我國(guó)寬帶專網(wǎng)頻率需求和可用頻段探討

郎保真 中國(guó)信息通信研究院高級(jí)工程師

王曉峰 鼎橋通信技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

專家視點(diǎn)

我國(guó)寬帶專網(wǎng)頻率需求和可用頻段探討

郎保真 中國(guó)信息通信研究院高級(jí)工程師

王曉峰 鼎橋通信技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

通過研究全球?qū)拵Ъ壕W(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及頻譜現(xiàn)狀，分析寬帶專網(wǎng)的頻譜需求、探討頻段的可用性。

寬帶集群 集群頻譜 專網(wǎng)頻譜需求

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展及無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步，全球無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)正在經(jīng)歷從模擬+數(shù)字的窄帶集群技術(shù)時(shí)代向?qū)拵Ъ杭夹g(shù)時(shí)代的跨越式發(fā)展階段。寬帶無(wú)線專網(wǎng)廣泛應(yīng)用在公共安全、交通、能源、水利、環(huán)境等各行各業(yè)，隨著社會(huì)的發(fā)展及無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步，各行業(yè)對(duì)圖像、視頻、融合調(diào)度、指揮、位置管理等方面的需求日益強(qiáng)烈，導(dǎo)致對(duì)專網(wǎng)頻譜的需求日益增強(qiáng)。

寬帶數(shù)字集群相對(duì)于窄帶集群系統(tǒng)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)和提升移動(dòng)寬帶視頻大容量信息的交換和管理，更好地服務(wù)于政務(wù)、公共安全、社會(huì)管理、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。國(guó)際電信聯(lián)盟在WRC-12大會(huì)上專門確立了關(guān)于集群寬帶化發(fā)展的WRC-15 1.3議題，要求ITU-R研究寬帶集群的未來業(yè)務(wù)、應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展等問題。

我國(guó)在基于LTE的寬帶數(shù)字集群方面的發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平。無(wú)論是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建、頻譜研究、實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方面，都在世界范圍內(nèi)引領(lǐng)著寬帶專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

從2012年起，我國(guó)分別在北京、天津、南京和上海等多個(gè)城市進(jìn)行政務(wù)網(wǎng)試驗(yàn)；同時(shí)，由CCSA牽頭組織的寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)也處于世界領(lǐng)先水平，且發(fā)布了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；2014年5月，由工業(yè)和信息化部電信研究院聯(lián)合行業(yè)用戶單位、制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高等院校、社團(tuán)組織等共同發(fā)起成立了寬帶集群（B-TrunC）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，旨在促進(jìn)寬帶集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)應(yīng)用推廣。

在需求、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)等多種因素的推動(dòng)下，寬帶專網(wǎng)所需的頻譜問題越發(fā)凸顯出來。本文著重探討寬帶集群發(fā)展的頻率需求和可用頻段研究，對(duì)國(guó)內(nèi)集群通信系統(tǒng)頻率展開分析，對(duì)我國(guó)2020年前的寬帶集群通信頻率的需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，探討寬帶集群候選頻段的可行性。

2 我國(guó)寬帶專網(wǎng)頻譜需求

公共保護(hù)和救災(zāi)（Public Protection&Disaster Relief，PPDR）是指政府部門向公眾提供保護(hù)及救災(zāi)服務(wù)。近年來，公共安全機(jī)構(gòu)通信應(yīng)用的發(fā)展存在如下趨勢(shì)：

●工作方式的變革：移動(dòng)指揮；事件處理保障；對(duì)實(shí)時(shí)性、有效性的提升等（多部門的協(xié)作配合，快速的交通檢查、事件保障）。

●數(shù)據(jù)加強(qiáng)語(yǔ)音通信：對(duì)位置、語(yǔ)音、視頻、圖片及環(huán)境數(shù)據(jù)的需求逐漸加大。

●信息共享及多媒體應(yīng)用功能：如遠(yuǎn)程傳感、追蹤設(shè)備數(shù)據(jù)收集傳輸、移動(dòng)辦公、生物特征信息、車牌識(shí)別、位置服務(wù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問、個(gè)人監(jiān)控、視頻傳輸?shù)取?/p>

正是由于如上的變革，導(dǎo)致對(duì)通信需求帶寬的要求逐漸加大。

2.1 國(guó)際上寬帶專網(wǎng)頻譜的討論

2012年4月，國(guó)際電信聯(lián)盟在WRC12會(huì)議上提出了寬帶公共保護(hù)和救災(zāi)（PPDR）的1.3議題，寬帶化的PPDR已成為全球PPDR技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，其中關(guān)于專網(wǎng)頻譜的需求也是重要的研究方向之一。

依據(jù)各自特點(diǎn)，各國(guó)也紛紛提出了自己國(guó)家的寬帶專網(wǎng)的頻譜需求。英國(guó)、澳大利亞、加拿大、美國(guó)、韓國(guó)、阿聯(lián)酋、約旦等國(guó)也提交文稿闡述了本國(guó)在1G以下的頻譜帶寬訴求。

●以韓國(guó)針對(duì)集群頻譜的研究為例，公共安全等多部門在如下3種場(chǎng)景多業(yè)務(wù)下的頻譜帶寬訴求具體如下。其中，對(duì)語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)、傳感、短信、彩信、組呼、GPS位置信息等相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行了頻譜需求的計(jì)算。

場(chǎng)景1：PP1（Day-to-Day Operation）：日常事件的使用場(chǎng)景，主要滿足如下需求：

——日常工作中一個(gè)小區(qū)內(nèi)500個(gè)警察的警力，可反應(yīng)112個(gè)事故反應(yīng)，及特殊設(shè)施安全保障。

——包含一個(gè)火警基站支撐86個(gè)消防戰(zhàn)士。

——支撐一個(gè)海岸警衛(wèi)隊(duì)船只的活動(dòng)。

場(chǎng)景2：PP2（LargeEmergencyandPublicEvent）：一次大型緊急事件或公共事件。

——假定了在韓國(guó)首爾地區(qū)4～5km范圍內(nèi)發(fā)生一個(gè)特殊事件，2～3萬(wàn)警察及安保人員的支撐。在密集的大都會(huì)部署基站，一個(gè)小區(qū)可支撐2500名警察。

——包含不同區(qū)域的火警部門支撐171個(gè)消防戰(zhàn)士。

——支撐10個(gè)海岸警衛(wèi)隊(duì)船只的相關(guān)活動(dòng)，如海上石油、海事、搜救等。

場(chǎng)景3：DR（Disaster）：在一次大型緊急事件或公共事件的情況下，又發(fā)生一起災(zāi)難性事件。

在場(chǎng)景2的情況下，又額外包含不同區(qū)域的火警部門支撐685個(gè)消防戰(zhàn)士的相關(guān)活動(dòng)及支撐50個(gè)海岸警衛(wèi)隊(duì)船只相關(guān)的搜尋活動(dòng)。

3種公共安全場(chǎng)景下，分別對(duì)上行和下行的頻譜需求如表1、2所示。

除了針對(duì)陸地公共安全部門的頻譜訴求外，考慮到其他公眾服務(wù)部門及海域范圍內(nèi)的頻譜訴求，匯總會(huì)后的頻譜訴求如表3所示。

表2 韓國(guó)公共安全PPDR的下行頻譜訴求

表3 會(huì)后的頻譜訴求匯總

綜上所訴，考慮到陸地及海域的區(qū)域性覆蓋要求及各個(gè)部門的業(yè)務(wù)訴求，總體的頻譜要求在1G以下的覆蓋較好的頻譜范圍內(nèi)，至少需要20MHz的頻譜帶寬。而國(guó)際上各個(gè)國(guó)家同時(shí)還建議在高頻段為公共安全及公共事業(yè)服務(wù)分配不小于50MHz以上的頻譜帶寬。

2.2 我國(guó)寬帶專網(wǎng)頻譜的討論

我國(guó)寬帶專網(wǎng)的發(fā)展在標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)及實(shí)驗(yàn)網(wǎng)方面均處于世界領(lǐng)先水平，在頻譜帶寬的研究方面，我國(guó)也緊跟WRC-15 1.3議題的研究要求，按照國(guó)際電信聯(lián)盟M.2033的頻譜帶寬計(jì)算方法，對(duì)我國(guó)的專網(wǎng)帶寬需求進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并提交了我國(guó)的頻譜研究結(jié)果。

●以我國(guó)某中部面積1550km2，2020年預(yù)計(jì)人口密度2000萬(wàn)的大城市為例，其在寬帶無(wú)線數(shù)據(jù)專網(wǎng)的帶寬需求如下：

——寬帶無(wú)線專網(wǎng)的使用人群及數(shù)量如表4所示。

表4 某中部大城市2020年前的寬帶無(wú)線專網(wǎng)使用人群數(shù)量表

——頻譜訴求主要考慮語(yǔ)音（包括點(diǎn)呼上下行，以及群組的組呼下行，組呼上行采用點(diǎn)呼）、窄帶數(shù)據(jù)、圖像以及視頻4種業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)由我國(guó)自主研發(fā)的寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)B-TranC承載相關(guān)業(yè)務(wù)。其中，語(yǔ)音業(yè)務(wù)有較高的實(shí)時(shí)性及清晰的帶寬保障的質(zhì)量要求，因此其業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的頻譜效率相對(duì)較低。同時(shí)，由于語(yǔ)音點(diǎn)呼業(yè)務(wù)的用戶的位置會(huì)隨機(jī)地分布在小區(qū)內(nèi)部，因此對(duì)于語(yǔ)音點(diǎn)呼的上下行頻譜效率采用平均的頻譜效率（0.2 Mbit/s/cell/MHz）。由于語(yǔ)音群組業(yè)務(wù)下行需要保證小區(qū)邊緣的質(zhì)量，其頻譜效率取值0.1 Mbit/s/ cell/MHz。而對(duì)于窄帶數(shù)據(jù)以及圖像的業(yè)務(wù)由于其發(fā)生業(yè)務(wù)的位置差異，根據(jù)仿真結(jié)果：上行頻譜效率取值1.2 Mbit/s/cell/MHz，上行邊緣頻譜效率取值0.1 Mbit/s/ cell/MHz；下行平均頻譜效率取值1.6 Mbit/s/ cell/MHz，下行邊緣頻譜效率取值0.1 Mbit/s/cell/MHz，對(duì)于窄帶數(shù)據(jù)以及圖像業(yè)務(wù)，上下行都采用平均的頻譜效率；對(duì)于大數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)（如視頻、大數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)），頻譜效率采用的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率的加權(quán)平均（見表5）。

語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)模型取自于ITU-R M.2033，圖像業(yè)務(wù)僅考慮上傳業(yè)務(wù)而視頻業(yè)務(wù)考慮到上下行需求。具體采用表6的模型計(jì)算參數(shù)，可以得到所有用戶在各種業(yè)務(wù)下的頻譜需求，詳情見表7。

從以上的頻譜需求計(jì)算可以得出，我國(guó)的專網(wǎng)頻譜需求在2020年大約為40MHz左右。

3 我國(guó)寬帶專網(wǎng)可用頻段分析

目前，在國(guó)際寬帶集群專網(wǎng)頻譜討論的大背景下，結(jié)合我國(guó)頻譜的特點(diǎn)，綜合考慮我國(guó)專網(wǎng)系統(tǒng)可能的候選頻段包括1.4GHz、1.8GHz、700MHz頻段。

表5 寬帶集群專網(wǎng)語(yǔ)音、窄帶數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的頻譜效率

3.1 我國(guó)1.4G頻段在寬帶專網(wǎng)的可用性分析

在國(guó)內(nèi)，1427～1525MHz頻段主要業(yè)務(wù)全部劃分給固定、移動(dòng)業(yè)務(wù)。其中，在部分頻段還有空間操作（地對(duì)空）業(yè)務(wù)、廣播、衛(wèi)星廣播等主要業(yè)務(wù)，以及無(wú)線電定位、衛(wèi)星移動(dòng)等次要業(yè)務(wù)，具體如表8。

目前，在此頻段，除極少量的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波在用外，在2004年，原信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)中國(guó)衛(wèi)通通信集團(tuán)公司使用世廣國(guó)際有限公司（以下簡(jiǎn)稱“世廣公司”）的亞洲之星東北波束，建立國(guó)內(nèi)數(shù)字聲音廣播傳輸系統(tǒng)，批復(fù)使用的頻率為1471.814～1476.814MHz。

該頻段的使用現(xiàn)狀為1447～1467MHz頻段用于寬帶集群系統(tǒng)提供了可能性，另外，其良好的電波傳播特性也適于進(jìn)行寬帶集群網(wǎng)絡(luò)部署。

（1）1.4GHz政務(wù)專網(wǎng)情況

從2011年起，工業(yè)和信息化部陸續(xù)在北京、上海、天津、南京4個(gè)城市和廣東省批準(zhǔn)1447～1467MHz頻段的寬帶數(shù)字集群專網(wǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了寬帶數(shù)據(jù)集群專網(wǎng)采用LTE作為網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)，能獲得較好的數(shù)據(jù)速率。試驗(yàn)網(wǎng)投入使用以來，在城市運(yùn)行監(jiān)控、生產(chǎn)安全管理、應(yīng)急指揮、公共安全監(jiān)督及城市物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域成功地為終端用戶提供了高質(zhì)量的多媒體數(shù)字集群通信應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)寬帶視頻大容量信息的交換和管理。

表6 模型表

表7 所有用戶在各種業(yè)務(wù)下的頻譜需求

（2）系統(tǒng)兼容性考慮

從現(xiàn)有使用和規(guī)劃情況來看，1447～1467MHz頻段寬帶集群專網(wǎng)系統(tǒng)主要需考慮1430～1446MHz頻段民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和1467～1492MHz頻段衛(wèi)星廣播系統(tǒng)鄰頻的共存。當(dāng)前，已完成系統(tǒng)間的共存研究，滿足規(guī)定的相關(guān)射頻技術(shù)指標(biāo)可保證系統(tǒng)間兼容共存。

3.2 我國(guó)1.8G頻段在寬帶專網(wǎng)的可用性分析

為適應(yīng)行業(yè)信息化應(yīng)用的新需求，2008年無(wú)線電管理局發(fā)布了工業(yè)和信息化部無(wú)[2008]332號(hào)文，擴(kuò)展了1785～1805MHz頻段的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，使其不僅可以開展語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)等窄帶應(yīng)用，也可以開展無(wú)線視頻傳輸?shù)葘拵?yīng)用。2009年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布了《電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造投資方向（2009—2011）》，在通信設(shè)備領(lǐng)域，重點(diǎn)支持具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)、終端及核心芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)新一代寬帶無(wú)線接入技術(shù)（含數(shù)字集群功能）在重點(diǎn)領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用。

信無(wú)部[2003]408號(hào)“關(guān)于擴(kuò)展1800MHz無(wú)線接入系統(tǒng)使用頻段的通知”中指出，為適應(yīng)本地?zé)o線接入業(yè)務(wù)的需求，促進(jìn)無(wú)線接入技術(shù)的發(fā)展，提高頻譜利用率，將1800MHz時(shí)分雙工（TDD）方式無(wú)線接入系統(tǒng)的工作頻率帶寬由1800～1805MHz擴(kuò)展為1785～1805MHz。該頻段具體頻率指配和無(wú)線電臺(tái)站管理工作，由各省、自治區(qū)、直轄市無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。

表8 1427～1525MHz頻段劃分情況

經(jīng)過多年的發(fā)展，1.8GHz頻段已經(jīng)在油田、電力、民航、水利、公安等多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用。隨著寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是4G技術(shù)在寬帶無(wú)線專網(wǎng)的發(fā)展，及我國(guó)B-TranC寬帶無(wú)線集群標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展、專網(wǎng)市場(chǎng)對(duì)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)需求的增加，1.8G行業(yè)專網(wǎng)頻譜也成為寬帶專網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用頻譜之一。目前，該頻譜情況已在工業(yè)和信息化部網(wǎng)站進(jìn)行了公示。

3.3 700MHz頻段可用性分析

700MHz頻段是當(dāng)前國(guó)際電信聯(lián)盟討論的熱點(diǎn)頻譜之一，主要用于IMT和PPDR業(yè)務(wù)；其帶寬范圍是698～806MHz間的頻段，一般統(tǒng)稱為700MHz頻段。該頻段在我國(guó)用于廣播電視業(yè)務(wù)。隨著廣電技術(shù)的發(fā)展，模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換后，傳輸廣播電視所需的頻率將大大減少，該頻段將可以釋放出約100M資源。

（1）頻譜特性和業(yè)務(wù)匹配

700MHz頻段具有信號(hào)覆蓋廣、穿透力強(qiáng)等特性，適合大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋，組網(wǎng)成本低。在ITUWRC15的頻譜討論中，700MHz用于移動(dòng)通信公網(wǎng)IMT業(yè)務(wù)和公共安全PPDR業(yè)務(wù)已經(jīng)成為業(yè)界趨勢(shì)。各個(gè)國(guó)家及頻譜組織正在就700MHz在這兩種業(yè)務(wù)的分配方案中進(jìn)行研究、討論。部分國(guó)家甚至已經(jīng)完成了相應(yīng)的分配。其頻段良好的無(wú)線穿透特性及覆蓋能力，用于運(yùn)營(yíng)商的IMT網(wǎng)絡(luò)，可很好地解決運(yùn)營(yíng)商無(wú)處不在的覆蓋要求，降低運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)成本，也是各大運(yùn)營(yíng)商必爭(zhēng)的頻譜資源之一；同時(shí)，由于PPDR業(yè)務(wù)要求覆蓋95%～98%的國(guó)土，這更加需要低頻段、穿透力強(qiáng)的頻譜，以降低國(guó)家投資成本。使用700MHz頻段，可以實(shí)現(xiàn)廣覆蓋的效果，大量減少基站建設(shè)，非常符合公共安全及公共事業(yè)寬帶專網(wǎng)應(yīng)用的需求，并可大大減少建網(wǎng)成本。

（2）國(guó)際組織及各國(guó)家關(guān)于700MHz專網(wǎng)的頻段研究

美國(guó)政府于2012年初正式啟動(dòng)FirstNet（全稱為FirstRespondersNetwork，即第一響應(yīng)者網(wǎng)絡(luò)）項(xiàng)目的建設(shè)，利用4G技術(shù)建設(shè)覆蓋全國(guó)的國(guó)家寬帶專網(wǎng)。國(guó)會(huì)通過并撥款70億美元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)投資。FCC聯(lián)邦通信委員會(huì)為FirstNet項(xiàng)目分配了700MHz頻段。

歐洲CEPT組織是歐洲郵電會(huì)議，最初由19個(gè)國(guó)家成立于1959年。今天CEPT共有48個(gè)國(guó)家的成員。CEPT已確定了700MHz頻譜同時(shí)用于IMT的運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)業(yè)務(wù)和PPDR業(yè)務(wù)的分配方式。

其他國(guó)家及組織的700MHz頻譜規(guī)劃和分配情況可作為我國(guó)寬帶無(wú)線專網(wǎng)頻譜分配的參考之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，頻譜是寬帶專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要資源，是不可或缺的。無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)各行業(yè)的變革促進(jìn)了寬帶無(wú)線專網(wǎng)的發(fā)展。我國(guó)作為通信產(chǎn)業(yè)的大國(guó)，在寬帶專網(wǎng)領(lǐng)域，已經(jīng)走在了世界的前列。尤其是產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)、廠家自主研發(fā)解決方案及寬帶專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展方面都領(lǐng)先于其他國(guó)家，在實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的推動(dòng)方面，經(jīng)過3～4年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初具規(guī)模。寬帶專網(wǎng)頻譜資源成為亟待解決的關(guān)鍵因素。為推動(dòng)我國(guó)寬帶專網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)更快發(fā)展，本文從頻譜現(xiàn)狀、頻譜需求、國(guó)際形勢(shì)背景、可用頻譜資源等多個(gè)方面對(duì)寬帶無(wú)線專網(wǎng)的頻譜進(jìn)行了闡述和分析，希望能對(duì)我國(guó)寬帶專網(wǎng)頻譜資源的規(guī)劃和使用決策有所幫助。

1 3GPPTS36.101

2 3GPPTS36.104

3 關(guān)于調(diào)整1785～1805MHz頻段無(wú)線接入系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及設(shè)臺(tái)要求的通知(征求意見稿)

4 ITU-R WP5A Report M.2033.Radiocommunication Objectives and Requirements for Public Protection and Disaster Relief

5 AWG-17-INP-45-KOR-TG_PPDR_Proposed

6 AWG-17-TMP-18_R2-New_Report_PPDR

The Bandwidth Requirements of Broadband Dedicated Network Spectrum and the Explore ofAvailable Spectrum

Based on the study of the bandwidth requirements of dedication network spectrum and the possible bands, this paper provides the opinions on the spectrum estimate and candidate bands on the broadband dedicated network.

bandwidth requirements,broadband dedicated network,trunking network,trunking spectrum

2014-12-26）