IMT-Advanced頻率分析

摘要：隨著移動(dòng)通信的不斷發(fā)展，對頻率資源的需求也不斷增加。為此，文章對高級國際移動(dòng)通信(IMT-Advanced)的頻率需求進(jìn)行了分析，比較了各個(gè)候選頻段的優(yōu)缺點(diǎn)，得到的結(jié)論是：現(xiàn)有分配給移動(dòng)通信的頻率資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到IMT-Advanced的需求，為了更好地提供移動(dòng)通信服務(wù)，需要尋找更多的頻率資源。因此必須在2007年的世界無線電大會上分配足夠的頻率給IMT-Advanced，才能為IMT-Advanced的順利發(fā)展提供有力保障。

無線電頻譜是一種寶貴而又有限的資源。無線電事業(yè)的發(fā)展離不開頻譜資源，無線電業(yè)務(wù)能否順利發(fā)展取決于有沒有可用的頻段。因此，國際上以及各個(gè)國家都設(shè)有管理機(jī)構(gòu)來加強(qiáng)無線電頻譜資源的管理，使有限的資源得到充分而有效的利用。由于受到技術(shù)上和無線電設(shè)備方面的限制，國際電信聯(lián)盟(ITU)目前只劃分頻譜資源最高到400 GHz，而目前實(shí)用的較高的頻段只是在50 GHz左右。由于無線電波傳播特性所限，蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)一般使用3 GHz以下的頻譜。不同的頻段有不同的特性。頻率越低，信號傳播距離越遠(yuǎn)，但能攜帶的信息量越��；頻率越高，能攜帶的信息量越大，但傳輸距離越短，容易被樹木和建筑物阻擋。在很高的頻段，降雨也能阻擋無線電信號的傳播。通信業(yè)務(wù)的使用的頻率主要在100 MHz～3 GHz范圍內(nèi)，該頻段在傳輸距離和攜帶的信息量兩方面具有較好的平衡特性。

1 現(xiàn)有頻率劃分

中國目前已規(guī)劃給第二代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段為825～835 MHz/870～880 MHz、885～915 MHz/
930～960 MHz和1 710～1 755 MHz/1 805～1 850 MHz頻段，共計(jì)170 MHz，其中130 MHz分配給中國移動(dòng)和中國聯(lián)通使用，40 MHz為預(yù)留頻率。

2002年10月，信息產(chǎn)業(yè)部依據(jù)ITU有關(guān)第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT-2000)頻率劃分和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照中國無線電頻率劃分規(guī)定，結(jié)合中國無線電頻譜使用的實(shí)際情況，發(fā)布了中國的第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻段：

(1)主要工作頻段

頻分雙工(FDD)方式：1 920～1 980 MHz/2 110～2 170 MHz；

時(shí)分雙工(TDD)方式：1 880～1 920MHz/2 010～2 025 MHz。

(2)補(bǔ)充工作頻段

頻分雙工(FDD)方式：1 755～1 785 MHz/1 850～1 880 MHz；

時(shí)分雙工(TDD)方式：2 300～2 400 MHz。與無線電定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)，共用標(biāo)準(zhǔn)另行制訂。

(3)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段

1 980～2 010 MHz / 2 170～2 200 MHz。

在該規(guī)劃方案中，除3G 核心頻段及其周圍區(qū)域規(guī)劃出55 MHz TDD頻帶之外，中國政府又額外批給了TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)100 MHz的擴(kuò)展頻段，相比另兩種3G標(biāo)準(zhǔn)共60 MHz×2的頻寬而言，如此的頻譜規(guī)劃方案，表明了中國政府對具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的政策傾向。另外，TDD頻段分為3段，分別分布在1 880 MHz～1 920 MHz、2 010 MHz～2 025 MHz、2 300 MHz～2 400 MHz之間。信息產(chǎn)業(yè)部將TDD核心頻段的規(guī)劃與國際保持一致，是希望這種規(guī)劃能夠影響到其他國家，使中國的3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA推廣到亞太甚至于全球。因此，該頻率劃分方案的出臺為TD-SCDMA的發(fā)展創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間。

2 IMT-Advaced頻率需求

為了滿足不斷發(fā)展的移動(dòng)無線通信以及更高的數(shù)據(jù)速率的需求，作為研究開始的第一步，ITU-R M.1645建議定義了IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的框架和總體目標(biāo)[1]。此框架是基于全球用戶和技術(shù)趨勢，同時(shí)也包含了發(fā)展中國家的需求。另外，基于ITU-R 228號決議，世界無線電通信大會(WRC03)確立了WRC07大會的議題(議題1.4)，考慮IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced相關(guān)的頻率事宜。ITU-R 228號決議要求ITU-R在IMT-Advanced的頻譜需求和潛在的適宜的頻段范圍研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，及時(shí)地向WRC07提供相關(guān)的技術(shù)研究報(bào)告。在上述條件的基礎(chǔ)上，ITU-R SG8 WP8F開始研究與IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率相關(guān)的事宜，其與頻譜計(jì)算方法和需求測算結(jié)果相關(guān)的報(bào)告包括：Report ITU-R M[IMT.MARKET][2]、Report ITU-R M[IMT.RAD_ASPECTS][3]、Report ITU-R M[IMT.METH][4]和Report ITU-R M[IMT.ESTIMATE][5]。

IMT.MARKET是研究未來系統(tǒng)的市場趨勢，如2010年以后的業(yè)務(wù)總量。這樣的數(shù)據(jù)將決定所需帶寬的計(jì)算以及潛在頻段范圍的選擇。報(bào)告IMT.MARKET主要是解決IMT-Advanced的業(yè)務(wù)和市場問題。

IMT.RAD_ASPECTS是無線部分的研究，如對2010年以后的技術(shù)趨勢的研究，也是對IMT-Advanced所需帶寬的計(jì)算以及潛在的頻段范圍選擇所必不可少的。這些研究應(yīng)當(dāng)是技術(shù)中立的并且包含技術(shù)參數(shù)(如無線環(huán)境傳播參數(shù)和頻譜效率)。

IMT.RAD_ASPECTS主要是考慮IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的技術(shù)和覆蓋因素，從技術(shù)角度和頻譜效率立場出發(fā)解決業(yè)務(wù)在不同的無線環(huán)境間分配比例問題。IMT.METH定義了IMT-Advanced的計(jì)算方法。

在計(jì)算IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率方法中引入了一些新的定義，包括：業(yè)務(wù)、多種補(bǔ)充系統(tǒng)和無線接入技術(shù)分組的綜合參數(shù)。其中最重要的一個(gè)定義是無線接入技術(shù)組(RATG)，在ITU-R M.1645建議中，按照用戶使用趨勢以及業(yè)務(wù)和應(yīng)用，將無線通信技術(shù)分為如下3種能力：IMT-2000系統(tǒng)能力、新的移動(dòng)接入能力和游牧/本地?zé)o線接入能力。后兩種能力是IMT-Advanced提供的新能力。

RATG的劃分既考慮了M.1645建議，也同時(shí)考慮了WRC1.4議題和228決議(WRC2003)的內(nèi)容，將RATG劃分為如下4種分組：

(1)RATG1：Pre-IMT 系統(tǒng)、IMT-2000和IMT-2000增強(qiáng)型系統(tǒng)(這一分組包括了數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)、IMT-2000系統(tǒng)和IMT-2000增強(qiáng)型系統(tǒng))。

(2)RATG2：IMT-Advanced系統(tǒng)(如ITU-R M-1645所描述的新的移動(dòng)接入和新的游牧/本地?zé)o線接入能力，但不包括其他任何已經(jīng)包含在RATG中的系統(tǒng))。

(3)RATG3：現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)(WLAN)和其增強(qiáng)型系統(tǒng)。

(4)RATG4：數(shù)字移動(dòng)廣播系統(tǒng)和其增強(qiáng)型系統(tǒng)(這一分組包含了對移動(dòng)和手持終端進(jìn)行廣播的系統(tǒng))。

ITU-R頻率需求的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1的需求是一個(gè)運(yùn)營商的情況，不同數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)，會有不同的頻譜需求。表2和表3是不同數(shù)量網(wǎng)絡(luò)情況下的頻譜需求。

從報(bào)告的結(jié)果可以看出，到2020年，按照中國3個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，RATG1和RATG2總的頻譜需求范圍是1 560～1 980 MHz，最低的頻譜需求也要1 560 MHz。

3 IMT-Advanced候選頻率分析

IMT-Advanced的候選頻段包括：410～430 MHz、450～470 MHz、470～806/862 MHz、2.3～2.4 GHz、2.7～2.9 GHz、3.4～4.2 GHz 和4.4～4.99 GHz[6]，下面就對這些頻段的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。

(1)410～430 MHz和450～470 MHz

該頻段的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳播特性好，覆蓋范圍大，成本低，但是終端和基站的天線體積會受到影響。某些國家已經(jīng)使用450～470 MHz，用于IMT-2000系統(tǒng)。

該頻段的缺點(diǎn)是：頻段帶寬太少，會限制網(wǎng)絡(luò)的容量。在許多國家，該頻段都用于其他陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)，如公共保護(hù)及災(zāi)難拯救(PPDR)。

(2)470～806/862 MHz

該頻段的優(yōu)點(diǎn)是：具有比更高頻段好的傳播特性，覆蓋范圍大，成本低，但是終端和基站的天線體積會受到影響。該頻段的上端接近于IMT-2000的其他頻段，這可以減少設(shè)備復(fù)雜度，而470～600 MHz的低端部分具有更好的傳播特性。數(shù)字廣播使用同樣的頻段，有助于廣播業(yè)務(wù)與移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合。

該頻段的缺點(diǎn)是：主要用于廣播業(yè)務(wù)。在一些國家，部分頻段用于其他業(yè)務(wù)(如無線電天文、無線電導(dǎo)航、PPDR等)。另外，蜂窩基站和高功率/高位置的廣播臺站的共存，會帶來鄰道干擾。在該頻段共用移動(dòng)廣播和IMT業(yè)務(wù)中，需要保護(hù)頻段。

(3)2 300～2 400 MHz

該頻段的主要優(yōu)點(diǎn)是：接近IMT-2000分配的頻段，具有類似的傳播特性。

該頻段的主要缺點(diǎn)是：考慮道IMT頻譜需求和特性，頻段可用帶寬不足。某些國家已經(jīng)將該頻段用于其他應(yīng)用(如航空遙測、語音廣播衛(wèi)星、非移動(dòng)無線寬帶業(yè)務(wù)等)。

(4)2 700～2 900 MHz

該頻段優(yōu)點(diǎn)是：接近IMT-2000已經(jīng)分配的頻段，有助于使用2.5～2.69 GHz頻段的天線，提供類似的傳播特性。某些國家只是將該頻段分配給有限的雷達(dá)系統(tǒng)。

該頻段缺點(diǎn)是：在ITU-R的3個(gè)地區(qū)，無線電導(dǎo)航和生命安全業(yè)務(wù)是主要業(yè)務(wù)。

(5)3 400～4 200 MHz

該頻段優(yōu)點(diǎn)是：頻段帶寬較大，足夠提供IMT-Advanced系統(tǒng)，能夠提供很大的容量；使用該頻段有助于蜂窩系統(tǒng)和已經(jīng)在某些國家部署的寬帶無線接入系統(tǒng)之間的覆蓋；在某些國家，固定業(yè)務(wù)(FS)和固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)(FSS)沒有部署在3.4～3.6 GHz子頻段；終端和基站天線體積小，可以使用多天線技術(shù)來提高頻譜效率。

該頻段缺點(diǎn)是：在所有區(qū)域，該頻段都已經(jīng)被固定和固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)臺站使用；在3 625～4 200 MHz頻段部署了大量的FSS地球站(包括甚小天線口徑衛(wèi)星終端)，并且在不斷發(fā)展；該頻段對于FSS而言非常重要，因?yàn)樵擃l段大氣吸收很少，因此可以改善可靠性和覆蓋，尤其是在嚴(yán)重的雨區(qū)；許多發(fā)展中國家依賴于該頻段的衛(wèi)星鏈路提供國內(nèi)和國際鏈接，在可見的將來也會持續(xù)使用；3 400～3 800 MHz在一些國家用于固定和移動(dòng)寬帶無線接入系統(tǒng)；一些國家使用3 400～3 600 MHz頻段無線電定位。

(6)4 400～4 990 MHz

該頻段優(yōu)點(diǎn)是：頻段較寬，可以提供IMT-Advanced系統(tǒng)，可以提供較大的容量。終端和基站的天線較小，適于采用多天線技術(shù)，提供更高的頻率效率。

該頻段缺點(diǎn)是：4 500～4 800 MHz頻段在固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)計(jì)劃中規(guī)定，預(yù)留軌道/頻譜資源給將來使用，并平等地分配給ITU的所有國家成員使用，尤其是發(fā)展中國家；該計(jì)劃對于政府間系統(tǒng)，如非洲地區(qū)衛(wèi)星通信組織(RASCOM)，包括50個(gè)非洲國家使用或準(zhǔn)備部署衛(wèi)星系統(tǒng)；4 500～4 800 MHz對于FSS提供基本電信系統(tǒng)設(shè)施很重要，因?yàn)榇髿馕�收在這個(gè)頻段很低，具有很高的可靠性和覆蓋性，尤其是在雨量較大的地區(qū)；與其他頻段相比，該頻段傳播損耗較大，這對高速移動(dòng)應(yīng)用非常不利；某些國家將該頻段用于政府業(yè)務(wù)，包括航空移動(dòng)，或者長距離鏈路的FS，部分頻段也用于射電天文業(yè)務(wù)。

4 結(jié)束語

根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展來看，1992年的WRC大會上分配3G頻率，2000年3G開始投入使用，2011年4G標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)布，2012將投入商用。因此，2007年10月在日內(nèi)瓦舉行的WRC2007，將會決定IMT-Advanced的頻率分配問題，這對于IMT-Advanced來說是非常重要的。但是，由于頻率資源涉及到各個(gè)國家的根本利益，同時(shí)也涉及到各個(gè)國家內(nèi)不同部門的利益，IMT-Advanced的頻率分配將注定不會是一帆風(fēng)順的。我們認(rèn)為，及時(shí)為未來移動(dòng)通信規(guī)劃必要的頻率資源非常重要，只有為移動(dòng)通信提供頻率資源保障，才能更好地促進(jìn)移動(dòng)通信的發(fā)展。

5 參考文獻(xiàn)

[1] Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Recommendation ITU-R M.1645. 2003.

[2] World mobile telecommunication market forecast [R]. Report ITU-R M.[IMT.MARKET]. 2005.

[3] Radio aspects for the terrestrial component of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Report ITU-R M.[IMT.RAD_ASPECTS]. 2006.

[4] Methodology for calculation of spectrum requirements for the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Report ITU-R M.[IMT.METH]. 2005.

[5] Spectrum requirements for the future development of IMT-2000 and IMT-Advanced [R]. Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]. 2006.

[6] Provisional report of the CPM to WRC-07 [R]. ITU-R. 2007.