國(guó)內(nèi)外頻譜管理與優(yōu)化的研究

一、頻譜使用的現(xiàn)狀

近年來(lái)，無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)正在飛速的發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)數(shù)量和更好的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）需求成為無(wú)線產(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(dāng)中，與無(wú)線通信相關(guān)的新技術(shù)、新設(shè)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(xiàn)實(shí)。與此同時(shí)，隨著用戶(hù)數(shù)的增加，無(wú)線頻譜的 需求量也正在急劇增加。

根據(jù)Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]對(duì)未來(lái)頻譜需求的估計(jì)，到2020 年，按照兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商計(jì)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(guó)的業(yè)務(wù)和市場(chǎng)預(yù)測(cè)情況，根據(jù)ITU-R M.[IMT.METH]建議中定義的計(jì)算方法，可以得出我國(guó)到2020年總的頻譜需求約為1360MHz。其中IMT-2000及其增強(qiáng)型系統(tǒng)的頻譜需 求為560MHz，IMT-Advanced頻譜需求達(dá)到了800MHz。

目前世界各國(guó)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)線業(yè)務(wù)使用頻段的分配上，基本上是各國(guó)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)根據(jù)法定無(wú)線電業(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(rèn) 為無(wú)線電頻譜是一種有限的資源。隨著頻譜資源消費(fèi)者數(shù)量的不斷增加，這種寶貴的無(wú)線資源最終將會(huì)耗盡。

最近業(yè)界已形成一個(gè)共識(shí)，那就是可用的無(wú)線電頻譜資源幾乎已經(jīng)被分配完畢。圖1是美國(guó)的頻譜分配情況，圖2是中國(guó)目前的頻譜分配情況?？梢钥闯鰩缀跛械念l譜都已被授權(quán)業(yè)務(wù)所占用，在世界上 其它國(guó)家也存在類(lèi)似的情況。新的無(wú)線業(yè)務(wù)為了獲取可用的頻譜資源，已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)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(guó)的頻譜分配圖

圖2、中國(guó)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(nèi)（如蜂窩移動(dòng)通信頻段），頻段變得相當(dāng)擁擠，頻譜資源供不應(yīng)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(xiàn)象。

圖3是中國(guó)南方的某大城市一個(gè)地點(diǎn)7天24小時(shí)的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)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(guó)內(nèi)某城市一周之內(nèi)的頻譜占用情況

二、國(guó)內(nèi)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(tǒng)頻譜政策的有效性。固定頻譜分配政策在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)起到了很好的作用，然而隨著適合移動(dòng) 業(yè)務(wù)的頻譜接入量的快速增長(zhǎng)，已經(jīng)開(kāi)始阻礙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，當(dāng)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?yún)T乏”描述當(dāng)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?cè)诠こ?、?jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)地管理頻譜 接入，實(shí)現(xiàn)頻譜共享，以代替當(dāng)前政府“指令式”的靜態(tài)頻譜分配方式。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)技術(shù)研究計(jì)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(xiàn)有軍事通信在全球范圍內(nèi)軍事部署的性能。IEEE 802.22工作組正在制定的針對(duì)無(wú)線區(qū)域網(wǎng)（Wireless Regional Area Network，WRAN)的新標(biāo)準(zhǔn)，主要任務(wù)是利用現(xiàn)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(duì)多點(diǎn)的WRAN系統(tǒng)。

尋求如何有效提高無(wú)線頻譜利用效率，探索新的動(dòng)態(tài)、合理的無(wú)線頻譜管理方法，開(kāi)發(fā)促進(jìn)新的智能設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)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(yùn)營(yíng)商提供降低運(yùn)營(yíng)成本、擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)收益的合理化建議，已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及廣大學(xué)者研究的焦點(diǎn)。