國內外頻譜管理與優(yōu)化的研究

一、頻譜使用的現狀

近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)正在飛速的發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)數量和更好的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）需求成為無(wú)線(xiàn)產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的源動(dòng)力。因此在諸如家庭、辦公室以及公共場(chǎng)所等多種環(huán)境當中，與無(wú)線(xiàn)通信相關(guān)的新技術(shù)、新設備以及新 業(yè)務(wù)也一個(gè)接一個(gè)地接踵而至，這種場(chǎng)景使我們期待的無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不在的泛在通信網(wǎng)絡(luò )有望在不久的將來(lái)成為現實(shí)。與此同時(shí)，隨著(zhù)用戶(hù)數的增加，無(wú)線(xiàn)頻譜的 需求量也正在急劇增加。

根據Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]對未來(lái)頻譜需求的估計，到2020 年，按照兩個(gè)運營(yíng)商計算，IMT-2000和IMT-Advanced總的頻譜需求范圍是1440~1760MHz，最低的頻譜需求也要1440MHz。

按照我國的業(yè)務(wù)和市場(chǎng)預測情況，根據ITU-R M.[IMT.METH]建議中定義的計算方法，可以得出我國到2020年總的頻譜需求約為1360MHz。其中IMT-2000及其增強型系統的頻譜需 求為560MHz，IMT-Advanced頻譜需求達到了800MHz。

目前世界各國的頻譜管理方式主要采用官方指配和公開(kāi)拍賣(mài)方式，在 不同無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)使用頻段的分配上，基本上是各國無(wú)線(xiàn)電管理機構根據法定無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)的技術(shù)特點(diǎn)、業(yè)務(wù)能力、帶寬需求等因素，以固定頻段來(lái)進(jìn)行指配，因此可以認 為無(wú)線(xiàn)電頻譜是一種有限的資源。隨著(zhù)頻譜資源消費者數量的不斷增加，這種寶貴的無(wú)線(xiàn)資源最終將會(huì )耗盡。

最近業(yè)界已形成一個(gè)共識，那就是可用的無(wú)線(xiàn)電頻譜資源幾乎已經(jīng)被分配完畢。圖1是美國的頻譜分配情況，圖2是中國目前的頻譜分配情況?？梢钥闯鰩缀跛械念l譜都已被授權業(yè)務(wù)所占用，在世界上 其它國家也存在類(lèi)似的情況。新的無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)為了獲取可用的頻譜資源，已經(jīng)花費了數千億美元的投入，如歐洲和亞洲的3G頻譜的拍賣(mài)。

圖1、美國的頻譜分配圖

圖2、中國的頻譜分配圖

這種不斷增加的業(yè)務(wù)帶寬需求和有限的無(wú)線(xiàn)頻譜資源之間的矛盾變得越來(lái)越突出，似乎“頻譜匱乏”的問(wèn)題最終將會(huì )毀掉我們泛在網(wǎng)絡(luò )的美好未來(lái)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和 業(yè)務(wù)需求的變化，固定頻段指配的方式逐漸顯示出了其固有的弊端。在某些熱點(diǎn)業(yè)務(wù)的頻段內（如蜂窩移動(dòng)通信頻段），頻段變得相當擁擠，頻譜資源供不應求；而在其它的一些頻段（如廣播電視頻段），則存在時(shí)間和空間上的大量頻譜閑置的現象。

圖3是中國南方的某大城市一個(gè)地點(diǎn)7天24小時(shí)的測量結果。測量結果表明，即使在最擁擠的蜂窩移動(dòng)通信頻段，也存在個(gè)別時(shí)段上的大量閑置。

圖3、國內某城市一周之內的頻譜占用情況

二、國內外關(guān)于頻譜管理與優(yōu)化的研究

有限的頻譜資源和頻譜利用效率的低下使得人們開(kāi)始重新考慮傳統頻譜政策的有效性。固定頻譜分配政策在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間內起到了很好的作用，然而隨著(zhù)適合移動(dòng) 業(yè)務(wù)的頻譜接入量的快速增長(cháng)，已經(jīng)開(kāi)始阻礙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，當前所面臨的頻譜匱乏實(shí)際上并不是可用頻率物理上的稀缺，而是頻譜管理政策產(chǎn)生的桎梏，似乎 用“接入匱乏”描述當今頻譜使用的狀況更為合適。

頻譜使用的不平衡性，部分頻段利用不充分，另一些頻段則過(guò)分擁擠，激發(fā)人們在工程、經(jīng)濟和 管理領(lǐng)域去尋找更好的頻譜管理政策，一些更為靈活和有效的頻譜管理思想被提了出來(lái)。“開(kāi)放頻譜”的概念的提出，目的是使用新的技術(shù)和標準，動(dòng)態(tài)地管理頻譜 接入，實(shí)現頻譜共享，以代替當前政府“指令式”的靜態(tài)頻譜分配方式。美國國防部高級技術(shù)研究計劃署（Advanced Research Projects Agency，DARPA）關(guān)于“動(dòng)態(tài)頻譜接入（Dynamic Spectrum Access，DSA)”網(wǎng)絡(luò )的方法，旨在通過(guò)動(dòng)態(tài)地重新分配已有的頻譜資源，大大改善現有軍事通信在全球范圍內軍事部署的性能。IEEE 802.22工作組正在制定的針對無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)（Wireless Regional Area Network，WRAN)的新標準，主要任務(wù)是利用現有的UHF/VHF電視波段的空閑子帶進(jìn)行通信，建立固定的點(diǎn)對多點(diǎn)的WRAN系統。

尋求如何有效提高無(wú)線(xiàn)頻譜利用效率，探索新的動(dòng)態(tài)、合理的無(wú)線(xiàn)頻譜管理方法，開(kāi)發(fā)促進(jìn)新的智能設備的先進(jìn)技術(shù)，滿(mǎn)足人們日益增長(cháng)的對通信業(yè)務(wù)多樣性、寬帶性 的和高服務(wù)質(zhì)量的需求，為運營(yíng)商提供降低運營(yíng)成本、擴大運營(yíng)收益的合理化建議，已成為當今國內外研究機構及廣大學(xué)者研究的焦點(diǎn)。