～3.6GHz频段（未进行全球划分，但得到许多国家认可），带宽200MHz。

在ITU研究组建议的7个候选频段中，由于2.3GHz～2.4GHz频段关系到我国TD产业未来在全球的应用和发展，也关系到其他国家在此频段的划分和应用，因此这一频段成为各国无线电管理部门关注的焦点。经过中国代表团的积极争取，在其他候选频段尚处于僵持阶段的情况下，我国主持的2.3～2.4GHz起草组修改的决议在第一天的全体大会上即得到通过，是第一个经大会审议达成一致意见的IMT频段，使中国TD国际化的频段障碍得以扫清，这为TD走向世界创造了良好的资源条件。

3.2 如何解决TDD方式频谱问题

在频谱利用方面，由于TDD不需要双工间隔，因此可以将其全部频段都用于传输业务，频谱利用率达到100%。而对于FDD来说，由于收发同时进行，必须要采用双工间隔来避免发射机对接收机的干扰，这无疑会对频谱使用造成一定的浪费。面对有限的频谱资源，频谱利用率一直是空中传输技术发展的一个重要指标。如何使频谱资源发挥更大的效用，成为移动通信学术界、产业界共同关注的课题，而这也是TDD的产业优势日益凸显的重要原因。近年来，在中国政府和中国移动等企业推动下，TD-LTE在技术上与LTE-FDD方式差距不断缩小，全球频率划分中频段多寡及其优劣也逐渐上升成为TD及TD-LTE产业发展的主要影响因素。因此前瞻性的科学频率划分方案将是动员国际产业各界投入资源共同开展相关研发、产业化和运营应用的鲜明旗帜，对TD及TD-LTE的国际化进程将起到非常有效的推动作用。

中国已将TD作为4G的基石，在新一代宽带无线移动通信网重大科技专项的实施过程中，将人力和资金投入的重点集中在TD-LTE上。给TD创造了一个面向未来的发展机会，这不但有利于现阶段TD的健康发展，也能促进TD未来的长期演进。

由于频谱规划将影响到未来相当长的一段时间内移动通信产业的发展。对于TD及TD-LTE来说，推动TDD获取低频段一方面是提高TD及TD-LTE网络能力的需要；而另一方面则是推动TD及TD-LTE产业发展壮大、加快国际化进程的需要。特别是国际电联已经接纳中国TD-LTE advanced提案作为4G方案的有利情况下，更应尽快研究解决TDD方式缺乏低端频谱这个问题，才能符合国家以TD做为4G基石的自主创新国策，为此，建议：

（1）将450～470MHz频段（带宽20MHz）全部划分为TDD频段

从国际上来看，CDMA450阵营（包括阿朗、华为、高通、北电、CDMA450协会以及北欧部分应用CDMA450的国家）大力推动450MHz～470MHz频段用于CDMA450；爱立信则推动该频段用于未来FDD通信系统，并得到了其所在国瑞典的支持。我国曾经在西藏、云南等偏远省份建网，但只有西藏是经国家主管部门批准的，其他都是非法的。

在我国，该频段主要用于专业对讲机，工业和信息化部国家无线电管理局曾在2002年10月下发"信无函[2002]127号"文件，明令各地暂停指配450MHz～470MHz频段的频率，暂停审批新设台站。最近几年已进行清理，并引导该频段对讲机向915MHz～917MHz频段的无中心对讲机发展。

450～470MHz频段用于FDD规划时，占用453.5MHz～457.1MHz/463.5MHz～467.1MHz频段（带宽7.2MHz）。FDD需要成对频谱，且配置固定，因此它受10MHz双工间隔限制；且CDMA450除西藏之外均为非法使用，不应迁就姑息。（未来TD450西藏网规划时，避开CDMA450频段就可以兼容。）建议将20MHz带宽全部划分为TDD频段。如果使用450MHz～470MHz频段，则可以大大节约成本。因此，450MHz～470MHz频段的专业对讲机必须在2014年以前全部清频、停用，或改频，或转移到915MHz～917MHz频段的无中心对讲机。其中铁路无线电频率只占用457.550MHz～458.000MHz频段（带宽0.45MHz），467.450MHz～468.050MHz频段（带宽0.6MHz），只要未来TD450农村网规划时，沿铁路线避开这些铁路频段就可以兼容。至于森林防火，本来其超短波通信频率的使用就比较混乱，不经审批随意设置频点，相互干扰现象十分普遍，正应借此机会根据森林特点另行分配适合频段。

同时，要尽快开发450MHz～470MHz频段的TD网络设备与终端，这样届时才能顺利衔接。

（2）将2区和3区九个国家的698～862MHz频段（带宽164MHz）划分为TDD频段

我国电视频段包括：Ⅰ频段48.5MHz～92MHz，分为第1～5频道；Ⅲ频段167MHz～233MHz，分为第6～12频道；Ⅳ频段470MHz～566MHz，分为第13～24频道；Ⅴ频段606MHz～958MHz，分为25～68频道。每个电视频道占用8MHz的频率。由于数字技术的进步，在每个模拟电视频道的8MHz带宽内可提供8个以上数字电视频道，频谱效率大大提高。因此ITU决定，可从2区和3区九个国家的698MHz～862MHz频段（带宽164MHz）、1区和3区的790MHz～862MHz频段（带宽72 MHz）中节约出来电视频段用于3G或4G。

我国属于3区，鉴于TDD方式的频谱资源比较匮乏，而且缺乏低端频谱，因此建议我国将该频段（带宽164MHz）全部划分为TDD频段。

国务院关于促进信息消费扩大内需的若干意见已明确全面推进三网融合。加快电信和广电业务双向进入，在试点基础上于2013年下半年逐步向全国推广。推动中国广播电视网络公司加快组建，推进电信网和广播电视网基础设施共建共享。加快推动地面数字电视覆盖网建设和高清交互式电视网络设施建设，加快广播电视模数转换进程。鼓励发展交互式网络电视（IPTV）、手机电视、有线电视网宽带服务等融合性业务，带动产业链上下游企业协同发展，完善三网融合技术创新体系。

因此，应按国家政策加快广播电视模数转换进程，把模转数所获得的164MHz数字红利早日释放出来作为TDD频段，推进电信和广电业务双向进入，推进电信网和广播电视网基础设施共建共享。

（3）尽快清退小灵通频段，大力推进F频段合理应用

中国移动F频段是当前TD-LTE可用最优质频谱，属TD-SCDMA和TD-LTE的最核心频段，可实现协同发展，一旦中间切割，频率碎片化，将变成左右互博，对TD-SCDMA和TD-LTE发展都不利，甚至可能出现这段目前TDD最优质的频段被闲置和荒废，而如果中国移动无法使用此频段部署TD-LTE，对目前移动大规模部署的TD-LTE网络建设节奏、网络质量将带来巨大影响，从而延缓整个TD-LTE产业的发展进程，因此应大力推动TD-LTE的合理部署；同时加快PHS清退，保留全部此频段给中国移动，投入到TD-LTE，使得TD-LTE在频谱上具备和FDD同等的优势（FDD1.8和2.1），才能有助其成功发展，这是TD-LTE取得商业成功的基础。

如若在年内4G牌照发放时能按这样的补充划分解决TD-LTE的关键问题，TDD方式共计就有了529MHz的频带，超过了FDD方式的350MHz频带，那就为TDD的大发展奠定了充足的频谱资源基础。

李进良 （中国电子科技集团公司第七研究所，教授级高工） 2013.10.25首发于《移动通信》

来源：《移动通信》