我國寬帶專網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 鼎橋通信技術有限公司高級工程師

專家視點

我國寬帶專網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 鼎橋通信技術有限公司高級工程師

通過研究全球寬帶集群網絡的發展及頻譜現狀，分析寬帶專網的頻譜需求、探討頻段的可用性。

寬帶集群 集群頻譜 專網頻譜需求

1 引言

隨著社會的發展及無線通信技術的進步，全球無線專網技術正在經歷從模擬+數字的窄帶集群技術時代向寬帶集群技術時代的跨越式發展階段。寬帶無線專網廣泛應用在公共安全、交通、能源、水利、環境等各行各業，隨著社會的發展及無線通信技術的進步，各行業對圖像、視頻、融合調度、指揮、位置管理等方面的需求日益強烈，導致對專網頻譜的需求日益增強。

寬帶數字集群相對于窄帶集群系統而言，能夠實現和提升移動寬帶視頻大容量信息的交換和管理，更好地服務于政務、公共安全、社會管理、應急通信等領域。國際電信聯盟在WRC-12大會上專門確立了關于集群寬帶化發展的WRC-15 1.3議題，要求ITU-R研究寬帶集群的未來業務、應用和技術發展等問題。

我國在基于LTE的寬帶數字集群方面的發展處于世界領先水平。無論是在技術標準、產業鏈構建、頻譜研究、實驗網建設方面，都在世界范圍內引領著寬帶專網通信網絡的發展。

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網試驗；同時，由CCSA牽頭組織的寬帶集群標準也處于世界領先水平，且發布了相關行業標準；2014年5月，由工業和信息化部電信研究院聯合行業用戶單位、制造企業、科研機構、高等院校、社團組織等共同發起成立了寬帶集群（B-TrunC）產業聯盟，旨在促進寬帶集群產業發展和市場應用推廣。

在需求、標準、產業等多種因素的推動下，寬帶專網所需的頻譜問題越發凸顯出來。本文著重探討寬帶集群發展的頻率需求和可用頻段研究，對國內集群通信系統頻率展開分析，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。近年來，公共安全機構通信應用的發展存在如下趨勢：

●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（多部門的協作配合，快速的交通檢查、事件保障）。

●數據加強語音通信：對位置、語音、視頻、圖片及環境數據的需求逐漸加大。

●信息共享及多媒體應用功能：如遠程傳感、追蹤設備數據收集傳輸、移動辦公、生物特征信息、車牌識別、位置服務、遠程數據訪問、個人監控、視頻傳輸等。

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 國際上寬帶專網頻譜的討論

2012年4月，國際電信聯盟在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技術的發展趨勢，其中關于專網頻譜的需求也是重要的研究方向之一。

依據各自特點，各國也紛紛提出了自己國家的寬帶專網的頻譜需求。英國、澳大利亞、加拿大、美國、韓國、阿聯酋、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種場景多業務下的頻譜帶寬訴求具體如下。其中，對語音、視頻、數據、傳感、短信、彩信、組呼、GPS位置信息等相關業務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內500個警察的警力，可反應112個事故反應，及特殊設施安全保障。

——包含一個火警基站支撐86個消防戰士。

——支撐一個海岸警衛隊船只的活動。

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4～5km范圍內發生一個特殊事件，2～3萬警察及安保人員的支撐。在密集的大都會部署基站，一個小區可支撐2500名警察。

——包含不同區域的火警部門支撐171個消防戰士。

——支撐10個海岸警衛隊船只的相關活動，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，又發生一起災難性事件。

在場景2的情況下，又額外包含不同區域的火警部門支撐685個消防戰士的相關活動及支撐50個海岸警衛隊船只相關的搜尋活動。

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部門及海域范圍內的頻譜訴求，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域性覆蓋要求及各個部門的業務訴求，總體的頻譜要求在1G以下的覆蓋較好的頻譜范圍內，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服務分配不小于50MHz以上的頻譜帶寬。

2.2 我國寬帶專網頻譜的討論

我國寬帶專網的發展在標準、產業及實驗網方面均處于世界領先水平，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，按照國際電信聯盟M.2033的頻譜帶寬計算方法，對我國的專網帶寬需求進行了預測，并提交了我國的頻譜研究結果。

●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，其在寬帶無線數據專網的帶寬需求如下：

——寬帶無線專網的使用人群及數量如表4所示。

表4 某中部大城市2020年前的寬帶無線專網使用人群數量表

——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）、窄帶數據、圖像以及視頻4種業務。網絡由我國自主研發的寬帶集群標準技術B-TranC承載相關業務。其中，語音業務有較高的實時性及清晰的帶寬保障的質量要求，因此其業務對應的頻譜效率相對較低。同時，由于語音點呼業務的用戶的位置會隨機地分布在小區內部，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）。由于語音群組業務下行需要保證小區邊緣的質量，其頻譜效率取值0.1 Mbit/s/ cell/MHz。而對于窄帶數據以及圖像的業務由于其發生業務的位置差異，根據仿真結果：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，對于窄帶數據以及圖像業務，上下行都采用平均的頻譜效率；對于大數據流量業務（如視頻、大數據傳輸等業務），頻譜效率采用的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率的加權平均（見表5）。

語音和數據的業務模型取自于ITU-R M.2033，圖像業務僅考慮上傳業務而視頻業務考慮到上下行需求。具體采用表6的模型計算參數，可以得到所有用戶在各種業務下的頻譜需求，詳情見表7。

從以上的頻譜需求計算可以得出，我國的專網頻譜需求在2020年大約為40MHz左右。

3 我國寬帶專網可用頻段分析

目前，在國際寬帶集群專網頻譜討論的大背景下，結合我國頻譜的特點，綜合考慮我國專網系統可能的候選頻段包括1.4GHz、1.8GHz、700MHz頻段。

表5 寬帶集群專網語音、窄帶數據、大數據流量業務的頻譜效率

3.1 我國1.4G頻段在寬帶專網的可用性分析

在國內，1427～1525MHz頻段主要業務全部劃分給固定、移動業務。其中，在部分頻段還有空間操作（地對空）業務、廣播、衛星廣播等主要業務，以及無線電定位、衛星移動等次要業務，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，原信息產業部批準中國衛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，建立國內數字聲音廣播傳輸系統，批復使用的頻率為1471.814～1476.814MHz。

該頻段的使用現狀為1447～1467MHz頻段用于寬帶集群系統提供了可能性，另外，其良好的電波傳播特性也適于進行寬帶集群網絡部署。

（1）1.4GHz政務專網情況

從2011年起，工業和信息化部陸續在北京、上海、天津、南京4個城市和廣東省批準1447～1467MHz頻段的寬帶數字集群專網試驗，驗證了寬帶數據集群專網采用LTE作為網絡傳輸基礎，能獲得較好的數據速率。試驗網投入使用以來，在城市運行監控、生產安全管理、應急指揮、公共安全監督及城市物聯網等領域成功地為終端用戶提供了高質量的多媒體數字集群通信應用服務，實現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 所有用戶在各種業務下的頻譜需求

（2）系統兼容性考慮

從現有使用和規劃情況來看，1447～1467MHz頻段寬帶集群專網系統主要需考慮1430～1446MHz頻段民用無人機系統和1467～1492MHz頻段衛星廣播系統鄰頻的共存。當前，已完成系統間的共存研究，滿足規定的相關射頻技術指標可保證系統間兼容共存。

3.2 我國1.8G頻段在寬帶專網的可用性分析

為適應行業信息化應用的新需求，2008年無線電管理局發布了工業和信息化部無[2008]332號文，擴展了1785～1805MHz頻段的業務應用范圍，使其不僅可以開展語音、低速數據等窄帶應用，也可以開展無線視頻傳輸等寬帶應用。2009年國家發展和改革委員會、工業和信息化部聯合發布了《電子信息產業技術進步和技術改造投資方向（2009—2011）》，在通信設備領域，重點支持具有自主知識產權的寬帶無線接入系統、終端及核心芯片研發及產業化，推動新一代寬帶無線接入技術（含數字集群功能）在重點領域的行業應用。

信無部[2003]408號“關于擴展1800MHz無線接入系統使用頻段的通知”中指出，為適應本地無線接入業務的需求，促進無線接入技術的發展，提高頻譜利用率，將1800MHz時分雙工（TDD）方式無線接入系統的工作頻率帶寬由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、直轄市無線電管理機構負責。

表8 1427～1525MHz頻段劃分情況

經過多年的發展，1.8GHz頻段已經在油田、電力、民航、水利、公安等多個行業得到應用。隨著寬帶無線通信技術的發展，尤其是4G技術在寬帶無線專網的發展，及我國B-TranC寬帶無線集群標準的發展、專網市場對寬帶無線通信系統需求的增加，1.8G行業專網頻譜也成為寬帶專網技術的應用頻譜之一。目前，該頻譜情況已在工業和信息化部網站進行了公示。

3.3 700MHz頻段可用性分析

700MHz頻段是當前國際電信聯盟討論的熱點頻譜之一，主要用于IMT和PPDR業務；其帶寬范圍是698～806MHz間的頻段，一般統稱為700MHz頻段。該頻段在我國用于廣播電視業務。隨著廣電技術的發展，模擬電視向數字電視轉換后，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）頻譜特性和業務匹配

700MHz頻段具有信號覆蓋廣、穿透力強等特性，適合大范圍網絡覆蓋，組網成本低。在ITUWRC15的頻譜討論中，700MHz用于移動通信公網IMT業務和公共安全PPDR業務已經成為業界趨勢。各個國家及頻譜組織正在就700MHz在這兩種業務的分配方案中進行研究、討論。部分國家甚至已經完成了相應的分配。其頻段良好的無線穿透特性及覆蓋能力，用于運營商的IMT網絡，可很好地解決運營商無處不在的覆蓋要求，降低運營商建網成本，也是各大運營商必爭的頻譜資源之一；同時，由于PPDR業務要求覆蓋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，可以實現廣覆蓋的效果，大量減少基站建設，非常符合公共安全及公共事業寬帶專網應用的需求，并可大大減少建網成本。

（2）國際組織及各國家關于700MHz專網的頻段研究

美國政府于2012年初正式啟動FirstNet（全稱為FirstRespondersNetwork，即第一響應者網絡）項目的建設，利用4G技術建設覆蓋全國的國家寬帶專網。國會通過并撥款70億美元進行網絡投資。FCC聯邦通信委員會為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的運營商公網業務和PPDR業務的分配方式。

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

4 結束語

綜上所述，頻譜是寬帶專網產業發展的重要資源，是不可或缺的。無線通信技術的發展及社會各行業的變革促進了寬帶無線專網的發展。我國作為通信產業的大國，在寬帶專網領域，已經走在了世界的前列。尤其是產業發展推動、廠家自主研發解決方案及寬帶專網標準的進展方面都領先于其他國家，在實驗網的推動方面，經過3～4年的發展，產業鏈已經初具規模。寬帶專網頻譜資源成為亟待解決的關鍵因素。為推動我國寬帶專網的產業更快發展，本文從頻譜現狀、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的頻譜進行了闡述和分析，希望能對我國寬帶專網頻譜資源的規劃和使用決策有所幫助。

1 3GPPTS36.101

2 3GPPTS36.104

3 關于調整1785～1805MHz頻段無線接入系統技術指標及設臺要求的通知(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）