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通信频谱供需矛盾化解有良方:频率共享

2015-12-16 11:28
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    目前全球多个国家正在积极推动频率共享,缓解日益增长的频率需求。目前部分国家已制定了频谱共享计划,推动电视白频谱、2.3GHz、3.5GHz等频段的频率共享使用。它山之石,可以攻玉。这些国家的频谱共享计划为我国加强频率共享的研究和探索提供了借鉴。

  宽带无线业务快速发展 频率供需矛盾日益突出

  近3年来移动数据业务呈现高速增长趋势,截至2015年6月底全球移动用户达72亿户,移动用户渗透率达99%;2015年第二季度全球移动数据流量增长15%,与2014年同期相比增长55%。特别是4G网络的大规模部署,截至2015年第二季度LTE用户已达7.4亿户。随着宽带无线业务的快速增长,对频率资源的需求大幅增加,根据ITU预测,2020年国际移动通信(IMT)频率需求将达到1340MHz~1960MHz,我国2020年移动通信频率需求为1490MHz~1810MHz。未来频率资源的供需矛盾将非常突出。

  频率共享是解决供需矛盾的重要手段

  频谱资源作为一种稀缺资源是无线电通信的基础,频率供给不足将影响各类无线电业务的发展。目前全球6GHz以下的绝大部分频率已分配给多个无线电业务使用,随着宽带无线业务频率需求的增加,除了为IMT规划更高频段资源外,一个重要的方向就是加强已分配频率的高效使用。而频率资源具有时间、空间等多维度属性,加强频率资源在时间和空间等维度的共享使用成为解决供需矛盾的重要手段。

  ——认知无线电等频率动态使用技术使频率动态共享成为可能

  自2000年起,学术界就开展了以认知无线电(CRS)为代表的动态频率使用技术研究。目标是研制出一种智能无线通信系统,能够感知外界环境,通过实时改变传输功率、载波频率和调制方式等系统参数,高效使用空闲的频率资源。经过十多年的研究,动态频率使用的关键技术已有较大进展。在2012年的世界无线电通信大会上各国围绕CRS开展了热烈的讨论。考虑到技术成熟度、频率原有用户保护以及业务模式等问题,目前各国还没有大规模使用认知无线电系统,但部分国家基于CRS理念在一些频段开展了频率动态共享。

  ——免许可频段的广泛应用体现了频率共享的巨大潜力

  免许可频段使用是频率共享的典型模式。全球各国为工业、科学研究和医疗规划了多个免许可证频段,开放给不同无线通信系统共享。以2.4GHz频段为例,WLAN、蓝牙、ZigBee和RFID等多个无线通信系统和技术共享该频段。2.4GHz频段已成为全球利用率很高的频段之一。截至2014年全球仅运营商部署的WLAN热点就超过7100万个,根据思科的统计,2014年全球移动终端流量的45%分流到WLAN网络。截至2014年9月我国运营商部署的WLAN公共热点达602万个,主要使用2.4GHz和5.8GHz频段共208.5MHz频率,分流近50%的智能终端流量。免许可频段的高效使用充分说明频率共享的巨大潜力。

  ——低效利用频段成为频率共享的候选频段

  从资源利用效率角度出发,低效利用频段是频率共享的重要候选频段。由于技术特点和应用模式的差异性,部分无线电业务只在局部区域使用,导致频率在时间和空间等维度的利用效率较低。2014年欧盟通过对24个国家400MHz~6GHz频段开展频率清查,发现了八段低效使用频率,其中部分频段将以共享方式进行部署使用。美国计划拿出低效使用的政府所属频率,以共享方式用于其他无线电业务。

  多个国家积极推动频谱共享的部署使用

  随着频率供需矛盾的日益突出,传统的频率独享使用模式显现出其弊端,多个国家正在积极推动各类频率共享的部署使用。从2010年的电视白频谱到近期2.3GHz、3.5GHz频段移动通信业务与其他业务动态共享,都显示出各国试图通过频率共享的方式减小频率供给压力。

  ——部分国家开展了电视白频谱的共享使用

  为了充分利用空闲的广播电视频段(电视白频谱,TVWS),部分国家采用基于地理数据库的认知无线电技术开展了广播电视业务和无线通信业务的频率共享。IEEE针对TVWS制定了相应的标准802.11af。2010年美国FCC明确了电视白频谱的使用规定,无线通信设备以免许可方式使用TVWS,但需要连接到授权数据库报告其使用位置,获取可用信道。随后加拿大、新加坡、英国和新西兰等国家也制定了各自TVWS的规定,通过数据库实现TVWS的不同区域多个业务共享。目前TVWS主要用于偏远地区的宽带接入。

  ——美国推进频率高速公路计划,加强3.5GHz频段的共享使用

  2009年美国的国家宽带战略中就提出要为宽带无线通信释放500MHz的频率资源。在后续执行过程中,FCC及NTIA发现为移动通信分配独享的频率资源难度较大。2012年7月,美国总统科技顾问委员会(PCAST)公布了关于发挥国家频谱的全部潜能以刺激经济增长的报告。报告提出建立频谱高速公路,支持通过共享方式高效利用政府所属的频谱,建议确定1000MHz的频谱采用区块划分与其他行业实现共享。根据PCAST建议,FCC计划在3.5GHz频段的3650MHz~3700MHz开展移动网络和国防系统的频率共享。FCC提出三个层面的接入形式,包括原有用户接入、受保护的接入(也称作优先接入)和通用授权接入(GAA)。FCC根据3.5GHz频道已有的军用系统划定了禁用区域,要求运营商采用小蜂窝的方式,基于FCC数据库驱动的共享框架开展频率共享。3.5GHz共享价值在于提升运营商的网络容量,特别是室内场景的网络承载能力。

  ——欧盟在2.3GHz频段采用LSA模式开展频率共享

  2014年欧洲邮电管理委员会(CEPT)开始研究LSA的管理框架以及在2300MHz~400MHz频段上通过LSA发展无线宽带应用的可能性。欧盟委员会在其五年无线电频谱政策计划中提出要在欧盟范围内制定统一的频谱共享计划,2.3GHz频段是最优先用于共享的频段。欧洲的2.3GHz频段共享针对移动网络和军用系统。由于2.3GHz频段内原有用户对频段的使用特点,使得该频段在地理和时间维度上出现频谱空闲的情况,运营商可以通过协调动态地使用该频段。在具体应用场景当中,根据原有用户使用情况划分不同等级的共享区域,运营商采用宏蜂窝、微蜂窝、皮蜂窝等形式使用2.3GHz频段。通过2.3GHz频段的共享使用,一方面提升运营商的网络容量和室内覆盖,另一方面实现欧洲大陆同一频段的移动漫游。

  加强我国频率资源共享的思考

  我国也在积极推进频率共享。2013年发布的“宽带中国”战略明确将频率共用共享纳入政策措施当中。2300MHz~2400MHz频段雷达与移动通信的频率共享。但我国在动态频率共享使用方面尚处于探索阶段。随着未来我国频率供给压力加大,频率共享也是解决我国频率供需矛盾的重要手段之一。需要积极跟踪国外频率共享的发展情况,加强频率共享相关技术研究,借鉴免许可频段使用经验,结合我国实际情况,从频谱共享模式、共享架构,创新的频谱共享技术以及频谱共享过程中可能面临的法律问题等几个方面开展研究,在可能的频段进行频谱动态共享探索。

 

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