郎保真 中國信息通信研究院高級工程師

王曉峰 鼎橋通信技術(shù)有限公司高級工程師

專家視點

我國寬帶專網(wǎng)頻率需求和可用頻段探討

郎保真 中國信息通信研究院高級工程師

王曉峰 鼎橋通信技術(shù)有限公司高級工程師

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

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

寬帶數(shù)字集群相對于窄帶集群系統(tǒng)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)和提升移動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、社會管理、應急通信等領(lǐng)域。國際電信聯(lián)盟在WRC-12大會上專門確立了關(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)、應用和技術(shù)發(fā)展等問題。

我國在基于LTE的寬帶數(shù)字集群方面的發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平。無論是在技術(shù)標準、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建、頻譜研究、實驗網(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，我國分別在北京、天津、南京和上海等多個城市進行政務(wù)網(wǎng)試驗；同時，由CCSA牽頭組織的寬帶集群標準也處于世界領(lǐng)先水平，且發(fā)布了相關(guān)行業(yè)標準；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)、科研機構(gòu)、高等院校、社團組織等共同發(fā)起成立了寬帶集群（B-TrunC）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，旨在促進寬帶集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場應用推廣。

在需求、標準、產(chǎn)業(yè)等多種因素的推動下，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，對國內(nèi)集群通信系統(tǒng)頻率展開分析，對我國2020年前的寬帶集群通信頻率的需求進行預測，探討寬帶集群候選頻段的可行性。

2 我國寬帶專網(wǎng)頻譜需求

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

●工作方式的變革：移動指揮；事件處理保障；對實時性、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)加強語音通信：對位置、語音、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用功能：如遠程傳感、追蹤設(shè)備數(shù)據(jù)收集傳輸、移動辦公、生物特征信息、車牌識別、位置服務(wù)、遠程數(shù)據(jù)訪問、個人監(jiān)控、視頻傳輸?shù)取?/p>

正是由于如上的變革，導致對通信需求帶寬的要求逐漸加大。

2.1 國際上寬帶專網(wǎng)頻譜的討論

2012年4月，國際電信聯(lián)盟在WRC12會議上提出了寬帶公共保護和救災（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，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，各國也紛紛提出了自己國家的寬帶專網(wǎng)的頻譜需求。英國、澳大利亞、加拿大、美國、韓國、阿聯(lián)酋、約旦等國也提交文稿闡述了本國在1G以下的頻譜帶寬訴求。

●以韓國針對集群頻譜的研究為例，公共安全等多部門在如下3種場景多業(yè)務(wù)下的頻譜帶寬訴求具體如下。其中，對語音、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)進行了頻譜需求的計算。

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

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

——包含一個火警基站支撐86個消防戰(zhàn)士。

——支撐一個海岸警衛(wèi)隊船只的活動。

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

——假定了在韓國首爾地區(qū)4～5km范圍內(nèi)發(fā)生一個特殊事件，2～3萬警察及安保人員的支撐。在密集的大都會部署基站，一個小區(qū)可支撐2500名警察。

——包含不同區(qū)域的火警部門支撐171個消防戰(zhàn)士。

——支撐10個海岸警衛(wèi)隊船只的相關(guān)活動，如海上石油、海事、搜救等。

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

在場景2的情況下，又額外包含不同區(qū)域的火警部門支撐685個消防戰(zhàn)士的相關(guān)活動及支撐50個海岸警衛(wèi)隊船只相關(guān)的搜尋活動。

3種公共安全場景下，分別對上行和下行的頻譜需求如表1、2所示。

除了針對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，匯總會后的頻譜訴求如表3所示。

表2 韓國公共安全PPDR的下行頻譜訴求

表3 會后的頻譜訴求匯總

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。而國際上各個國家同時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 我國寬帶專網(wǎng)頻譜的討論

我國寬帶專網(wǎng)的發(fā)展在標準、產(chǎn)業(yè)及實驗網(wǎng)方面均處于世界領(lǐng)先水平，在頻譜帶寬的研究方面，我國也緊跟WRC-15 1.3議題的研究要求，按照國際電信聯(lián)盟M.2033的頻譜帶寬計算方法，對我國的專網(wǎng)帶寬需求進行了預測，并提交了我國的頻譜研究結(jié)果。

●以我國某中部面積1550km2，2020年預計人口密度2000萬的大城市為例，其在寬帶無線數(shù)據(jù)專網(wǎng)的帶寬需求如下：

——寬帶無線專網(wǎng)的使用人群及數(shù)量如表4所示。

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

——頻譜訴求主要考慮語音（包括點呼上下行，以及群組的組呼下行，組呼上行采用點呼）、窄帶數(shù)據(jù)、圖像以及視頻4種業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)由我國自主研發(fā)的寬帶集群標準技術(shù)B-TranC承載相關(guān)業(yè)務(wù)。其中，語音業(yè)務(wù)有較高的實時性及清晰的帶寬保障的質(zhì)量要求，因此其業(yè)務(wù)對應的頻譜效率相對較低。同時，由于語音點呼業(yè)務(wù)的用戶的位置會隨機地分布在小區(qū)內(nèi)部，因此對于語音點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算可以得出，我國的專網(wǎng)頻譜需求在2020年大約為40MHz左右。

3 我國寬帶專網(wǎng)可用頻段分析

目前，在國際寬帶集群專網(wǎng)頻譜討論的大背景下，結(jié)合我國頻譜的特點，綜合考慮我國專網(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1.4G頻段在寬帶專網(wǎng)的可用性分析

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

目前，在此頻段，除極少量的點對多點微波在用外，在2004年，原信息產(chǎn)業(yè)部批準中國衛(wèi)通通信集團公司使用世廣國際有限公司（以下簡稱“世廣公司”）的亞洲之星東北波束，建立國內(nèi)數(shù)字聲音廣播傳輸系統(tǒng)，批復使用的頻率為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個城市和廣東省批準1447～1467MHz頻段的寬帶數(shù)字集群專網(wǎng)試驗，驗證了寬帶數(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。試驗網(wǎng)投入使用以來，在城市運行監(jiān)控、生產(chǎn)安全管理、應急指揮、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)字集群通信應用服務(wù)，實現(xiàn)了移動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頻段民用無人機系統(tǒng)和1467～1492MHz頻段衛(wèi)星廣播系統(tǒng)鄰頻的共存。當前，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)指標可保證系統(tǒng)間兼容共存。

3.2 我國1.8G頻段在寬帶專網(wǎng)的可用性分析

為適應行業(yè)信息化應用的新需求，2008年無線電管理局發(fā)布了工業(yè)和信息化部無[2008]332號文，擴展了1785～1805MHz頻段的業(yè)務(wù)應用范圍，使其不僅可以開展語音、低速數(shù)據(jù)等窄帶應用，也可以開展無線視頻傳輸?shù)葘拵谩?009年國家發(fā)展和改革委員會、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)進步和技術(shù)改造投資方向（2009—2011）》，在通信設(shè)備領(lǐng)域，重點支持具有自主知識產(chǎn)權(quán)的寬帶無線接入系統(tǒng)、終端及核心芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，推動新一代寬帶無線接入技術(shù)（含數(shù)字集群功能）在重點領(lǐng)域的行業(yè)應用。

信無部[2003]408號“關(guān)于擴展1800MHz無線接入系統(tǒng)使用頻段的通知”中指出，為適應本地無線接入業(yè)務(wù)的需求，促進無線接入技術(shù)的發(fā)展，提高頻譜利用率，將1800MHz時分雙工（TDD）方式無線接入系統(tǒng)的工作頻率帶寬由1800～1805MHz擴展為1785～1805MHz。該頻段具體頻率指配和無線電臺站管理工作，由各省、自治區(qū)、直轄市無線電管理機構(gòu)負責。

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、公安等多個行業(yè)得到應用。隨著寬帶無線通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是4G技術(shù)在寬帶無線專網(wǎng)的發(fā)展，及我國B-TranC寬帶無線集群標準的發(fā)展、專網(wǎng)市場對寬帶無線通信系統(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)站進行了公示。

3.3 700MHz頻段可用性分析

700MHz頻段是當前國際電信聯(lián)盟討論的熱點頻譜之一，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頻段具有信號覆蓋廣、穿透力強等特性，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。各個國家及頻譜組織正在就700MHz在這兩種業(yè)務(wù)的分配方案中進行研究、討論。部分國家甚至已經(jīng)完成了相應的分配。其頻段良好的無線穿透特性及覆蓋能力，用于運營商的IMT網(wǎng)絡(luò)，可很好地解決運營商無處不在的覆蓋要求，降低運營商建網(wǎng)成本，也是各大運營商必爭的頻譜資源之一；同時，由于PPDR業(yè)務(wù)要求覆蓋95%～98%的國土，這更加需要低頻段、穿透力強的頻譜，以降低國家投資成本。使用700MHz頻段，可以實現(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)應用的需求，并可大大減少建網(wǎng)成本。

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

美國政府于2012年初正式啟動FirstNet（全稱為FirstRespondersNetwork，即第一響應者網(wǎng)絡(luò)）項目的建設(shè)，利用4G技術(shù)建設(shè)覆蓋全國的國家寬帶專網(wǎng)。國會通過并撥款70億美元進行網(wǎng)絡(luò)投資。FCC聯(lián)邦通信委員會為FirstNet項目分配了700MHz頻段。

歐洲CEPT組織是歐洲郵電會議，最初由19個國家成立于1959年。今天CEPT共有48個國家的成員。CEPT已確定了700MHz頻譜同時用于IMT的運營商公網(wǎng)業(yè)務(wù)和PPDR業(yè)務(wù)的分配方式。

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

4 結(jié)束語

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。無線通信技術(shù)的發(fā)展及社會各行業(yè)的變革促進了寬帶無線專網(wǎng)的發(fā)展。我國作為通信產(chǎn)業(yè)的大國，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、廠家自主研發(fā)解決方案及寬帶專網(wǎng)標準的進展方面都領(lǐng)先于其他國家，在實驗網(wǎng)的推動方面，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。為推動我國寬帶專網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)更快發(fā)展，本文從頻譜現(xiàn)狀、頻譜需求、國際形勢背景、可用頻譜資源等多個方面對寬帶無線專網(wǎng)的頻譜進行了闡述和分析，希望能對我國寬帶專網(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頻段無線接入系統(tǒng)技術(shù)指標及設(shè)臺要求的通知(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）