第三代移動通信業(yè)務(wù)的頻譜

國家無線電頻譜管理中心 希玉久



　　希玉久： １９６４年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)無線電系，長期從事信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體制研究工作及無線電頻譜工程和無線電管理工作，曾任郵電部電信傳輸研究所副所長和國家無線電頻譜管理中心副主任等職，教授級高級工程師。



　　◆第三代移動通信的目標(biāo)


　　現(xiàn)有第二代移動通信技術(shù)及其使用的頻譜不能滿足發(fā)展需求，第三代移動通信應(yīng)是頻譜利用率更高、通信容量大、通信質(zhì)量更好的移動通信系統(tǒng)。第一代和第二代蜂窩移動電話以提供話音業(yè)務(wù)為主，只滿足各國及部分區(qū)域性漫游；第三代移動通信應(yīng)能提供更廣泛的業(yè)務(wù)，尤其是圖、文、聲、像的多媒體業(yè)務(wù)和接入高速因特網(wǎng)業(yè)務(wù)等，并能提供全球漫游。第三代移動通信應(yīng)是智能移動通信系統(tǒng)，電磁輻射小，能提供２Ｍｂｉｔ／ｓ甚至更高的信息傳輸速率，具有兼容和擴展能力。



　　◆第三代移動通信


　　使用頻譜的需求與劃分


　　１、無線電頻譜資源的特性


　　無線電頻譜是一種特殊的自然資源。它具有一般資源的共同特性，像土地、水、礦山、森林一樣是國家所有的。但從國際范圍來說，它又屬人類共享的。同時它具有一般自然資源所沒有的如下特性：


　　１）無線電頻譜資源是有限的。電磁波的頻譜是相當(dāng)寬的，包括紅外線、 可見光、Ｘ射線，但作為無線電通信使用的資源，國際電聯(lián)定義３０００ＧＨｚ以下的電磁頻譜稱為無線電磁波的頻譜。使用３０００ＧＨｚ以上電磁頻譜的電信系統(tǒng)也在研究探索之中，它最大不能超過可見光的范圍。由于受到頻率劃分使用政策、技術(shù)和可使用的無線電設(shè)備方面的限制，ＩＴＵ當(dāng)前只劃分了９ ｋＨｚ —４００ ＧＨｚ范圍，實際上目前使用的較高頻段只是在幾十ＧＨｚ。由于電波傳播特性所限，大家所熟知的蜂窩移動通信業(yè)務(wù)一般只能工作在３ ＧＨｚ以下。此外，盡管可以通過頻率、時間、空間這三維相互關(guān)聯(lián)的要素進(jìn)行頻率的多次復(fù)用指配來提高頻率利用率，但就某一頻率或頻段而言，在一定的區(qū)域、一定的時間、一定的條件之下，它又是有限的。


　�。玻┧�可以被利用但不會消耗掉，是一種非消耗性的資源。它不同于土地、水、礦山、森林可以再生或非再生的資源，如果不充分利用它則是一種浪費，然而使用不當(dāng)也是一種浪費，甚至?xí)�造成�?yán)重的危害。


　�。常�無線電波有其固有的傳播特性，不受行政區(qū)域、國家邊界的限制。因此，任何一個國家、一個地區(qū)、一個部門甚至個人都不得隨意地使用，否則會造成相互干擾而不能正常通信。


　�。矗� 頻譜資源極易受到污染。它最容易受到人為噪聲和自然噪聲的干擾，使之無法正常操作和準(zhǔn)確有效地傳送各類信息。


　　２、國際電聯(lián)關(guān)于第三代通信的頻譜劃分計劃


　　１）移動通信的可用頻段。


　　從頻譜的規(guī)劃與管理出發(fā)，對無線電頻譜按業(yè)務(wù)進(jìn)行頻段和頻率的劃分，規(guī)定某一頻段供某一種或多種地面或空間業(yè)務(wù)在規(guī)定的條件下使用，稱為“頻率劃分”。劃分頻率通常應(yīng)遵循下述原則：合理、有效，節(jié)約使用頻率資源，按業(yè)務(wù)分類規(guī)劃頻率；適應(yīng)發(fā)展，靈活規(guī)劃，分步實施，便于調(diào)整；有利于開發(fā)利用先進(jìn)技術(shù)和成熟、可靠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體制。１９９２年以前ＩＴＵ在１０００ＭＨｚ以下曾劃分了幾個頻段用于無線電蜂窩移動通信業(yè)務(wù)，根據(jù)各國多年來移動通信操作運行的經(jīng)驗看來，４５０、８００和９００ＭＨｚ傳播特性很好，大氣噪聲和銀河噪聲很小，空間傳播損耗和對建筑物的穿透力比較適中，很適合蜂窩移動業(yè)務(wù)組網(wǎng)使用。但在１０００ ＭＨｚ以下頻譜資源很有限，目前開放的其它幾十種無線電業(yè)務(wù)已經(jīng)擠得滿滿的，可提供蜂窩業(yè)務(wù)使用的頻帶也不過幾十兆赫茲，遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前移動用戶的發(fā)展需要；另外，現(xiàn)在使用的蜂窩系統(tǒng)設(shè)備制式繁多、頻段不統(tǒng)一，也很難為第三代通信系統(tǒng)所利用。因此只能開發(fā)利用更高的頻段。ＩＴＵ于１９９２年召開的世界無線電行政大會（ＷＡＲＣ－９２）上決定將３０００ＭＨｚ以下主要用于移動業(yè)務(wù)，現(xiàn)在此頻段內(nèi)正在操作的各類固定業(yè)務(wù)將逐步搬移到更高的頻段上去。會上還同時決定在２０００ ＭＨｚ頻段上劃分出２３０ ＭＨｚ的帶寬用于未來全球陸地移動通信業(yè)務(wù)，即國際移動通信ＩＭＴ－２０００系統(tǒng)。


　�。玻╆P(guān)于ＩＭＴ－２０００的頻率劃分計劃


　�。保梗梗材辏桑裕赵冢祝粒遥茫�９２大會上為第三代移動通信業(yè)務(wù)劃分出２３０ＭＨｚ帶寬，１８８５－２０２５ ＭＨｚ 作為ＩＭＴ－２０００的上行頻段， ２１１０－２２００ ＭＨｚ作為下行頻段。其中１９８０－２１１０ ＭＨｚ和２１７０－２２００ ＭＨｚ分別作為移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)的上下行頻段。由于 ＩＭＴ－２０００ 應(yīng)適用于陸地、水上、空中任何地點用戶的通信，因此必須有衛(wèi)星部分。衛(wèi)星通信的特點是覆蓋面大、通信容量大，衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)（ＭＳＳ）是實現(xiàn)全球覆蓋的有效辦法。衛(wèi)星通信可以利用對地靜止衛(wèi)星系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可以利用中、低軌道和高軌道衛(wèi)星系統(tǒng)來實現(xiàn)。ＩＭＴ－２０００將是綜合陸地系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的一個整體，但其中利用同步衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（ＦＳＳ）經(jīng)固定地球站（ＦＥＳ）提供的鏈路不能看成是ＩＭＴ－２０００的衛(wèi)星部分，只能看成是支持ＩＭＴ－２０００的ＦＳＳ連接。


　�。常� 第三代移動通信系統(tǒng)頻譜需求預(yù)測


　　１９９２年ＩＴＵ在ＷＡＲＣ－９２大會上為第三代移動通信業(yè)務(wù)劃分出的２３０ＭＨｚ帶寬主要是以話音業(yè)務(wù)為主考慮而估算的。根據(jù)目前無線電通信技術(shù)的飛速發(fā)展及各類用戶對非話業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求迅速增長的情況看，進(jìn)入到二十一世紀(jì)肯定需要增加更多的功能并得到更廣泛的應(yīng)用，即不只是話音，還需要支持多媒體業(yè)務(wù)、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入、可視電話、會議電視等各類新業(yè)務(wù)。這些新業(yè)務(wù)對頻譜的需求有著很大的影響，不充分考慮這些需求會使所估算的頻譜過于保守；但考慮得過于寬松也可能會造成頻譜的浪費。因此，對業(yè)務(wù)量的估計既要考慮到市場的需求，又要考慮到技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)上應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)設(shè)計、頻譜共用、調(diào)制方式、語音編碼速率、公共信令信道以及Ｃ／Ｎ值和Ｇ／Ｔ值等。為滿足用戶的市場需求則主要涉及到提供給用戶的業(yè)務(wù)種類及所預(yù)測的業(yè)務(wù)量。估算頻譜需求通常是以話務(wù)量為主來考慮的，國際電聯(lián)在研究這個問題時所考慮的假定條件如下：


　　估計車載臺的業(yè)務(wù)量，沿街道每公里停行時６００輛，慢行時３５０輛，沿街道平均按４００輛／ｋｍ估算，有５０％的車裝有電臺，每臺為０．１Ｅ（愛爾蘭），此時的業(yè)務(wù)量密度將為２０Ｅ／ｋｍ，典型城市街道估計為３００Ｅ／ｋｍ２，加上步行人員移動臺的相似業(yè)務(wù)量，在業(yè)務(wù)量較為密集的地區(qū)可達(dá)到５００Ｅ／ｋｍ２。個人移動臺按沿街道３０００人／ｋｍ，其中８０％有移動電臺，每臺０．０４Ｅ，估算下來的高峰話務(wù)量大約為１５００Ｅ／ｋｍ２。對繁華地區(qū)多層辦公樓室內(nèi)電臺的業(yè)務(wù)量按每１０平方米一臺和每臺０．２Ｅ來計算，估計約為２００００Ｅ／ｋｍ２，估算約需頻譜為２×１６２ＭＨｚ，詳見表１所示。另外，根據(jù)當(dāng)時對非話業(yè)務(wù)的考慮，與車載臺有關(guān)的電路交換業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)量大約為４５Ｅ／ｋｍ２；按分組傳輸?shù)慕换バ詳?shù)據(jù)，考慮每個手持機１５ｓ／ｈ，相當(dāng)于每小時傳１０頁，每頁８ｂｉｔ／ｓ，傳輸速率為４８ｋｂｉｔ／ｓ，另假設(shè)共５０００個終端，業(yè)務(wù)量大約為３７ Ｅ／ｋｍ２，估算約需頻譜為２×６５ＭＨｚ。


　　應(yīng)當(dāng)指出，上述這些估算只是考慮最起碼的需求。隨著總體研究的深入和近年業(yè)務(wù)、技術(shù)的發(fā)展，看來上述估算的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。歐洲各國經(jīng)進(jìn)一步研究指出，滿足公眾移動通信服務(wù)的第三代移動業(yè)務(wù)開放之后，大約從２００８年開始至少還需增加 上下行兩個１８０ＭＨｚ的帶寬；而且提出對要求進(jìn)行寬帶通信的無線電移動通信系統(tǒng)可以利用毫米波的頻段。


　　ＩＭＴ－２０００衛(wèi)星通信部分應(yīng)能提供與地面相互兼容、互相補充的業(yè)務(wù)，經(jīng)估算其頻譜需求約為２×６６ＭＨｚ。



　　◆各國有關(guān)２０００ＭＨｚ頻段的劃分與使用情況


　　歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ＥＴＳＩ）早在十多年前就開始了第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作，成立了一個“通用移動通信系統(tǒng)（即ＵＭＴＳ）論壇”，其成員主要來自歐洲各國的運營部門、生產(chǎn)部門和電信主管機構(gòu)，１９９５年正式向國際電聯(lián)提交了頻譜劃分的建議方案：


　�。眨停裕拥牡孛娑螢椋保梗玻埃�１９８０ＭＨｚ；衛(wèi)星業(yè)務(wù)占用１９８０－２０１０／２１７０－２２００ＭＨｚ頻段；１９００－１９２０ＭＨｚ和２０１０－２０３０ＭＨｚ為主要業(yè)務(wù)，屬于第二代的ＤＥＣＴ系統(tǒng)為次要業(yè)務(wù)，即在允許的情況下可以使用１９００－１９２０ＭＨｚ頻段。


　　美國在ＷＡＲＣ－９２大會之后，對其原來所劃分的頻段進(jìn)行了重新調(diào)整。由于原來個人通信ＰＣＳ業(yè)務(wù)已經(jīng)占用了ＩＭＴ－２０００的頻譜，因此調(diào)整后的頻譜將是ＩＭＴ－２０００ 的上行與ＰＣＳ的下行頻段需要共用。這種安排不大符合一般基站發(fā)高收低的配置，歐洲則不大同意這種安排。實際上，美國已經(jīng)在前幾年把２０００ ＭＨｚ這段頻譜拍賣給國內(nèi)七個運營公司分別操作使用。


　　日本對第三代移動通信的研究工作非常重視，決心在第三代技術(shù)上不落后于別人。日本于１９９５年成立了無線電產(chǎn)業(yè)協(xié)會（ＡＲＩＢ），并與電信技術(shù)委員會一起加速進(jìn)行第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)化的工作。日本目前的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（ＰＤＣ）使用的是８００ＭＨｚ頻段，ＰＨＳ系統(tǒng)使用的１８００ＭＨｚ的頻段�？紤]到國際電聯(lián)有關(guān)第三代技術(shù)的頻譜劃分，仍想把１８８５－１９２０ＭＨｚ保留給ＰＨＳ系統(tǒng)使用；把１９２０－１９８０ＭＨｚ作為ＩＭＴ－２０００的上行頻段，２１１０－２１７０ＭＨｚ作為下行頻段；１９８０－２０１０／２１７０－２２００ＭＨｚ為移動衛(wèi)星系統(tǒng)的上下行頻段；２０１０－２０２５ＭＨｚ作為時分雙工方式的第三代移動業(yè)務(wù)。


　　中國有關(guān)第三代移動業(yè)務(wù)的研究與歐美相比起步較晚。由于我國無線電移動通信用戶超常規(guī)的發(fā)展，頻譜需求量很大，在１０００ＭＨｚ以下我國已經(jīng)先后劃分了三個頻段用于蜂窩移動業(yè)務(wù)，即８２５－８３５／８７０－８８０ ＭＨｚ，帶寬１０×２ ＭＨｚ；８３５－８４０／８８０－８８５ ＭＨｚ，帶寬５×２ ＭＨｚ；８９０－９１５／９３５－９６０ ＭＨｚ，帶寬２５×２ ＭＨｚ�？値�寬共為８０ＭＨｚ。為適應(yīng)發(fā)展，同時考慮到國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀以及當(dāng)前或近期可提供設(shè)備的情況，前幾年對２０００ＭＨｚ頻段做了部分調(diào)整與規(guī)劃，調(diào)整出共２６０ ＭＨｚ以上的帶寬（不包括有線電視傳輸?shù)模停停模酉到y(tǒng)）供當(dāng)前發(fā)展移動通信業(yè)務(wù)使用，其中：


　�。保�１７１０－１７５５／１８０５－１８５０ＭＨｚ和１８６５－１８８０／１９４５－１９６０ＭＨｚ，帶寬共１２０ ＭＨｚ，用于蜂窩移動通信業(yè)務(wù)，與微波接力通信業(yè)務(wù)和射電天文等業(yè)務(wù)共用，但不得干擾射電天文業(yè)務(wù)的正常工作。


　�。玻�１８８０－１９００／１９６０－１９８０ＭＨｚ，帶寬共４０ＭＨｚ，原計劃用于無線接入（ＦＤＤ方式），現(xiàn)只批準(zhǔn)我國自行研制的Ｓ－ＣＤＭＡ系統(tǒng)使用１８８０－１８８５ＭＨｚ的頻段。


　　３）１９００－１９２０ＭＨｚ，帶寬共２０ＭＨｚ，用于無線接入（可用于ＤＥＣＴ和ＰＨＳ等時分或碼分方式），主要用來解決集中在密集辦公室區(qū)域的專業(yè)網(wǎng)以及機關(guān)、團體和家用無繩電話等需求。


４）２４００－２４８３．５ ＭＨｚ（擴譜ＳＳ方式），帶寬共８３．５ ＭＨｚ，該頻段主要用于短距離、短信息的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以及計算機數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。該段頻率與工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備（ＩＳＭ）無線電電磁波輻射頻段共用。


　�。担�２５３５－２５９９ＭＨｚ，帶寬共６４ＭＨｚ，臨時性用于多路微波有線電視傳輸系統(tǒng)（ＭＭＤＳ）。ＷＡＲＣ－９２大會上通過的頻率劃分表中，中國和其它１１個國家簽字同意將２５３５－２６５５ＭＨｚ頻段用于衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)。


　　搞第三代移動通信很重要的目的之一就是要在國際上統(tǒng)一使用相同頻段，ＩＭＴ－２０００系統(tǒng) 的全球標(biāo)準(zhǔn)也打算支持非常廣泛的終端產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，從簡單的消息設(shè)備到復(fù)雜的桌面多媒體終端設(shè)備，并要求設(shè)備要小巧而輕便，這樣便于組織大生產(chǎn)使產(chǎn)品價格降低，使得廣大用戶受益。但是由上述各國當(dāng)前頻譜劃分使用情況可見，雖然ＩＴＵ早在１９９２年就明確了國際移動通信在２０００年后的使用計劃，但至今為止各國的頻率劃分使用計劃卻差異甚大，很難一下子統(tǒng)一到電聯(lián)的規(guī)劃方案上去。用于地面蜂窩業(yè)務(wù)的上行頻段只有一小部分比較一致，大約在１９３０－１９８０附近。移動衛(wèi)星使用的下行頻段基本一致，然而衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)將來很可能與地面業(yè)務(wù)是分開操作運行的。



　　◆我國第三代移動通信業(yè)務(wù)頻譜策略


　�。�、作好第三代核心頻段的調(diào)整和清頻工作


　　按現(xiàn)有移動用戶的增長速度，至２００５年估計有近２億用戶的需求，現(xiàn)有已劃分給蜂窩移動業(yè)務(wù)使用的頻段是不能滿足要求的，必須啟用第三代的核心頻段１８８５－２０２５ＭＨｚ／２１１０－２２００ＭＨｚ。我國的第三代研發(fā)工作與一些發(fā)達(dá)國家相比雖然起步較晚，投入力度不大，但近幾年來中國第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)取得了較好成績，如日中天的第二代移動產(chǎn)業(yè)在中國也已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，預(yù)計２００１至２００２年有可能進(jìn)行第三代系統(tǒng)的實驗，２００３年開始有可能開展運營試驗或試用。由于在核心頻段內(nèi)目前尚有不少小微波、雷達(dá)、遙測遙控以及無線電定位等業(yè)務(wù)正在操作之中，因此無線電管理部門的一項重要工作就是作好第三代核心頻段的調(diào)整和清頻工作。隨著第三代系統(tǒng)業(yè)務(wù)即將實施，在第三代核心頻段內(nèi)應(yīng)暫停或慎重審批與第三代系統(tǒng)不直接相關(guān)的業(yè)務(wù)，避免因調(diào)整頻率造成設(shè)備改頻或停用給運營單位造成損失。


　�。�、研究第三代系統(tǒng)不同制式的頻率劃分、使用計劃以及多運營單位時的頻率分配計劃


　　根據(jù)目前所形成的ＩＭＴ－２０００ ＣＤＭＡ ＲＴＴ標(biāo)準(zhǔn)，包括有三大系列：即多載波ＣＤＭＡ（以美國的ｃｄｍａ２０００建議為主）、直擴ＣＤＭＡ（以歐洲和日本的ＷＣＤＭＡ建議為主）以及ＴＤＤ的ＣＤＭＡ，前兩種制式需要配對使用頻率，時分制的系統(tǒng)則可成塊使用不需配對；在核心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中，將可能形成兩個系列，即基于ＧＳＭ的ＭＡＰ標(biāo)準(zhǔn)和基于美國ＩＳ－４１的標(biāo)準(zhǔn)�？梢娙�球標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一這個理想難以實現(xiàn)。如果是這樣，則將來全球無縫覆蓋和全球漫游只可能是使用多模用戶終端來實現(xiàn)，具體的頻率使用、劃分計劃、多運營單位的頻率分配計劃等將會變得復(fù)雜。為合理劃分、分配和使用頻段，頻譜管理人員需要跟蹤研究，提前作好規(guī)劃和計劃，加強對頻率共用的研究。


　�。�、進(jìn)一步研究擴展帶寬的規(guī)劃和計劃


　　根據(jù)上述第二節(jié)關(guān)于第三代移動通信業(yè)務(wù)頻譜需求的初步估算，只有核心頻段的頻譜是不夠的，而且缺口較大。為滿足第二步的發(fā)展需求，必須研究并采取措施在核心頻段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴展帶寬。從中、長期規(guī)劃考慮，３０００ＭＨｚ以下的固定業(yè)務(wù)以及專用無線接入系統(tǒng)頻段等應(yīng)逐步調(diào)整或搬移到３０００ＭＨｚ以上或更高的頻段上去。


　　４、積極鼓勵和支持第三代移動通信系統(tǒng)的研究、開發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)


　　第三代移動通信系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)中科技創(chuàng)新的突破口，說大一點也是發(fā)展中國家與發(fā)達(dá)國家的一次有重要意義的較量，我國提出的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ技術(shù)方案已列入ＩＭＴ－２０００的標(biāo)準(zhǔn)之中，我們應(yīng)積極鼓勵和支持第三代移動通信系統(tǒng)的研發(fā)和試驗工作，對于所需頻譜資源盡量提供方便予以滿足。




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