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1、簡介
為了滿足不斷發(fā)展的移動無線通信以及更高的數據速率的需求，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。此框架是基于全球用戶和技術趨勢，并且也包含了發(fā)展中國家的需求。
另外，基于ITU-R228號決議，WRC-03確立了WRC07大會的議題1.4，考慮IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced相關的頻率事宜。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方面研究結論的基礎上，及時向WRC-07提供相關的技術研究報告。在上述條件的基礎上，ITU-R SG8 WP8F開始研究與IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率相關的事宜，其與頻譜計算方法和需求測算結果相關的報告包括：Report ITU-R M.[IMT.MARKET]，Report ITU-R M.[IMT.RAD_ASPECTS]，Report ITU-R M.[IMT.METH]和Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]。Report ITU-R M.[IMT.MARKET]研究未來系統的市場趨勢，如2010年以后的業(yè)務總量。這些數據將決定需求帶寬的計算以及潛在的適宜的頻段范圍的選擇。報告ITU-R M.[IMT.MARKET]主要解決IMT-Advanced的業(yè)務和市場問題。Report ITU-R M.[IMT.RAD_ASPECTS]是無線部分的研究，如對2010年以后的技術趨勢的研究，也是對IMT-Advanced的需求帶寬的計算以及潛在的適宜的頻段范圍進行選擇必不可少的。這些研究應當技術中立且包含技術參數，例如：無線環(huán)境傳播參數和頻譜效率。報告ITU-R M.[IMT.RAD_ASPECTS]主要考慮IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的技術和覆蓋因素，從技術角度和頻譜效率立場出發(fā)解決業(yè)務在不同的無線環(huán)境間的分配比例的問題。Report ITU-R M.[IMT.METH]定義了IMT-Advanced的計算方法。Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]主要解決的是IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率需求的問題。頻率需求是按照在ITU-R M.[IMT.METH]建議中定義的計算方法計算得出的。在計算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、多種補充系統和無線接入技術分組的綜合參數。
2、主計算流程
以往進行頻譜估算一般采用的是ITU-R M.1390，M.1390是用于計算2G系統以及IMT-2000系統的計算方法，主要考慮到語音基礎業(yè)務的系統頻率需求。在Report ITU-R M.2023中，以M.1390為計算方法，得出了2005年和2010年的頻率需求。在WP8F新的M.1645建議中提出未來的業(yè)務將由以語音業(yè)務為主轉變?yōu)橐远嗝襟w通信業(yè)務為主。以IP為基礎的數據業(yè)務將主導未來的通信網絡。如果用M.1390計算IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率需求，還存在以下的局限性：
�。�1）僅局限于蜂窩網絡；
�。�2）忙時概念；
�。�3）未充分考慮分組交換應用；
�。�4）對于所有的應用環(huán)境和移動性的系統容量沒有變化；
�。�5）獨立處理不同的應用環(huán)境。
由此，WP8F決定研究新的計算方法用于計算IMT-2000未來發(fā)展和IMT-Advanced的頻率需求。經過10次會議的討論，WP8F已經形成了新的Report ITU-R M.[IMT.METH]建議。
新的計算方法的流程圖如圖1所示。
圖1中，步驟1為確定計算方法中的定義。
步驟2為分析市場數據，市場數據來源于Report ITU-R M.[IMT.MARKET]報告。
步驟3通過業(yè)務環(huán)境和業(yè)務類別計算業(yè)務量。
步驟4分配業(yè)務到不同的RATG和每個RATG中的無線環(huán)境。
步驟5分析系統容量，對于電路交換和分組交換業(yè)務使用不同的計算方法。
步驟6計算RATG1和RATG2的頻譜需求。
步驟7考慮到實際網絡的情況進行必要的調整。
步驟8計算頻譜需求的總數。
步驟9輸出RATG1和RATG2的頻譜需求。
3、計算中主要的定義和參數
3.1 業(yè)務類別
業(yè)務類別（SC）是用業(yè)務類型和業(yè)務級別定義的。如表1所示：
其中，非常低速的數據包含語音和SMS。
3.2 業(yè)務類型
業(yè)務類型是用峰值比特率來定義的，不同的業(yè)務被劃分為5種業(yè)務類型。如表2所示：
在上表中，非常低速的數據業(yè)務類型指的是峰值比特率最高達到16 kb/s的數據業(yè)務。其典型的應用是語音業(yè)務和簡單的消息類業(yè)務，另外，傳感器通信和低比特率的數據電信測繪業(yè)務也屬于這種業(yè)務類型的應用。低速數據&低速多媒體業(yè)務類型指的是峰值比特率低于144 kb/s的數據業(yè)務。一般指的是IMT-2000之前的系統的業(yè)務應用。中速多媒體業(yè)務類型指的是峰值比特率最高達到2Mb/s的數據業(yè)務。一般指的是IMT-2000系統的業(yè)務應用。高速多媒體業(yè)務類型指的是峰值比特率最高達到30Mb/s的數據業(yè)務。其典型應用包含多媒體視頻流式業(yè)務，類似于固定無線接入通信提供的xDSL業(yè)務。超高速多媒體業(yè)務類型指的是速率非常高的多媒體數據，其典型應用類似于有線通信系統的光纖到戶（FTTH）的業(yè)務。
3.3 業(yè)務等級
業(yè)務等級采用了ITU-R建議M.1079-2的分級方法，從用戶觀點將業(yè)務分為四個QoS等級：
◆會話業(yè)務
◆交互式業(yè)務
◆流式業(yè)務
◆后臺處理式業(yè)務
這四類業(yè)務的主要區(qū)別是其業(yè)務對時延的敏感性，會話業(yè)務是對時延最敏感的業(yè)務，而后臺處理式業(yè)務是對時延最不敏感的業(yè)務。按照ITU-R M.1079-2建議，會話業(yè)務和流式業(yè)務屬于電路交換型業(yè)務，而后臺處理式業(yè)務和交互式業(yè)務屬于分組類業(yè)務。
在上述的四種業(yè)務分級中，會話業(yè)務最著名的應用場景就是電話語音業(yè)務，但隨著VoIP和視頻電話的等新的應用的產生，這些新的業(yè)務也具有了會話業(yè)務的特點。交互式業(yè)務就是用戶或者終端在線請求遠端設備響應，典型的應用場景就是Web瀏覽，數據庫檢索和服務器接入等。流式業(yè)務是指用戶收聽實時的音頻廣播或者觀看實時的視頻廣播，是一種單方向的數據傳輸。后臺處理式業(yè)務指終端用戶，一般是一臺電腦，以后臺處理方式發(fā)送或者接受數據文件，這種業(yè)務的典型應用包括發(fā)送E-MAIL、SMS、下載數據庫文件或者接收測量的結果。
3.4 業(yè)務類別參數
依照ITU-R M.[IMT.MARKET]的建議，業(yè)務類別主要的參數為：
◆用戶密度（用戶/km2）
◆每個用戶的進程到達率（進程/（s*user））
◆平均業(yè)務比特率（bit/s）
◆平均進程持續(xù)時間（s/進程）
◆移動性比率
前四個參數描述了不同的業(yè)務類別的需求，移動性參數用于業(yè)務分配，在后面的文字中還會有進一步的描述。在以前的ITU-R M.1390建議中是將移動性定義為（i）室內（ii）步行和（iii）車載，但在新的ITU-R M.[IMT.MARKET]報告中，對移動性的定義進行了更新，移動性分級為以下級別：
◆固定（0km/h）
◆低（＞0km/h and＜4km/h）
◆高（＞4km/h and＜100km/h）
◆非常高（＞100km/h and＜250km/h）
由于典型的數字蜂窩系統要求用戶停留在小區(qū)中的時間要遠大于切換的發(fā)起時間和執(zhí)行時間，因此小區(qū)的大小就限制了小區(qū)所支持的速度類型。因此pico小區(qū)僅能支持步行速率（達到3km/h～10km/h），micro小區(qū)支持城市車輛速率50km/h，而macro小區(qū)支持其它類型的移動性應用。因此為了在計算方法中便于應用，所以在計算方法中將移動性重新劃分為如下類型：
◆固定/步行（O～4km/h）
◆低（＞4km/hand＜50km/h）
◆高（＞50km／h）
3.5 RATG定義
RATG是計算方法中最重要的一個定義，在ITU-R M.1645建議中用戶使用趨勢以及業(yè)務和應用，將無線通信技術分為如下的三種能力：IMT-2000系統能力；新的移動接入能力和；游牧/本地無線接入能力。最后兩種能力是IMT-Advanced提供的新的能力。
RATG的劃分既考慮了M.1645建議，也同時考慮了WRC1.4議題和228決議（WRC2003）的內容，將RATG劃分為如下四種分組：
◆RATG1：Pre-IMT系統，IMT-2000和IMT-2000增強型系統（這一分組包括了數字蜂窩移動系統，IMT-2000系統和IMT-2000增強型系統）。
◆RATG2：IMT-Advanced系統（如ITU-R M-1645所描述的新的移動接入和新的游牧/本地無線接入能力，但不包括其它任何已經包含在其它RATG中的系統）。
◆RATG3：現有的無線LAN和其增強型系統。
◆RATG4：數字移動廣播系統和其增強型系統（這一分組包含了對移動和手持終端進行廣播的系統）。
3.6 頻譜計算中的無線參數取值
表3～表6分別給出了RATG1、RATG2、RATG3和RATG4的輸入參數取值。
3.7 頻譜效率矩陣
從頻譜需求計算中使用的區(qū)域的頻譜效率（b/s/cell）可以轉換得到單位Hz上的頻譜需求。RATG1/RATG2的頻譜效率根據預測年份的不同而不同，表7～表12分別給出了2010、2015和2020RATG1、RATG2的頻譜效率。
3.8 RATG間的業(yè)務分配比率
業(yè)務在RATG間在每種無線和業(yè)務環(huán)境中的分配比率是和可應用的RATG的數量有關的。隨著市場的發(fā)展，新的RATG技術的不斷增長的應用，RATG間的業(yè)務分配比率在不同的年份有所不同。表13～表15分別給出了2010、2015和2020年的RATG間的業(yè)務分配比率。
4、全球不同市場的頻譜需求時間趨勢
由于全球市場的不平衡發(fā)展，圖2給出了全球不同的市場的發(fā)展趨勢和頻譜需求的關系的定性描述。一些國家希望盡可能快的實現IMT-Advanced通信系統，其系統的部署如圖2中最上面的藍色曲線描述，此類市場被稱為“先進型市場”。也有的國家其IMT-Advanced通信系統會晚于藍色曲線描述的市場，這種市場的描述如淡藍色曲線描述，此類市場是中等發(fā)展的市場，稱為“平均型市場”；還有一些國家其IMT-Advanced通信系統發(fā)展很慢，則其市場為最底下的紅紫色曲線描述的市場；此類市場稱為“后進型市場”。三類市場的劃分是基于不同的市場預測情況，最大的不同是在2010和2015年的市場發(fā)展情況，因此2010和2015年間的市場趨勢用虛線標出。
5、結論
RATG1（Pre-IMT，IMT-2000和IMT-2000增強型系統）和RATG2（IMT-Advanced）在2010，2015和2020年的計算結果如表16所示。
上表的需求是一個運營商的情況，不同數量的網絡，會有不同的頻譜需求，表17（a）和表17（b）是不同數量網絡情況下的頻譜需求。
從報告的結果可以看出，到2020年，總和按照兩個運營商計算，RATG1和RATG2總的頻譜需求范圍是1440MHz～1760MHz，最低的頻譜需求也要1440MHz。按照我國的業(yè)務和市場預測情況，信息產業(yè)部電信研究院按照WP8F提出的ITU-R M.[IMT.METH]建議中定義的計算方法計算得出了我國的2020年的頻率需求，總的頻譜需求為1360MHz。其中RATG1的頻譜需求為560MHz，RATG2的頻譜需求達到了800MHz。
目前在我國已經分配給RAT1的頻譜總量在500MHz左右，因此我國在2020年的新增的頻譜需求至少應當是860MHz左右，這個需求接近現在分配給蜂窩移動通信頻率總量的兩倍!從現在就開始對我國5GHz頻段以下的頻率使用情況進行研究，調查我國哪些5GHz以下的頻段可以用于移動通信系統已經非常必要。
