為什麼說頻譜資源是NB-IoT、LoRa的重要「陣地」？

近期，中國聯通將實現NB-IoT基站規模超過30萬個、基本可以做到全國覆蓋的消息已不再是新聞。不過，部署網路所使用的無線電頻譜規劃成為業界關心的重點，800M和1.8G一直是中國聯通困擾的一個因素。可以看出，無線電頻譜資源在某種程度上起到一定的決定向作用。無線電頻譜是移動通信信號傳播的載體，作為無線通信的技術，能夠使用的無線電頻譜資源就是其陣地。我們熟悉的各類低功耗廣域網路是無線通信的分支，業界對其分類一般都是按照授權頻譜和非授權頻譜分為兩大陣營，頻譜的「陣地」作用凸顯。

授權與非授權頻譜：稀缺性需要管理

無線電頻譜是一個有限、不可再生的自然資源，也是國家寶貴的戰略資源，因此各國對於無線電頻譜有專門的管理機構，出台專門的政策法規，實現無線電頻譜的統一規劃管理。目前各國的頻譜管理大多數採用固定頻譜分配策略，即頻譜資源由政府主管部門管理並分配給固定的授權用戶，這樣能夠確保各用戶之間避免過多相互干擾，更好利用頻譜資源。目前頻譜資源可分為兩類：授權頻譜（Licensed Spectrum）和非授權頻譜（Unlicensed Spectrum）。

授權頻譜受到嚴格的限制和保護，只允許授權用戶及其符合規範的設備接入，而且用戶要為此進行付費。目前，公安、鐵路、民航、廣電、電信等重要的部門均擁有一定的授權頻譜，這些部門內設備的通信是運行在其授權頻譜上的，尤其是電信行業，我們每天使用的手機就是通過運營商擁有的授權頻譜來通信的，三大運營商都擁有國家無線電管理局授權的專用頻段，保障公眾移動通信不受干擾。

非授權頻譜是滿足一定規範和標準的設備都可以接入和使用的頻譜，但必須保證不對其他用戶造成干擾。比較典型的是我們經常使用的WiFi、藍牙就是通過非授權頻譜進行傳輸。國際通信聯盟無線電通信局曾定義過ISM（Industrial Scientific Medical）頻段，主要是開放給工業、科學、醫學三個機構使用，無需授權許可，當然也需要遵守一定的發射功率，並且不能對其它頻段造成干擾即可。

基於無線電頻譜的「陣地」

由3GPP推動的低功耗廣域網路標準運行在授權頻譜上，它瞄準了電信運營商對未來物聯網市場的布局；而其他技術標準則是運行在非授權頻譜上，即使脫離了電信運營商，其他企業和組織也可以採用其來建成一張專用於物聯網的廣覆蓋的網路。

相應的，採用不同頻譜的低功耗廣域網路標準，其商用准入門檻差別很大，授權頻譜技術的商用需要得到擁有授權頻譜資源的運營商的支持，而運營商獲取頻譜資源時也花費了高昂的成本，不少國家政府通過競價拍賣的方式授權無線電頻譜的使用權。因為頻譜越來越稀缺，其使用成本也居高不下。2015年，德國4G頻譜拍賣，3家運營商付出超過50億歐元的成本；今年4月，美國多家運營商為拍的600MHz頻譜花費了總額為198億美元的成本。我國對於移動通信使用的頻譜主要採用行政審批，雖然無需運營商支付天價的費用，但這種行政審批的高門檻，讓授權頻譜的獲取也形成了另一種昂貴的成本。2016年年底發布的修訂後《中華人民共和國無線電管理條例》將拍賣引入到頻譜資源分配製度中，未來將對運營商頻譜獲取成本產生巨大影響。雖然低功耗廣域網路只佔據非常少的頻譜資源，但計算下來這少量的頻譜資源成本也不低。

而那些基於非授權頻譜的標準，只要符合各國無線電管理機構的相關規定，均可以使用公共頻譜而無需支付高額的頻譜成本，因此整個進入門檻大大降低。非授權頻譜具有一定的「非排他」的性質，無怪乎近年來全球會產生大量的基於非授權頻譜的低功耗廣域網路技術，而每一項技術在頻譜使用面前機會都是均等的，而且可以按需形成非常靈活的部署方式。

無線電頻譜成了低功耗廣域網路技術明顯的「陣地」，不同的「陣地」會形成不同的產業生態、商用成本，產生不同的商業模式。例如，顯而易見的是授權頻譜技術由於採用專用頻段、運營商統一部署，會有電信級的安全性、干擾小的特點，可以形成全網覆蓋和運營，而非授權頻譜則要專門處理同頻干擾的問題，在很多地區定位於企業級專網。

無線電頻譜作為「陣地」還有另一方面的特點，低功耗廣域網路要達到廣覆蓋、低成本等特點，大部分需要部署在Sub 1GHz頻段上，而且頻段越低效果越好。這是由於電磁波的特性，頻率越高，雖然能量越大（即承載的信息量大，網路傳輸速度更快），定向性越強，但衍射散射能力越弱，就是俗稱的穿牆能力越弱，比如，我們了解光纖比Wi-Fi快，但是光纖方向固定，只能在玻璃纖維內，而Wi-Fi是可以散射到四面八方的。低功耗廣域網路無需承載更多信息的大能量、高傳輸速率，但要達到相對於傳統蜂窩網路更好的覆蓋效果，部署在低頻段，提升衍射散射能力就非常重要了。

堅守「陣地」：各利益主體的博弈

涉及到物聯網網路部署、運營、解決方案的各類參與方，無線電頻譜「陣地」的作用非常明顯。

2018年初，針對工信部無線電管理局出台的《徵求意見稿》，產業界掀起了軒然大波，成為本年度物聯網領域新年第一事件。眾所周知，該事件源於《徵求意見稿》對470-510MHz無線電頻譜使用的管制，對使用非授權頻譜網路的廠商和整個產業可能產生負面影響。這一事件可以看出，和通信行業類似，物聯網的監管的一個重要手段就是圍繞頻譜「陣地」展開，公用頻段雖然無需獲得牌照和拍賣，但由於物聯網碎片化和靈活性的原因，非授權頻譜的稀缺性更加明顯，規範化、合理配置資源是監管部門亟待解決的問題。

各家運營商NB-IoT網路的部署過程中，無線電頻譜「陣地」的作用也非常明顯。

中國電信於2017年5月份完成了全國31萬個NB-IoT基站升級，就是基於其擁有的800MHz優質頻段，能夠快速領先於其他兩家運營商開展商用。實際上，此前中國電信在其低頻段800 MHz網路主要承載2G、3G業務，2016年工信部發文同意中國電信在800MHz頻段開展LTE組網，到2017年7月，中國電信完成了800M重耕，建成基站數量達到105萬，是國內第一張低頻段上建設的LTE網路，並在這一「黃金頻段」上實現30萬個NB-IoT基站升級。眾所周知，800MHz具有更高的覆蓋效率和更強的穿透性，使用較少的基礎設施投資，可實現較好的效果，因此頻譜方面的優勢已成為中國電信在物聯網領域的核心優勢之一。

同樣，頻譜資源掣肘也給中國移動和中國聯通帶來一定的困擾。

業內一致認為，中國聯通NB-IoT網路商用進展相對慢，其中一個主要原因是受限於其頻譜資源。2016年，工信部無函【2016】194號文同意中國聯通在上海、江蘇、浙江、安徽等14個省市，針對900MHz頻段開展LTE FDD技術試驗。不過，雖然有了政策的支持，但中國聯通可以使用的頻段為：909-915MHz(終端發)/954-960MHz(基站發)，也就是說在900MHz頻段上只有6M帶寬，基於該頻段上LTE網路升級NB-IoT的話，帶寬資源緊張。所以，中國聯通在NB-IoT商用初期考慮在900M和1800M上進行混合組網。目前，中國聯通已經明確5月份將開通30萬NB-IoT基站，其中主力推進900M部署，並以1800M作為補充覆蓋。而且，今年4月初，工信部發文要求中國移動加快900MHz頻段的騰退工作，並將904-909/949-954MHz的2*5MHz頻率資源分配至中國聯通，這一要求也給中國聯通開闢了一塊新的「陣地」。

中國移動在900 MHz頻段主要部署2G網路，雖然帶寬有24 MHz，但由於沒有FDD網路基礎，初期沒有獲得監管機構的許可進行頻譜重耕，因此無法進行規模化部署。不過，2017年6月，工信部發布公告中指出:「在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統頻段上，電信運營商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動通信系統頻率有效期一致。」這一許可意味著，沒有FDD牌照的中國移動可以在其GSM網路頻段上部署NB-IoT了。因此，2017年下半年開始，中國移動在NB-IoT方面的動作越來越多，包括超過400億的網路設備建設採購、發布NB-IoT套餐、提供10億元模組補貼等，可以說是在具備了頻譜「陣地」基礎上，在很大程度上給其鋪平了道路。

過去的幾年中，物聯網的發展更多是基於市場化的自發性行為，而隨著產業規模的擴大，2018年已成為物聯網監管的「分水嶺」，未來針對物聯網市場的相關監管政策會相繼出台。作為稀缺資源的無線電頻譜，將是監管部門核心關注的領域，期待在監管政策逐漸明晰的情況下，物聯網頻譜「陣地」也會形成一個明晰的格局。

來源：物聯網智庫

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