無線接入與移動通信的頻率規劃研究

2019-11-03 09:33:58

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陳如明　　摘要針對目前全球3G的實施和演進發展中存在的問題，分析了3G前后向兼容的演進軌跡及中國寬帶無線接入和新一代移動通信的頻率規劃問題。

　　關鍵詞 GPRS/EDGE 寬帶無線接入 3G W-CDMA

一、移動通信的發展歷程

　　目前，3G業務的運行在全球普遍推遲。2.5G的加強運作及其增強型方案的出臺，實際上已步入3G+時代。4G的基本概念與框架結構的研究也已啟動，處于2.5G及3G+/4G夾擊下的3G似乎已呈現步履艱難的局面。因而，正確分析和處理3G的演進與發展問題，已成為重要的研究課題。

　　縱觀移動通信的發展歷程，迄今已經歷了五個階段。頭兩個階段為公眾移動通信尚未大規模發展時期，歷時分別約為30年和20年。之后，進入了1G和2G時期，現在已進入3G時期，包括其應用重疊期在內，均約為15～20年。就第三代移動通信而言，提出FPLMTS概念是1985年。即使以1992年WARC大會確定的基本頻率劃分配置為里程碑，迄今亦已過去了大約10年時間，進入成熟應用期仍需3～5年。2005年以后，再考慮其與3G+/4G的重疊應用，屆時仍將持續15～20年。目前，針對3G標準框架下的試驗設備已較成熟，可逐步進入技術試驗、商用試驗及商用階段。結合動態市場與技術演進暴露出來的性能不足問題，加上競爭和利益的驅動，借助寬帶無線接入基本技術的新進展，增強2.5G，啟動3G+/4G，將是向前演進的正確發展道路。

　　在日本，DoCoMo公司依然雄心未已，試圖以i-Mode為基礎，以3G為契機，徹底改變2G時代PDC制式未成全球標準的被動與失利局面，積極啟動其4G研究，把握3G向前演進的主動權。以Qualcomm為代表的北美集團則以ipR和Internet數據傳輸的飛速增長為動力，借助8PSK/16QAM高效調制，構成cdma2000 1X EV-DO的純數據傳輸HDR方式，使峰值數據速率突破2Mbit/s，達到2.4Mbit/s，數據容量達614kbit/s，相當于cdma 2000，1X Release A的峰值數據速率。2000年11月，由3GPP2將數據與語音同時傳輸的cdma2000 1X增強型方式（cdma2000 1X EV-DV）中的8種技術融合為四種，即iflex（Nortel Network），L3QS（LGE，LSI，Lucent，Qualcomm，Sumsung），LAS-CDMA（CWTS）和1X TREME（Nokia，Motorola，Texas Instrument，Philips），采用16QAM/64QAM等效率更高的調制方式，使峰值數據速率達到5.2Mbit/s或更高，從而構成了對GPRS/EDGE-WCDMA的挑戰，挽回了3G標準化中北美集團的被動局面，突出了市場定位下技術演進的重要性。而歐洲集團則一方面以GSM巨大后向兼容市場實力為基礎，鞏固其WAP/x-HTML-GPRS/EDGE-WCDMA的2.5G應用開發及其前向演進攻勢。同時，利用M-QAM高效調制與一整套自適應信號處理技術，提出了HSPA（HSDAP/HSUPA）等更高速率提案，使峰值數據速率可高達10Mbit/s以上，并于2001年3月中旬，由EriCSSon、Nokia，Siemens，Alcatel，Motorola等發起成立了WWRF論壇（Wireless World Research Forum），進行4G研究工作，從而啟動3G→3G+/4G的演進研究。同時，ITU-R WP8F的WG-Vis（Vision）遠景工作組PDNR與RSPC從標準化角度協調這些研究的進展，使之適應3G由IMT-2000向增強型演進，或后IMT-2000向新一代4G移動通信系統演進。

二、全面修訂中國無線電頻率劃分規定

　　1982年9月，原國家無線電管理委員會頒發了“無線電頻率劃分規定”（試行），爾后雖出臺了一些較為詳細的管理規定，但一直未作全面修訂。20世紀80年代中期以來，隨著無線電通信事業的飛速發展，全球電信環境急劇變化，無線電新業務層出不窮，不斷涌現。原有的“無線電頻率劃分規定”已不能反映我國頻率劃分及頻率規劃的實際情況，更不能適應市場經濟環境下，未來無線電通信發展的緊迫需要。于是，信息產業部無線電管理局遵照上級的部署與要求，積極組織對1982年版的“無線電頻率劃分規定”進行全面修訂。鑒于該頻率劃分規定是以頻率的劃分、分配、指配及其細節規劃為基礎的綱領性文件及總框架，有其獨特的重要性，同時修訂調整頻率的劃分限界、主次業務劃分、附加劃分、替代劃分及相應腳注，都涉及各類無線電業務的發展及部門利益，必然產生許多阻力與矛盾。如何妥善解決這些矛盾，需要認真思考并采取一系列切實可行的策略與措施。為此，確定了下述基本思路：

　　(1)要確定基本指導思想及指導、協商、討論的基本原則，提出合情合理并一致認同的具體的原則性要求。

　　(2)在這些指導思想、基本原則與具體要求前提下，組織各部門進行充分協調、討論與磋商。

　　(3)組成一個層次高、有權威性的無線電頻率規劃專家咨詢委員會，其成員應擺脫部門利益，本著對國家和民族負責的精神，以超然、公正和客觀的態度，站在一定高度，全面分析判斷國內外形勢，進行科學的咨詢與決策建議，以有效地促進雖經過多次協調、討論與磋商但仍存在分歧的問題的解決。專家咨詢委員會包括其高級顧問在內，由20名正教授級以上的中國科學院/中國工程院院士，軍隊和地方部門的知名無線電專家/學者所組成。

　　經過全國各部委的十余次協調討論及“無線電頻率規劃專家咨詢委員會”的兩次咨詢審議，最終完成了對1982年版本的“無線電頻率劃分規定”（試行）文本的全面修訂。經過修訂，“無線電頻率劃分規定”將適應全球信息/電信新環境下，中國市場經濟的發展需求與各行各業的實際需要，并與國際電聯出版的1998年版“無線電規劃”的最新版本和WRC-2000通過的最后法案文件接軌。

　　新的無線電頻率劃分規定作為各類無線電應用業務及各種頻段的頻率使用規劃的基礎性/綱領性文件及總框架,報經上級領導部門，包括國務院及中央軍委最高領導部門簽批通過后，再一次完成了編輯、核查和審定，現已向社會公布，并將以中/英文兩種版本正式出版。

三、寬帶固定無線接入與新一代移動通信的關系

　　固定無線接入比移動通信更容易操作，智能天線、軟件（定義的）無線電以及一系列現代編碼調制及自適應信號處理技術，可使功率/頻譜得到有效利用，往往在固定無線接入中首先試驗與裝備應用。因而，固定無線接入往往成為新一代移動通信的技術先導。對第三代之后的第四代移動通信系統結構的重要設想，是將各種新老交替的無線通信接入手段（包括新一代FWA技術及移動通信技術、多媒體廣播技術和Bluetooth Pico-cell接入技術）組合起來，借助于中介會聚橋接適配系統，與以IP為基礎的核心網相連接，構成第四代移動通信系統的框架，從而形成固定與移動的有機融合。

四、新一代寬帶無線接入的頻率規劃

　　1.已投入業務的無線接入頻段的頻率再規劃

(1)固定無線接入與移動業務的區別

　　固定無線接入亦稱無線本地環路（WLL），其主要作用是在一定條件下，提供本地交換局至終端用戶之間的通信服務，但不提供局間漫游服務，以區別于移動業務的運行。在建筑物內或局部區域，可通過移動終端提供漫游式低速移動服務。

(2)8GHz頻段TDD模式的無線接入

　　在1710～1880MHz的DCS/GSM1800HMz頻段內，存在著TDD運行的收發保護間隔（1785～1805MHz），可作為TDD模式的無線接入。已發布的頻段為1800～1805MHz，以SCDMA TDD模式供公眾網或專用網的無線接入用。同時，亦鼓勵采用具有高效接入系統性能的OFDM（此種方式可統稱為（x）OFDM（y），即利用各項先進處理手段的OFDM方式）TDD模式進行技術試驗，以檢驗其應用可行性。

(3)1900～1920MHz頻段按TDD模式由下述幾種制式進行頻率共用

①1900～1915MHz，PHS；

②1905～1920MHz，DECT；

③1908～1915MHz，TDMA/CDMA TDD；

④1915～1920MHz，Cordless DECT。

　　所有這些，目前均為窄帶運行模式。其中，PHS較為市場所看好，它是特定運行環境下的產物，已超越原先定義的WLL固定業務范疇，而演變為一種區域漫游的移動業務。目前，對管理規則、資費政策等方面的爭議，正在協調整合中。此頻段的窄帶運用目前尚未宣布其截止日期，但遲早是要確定的，以促使其向TDD寬帶移動通信過渡。

(4)FDD可采用TDMA或CDMA方式

　　為確保IMT-2000核心頻段的頻譜要求， FDD WLL在該頻段運行僅是臨時性規劃，只能使用至2002年底。為避免運營企業蒙受不必要的經濟損失，近年來已嚴格控制在該頻段內設置WLL。如確需設置，也必須報信息產業部審批。近期，信部無[2001]522號文件“關于清理1885～2025MHz及2110～2200MHz頻段有關問題的通知”再次重申，FDD WLL頻段的頻率使用有效期截止到2002年底，期滿后將無條件收回，今后不再辦理上述頻段的相應無線電發射設備型號核準證。從2002年1月1日起，停止辦理此頻段內無線電發射設備（包括CKD和SKD）的進口審批手續。

(5)ISM頻段的擴頻SS系統接入

　　2.4GHz頻段(2400～2483.5MHz)和5.8GHz頻段（5725～5850MHz）的接入效率較低，目前仍按發放電臺（站）的執照方式進行有序管理，限制其作點對多點或網狀結構的應用，以便為藍牙、室內無線局域網、數字無線電話及無線自動識別、數據采集等短距離、微功率、無執照系統在2.4GHz頻段內同時運行創造較好的環境。

2.新的中高速（中寬帶）無線接入頻率規劃

　　根據信息產業部無線電管理局信部無[2000]88文件要求，3400～3430MHz/3500～3530MHz共2×30MHz的頻帶擬供FDD方式中的高速無線接入使用。經過技術試驗及電磁兼容分析，若證明FWA系統與衛星C擴展頻段有頻率共用之可能，并確定了共用條件后，可根據FWA的技術發展與市場需求，研究和確定FWA系統如何在3400～3600MHz頻段內實現與衛星系統的頻率共用。若證明兩者之間不可兼容，或為避免相互干擾，FWA系統將于2005年底前退出3400～3600MHz頻段。因此，對2×30MHz頻段應予珍惜，使其得到充分有效的利用。運營商、制造廠家與管理部門等應共同努力，積極促成3400～3600MHz頻段的頻率共用。北京、天津及廈門的窄帶及中寬帶無線接入試驗結束后，面對商用頻率進一步分配的巨大壓力，以單一的行政審批手段分配極其有限的頻譜資源，已不適應眾多電信運營商及有志從事電信業務的經營企業對有限資源分配的需求。經仔細分析研究后，信息產業部決定對3.5GHz頻段地面固定無線接入系統的使用頻率采用評選（招標）方式進行分配。為了穩妥，先選取有代表性，但又不是最敏感的五個城市，即南京、廈門、青島、武漢、重慶（其中，既有直轄市，又有省會城市）進行了試驗。在此基礎上，擬再向全國另外32個?。▍^、市）級大城市及計劃單列市以評選（招標）方式進行頻率分配。如有可能，還擬推進衛星及無線電定位系統等頻率的共用研究與試驗規劃，爭取使該頻段能得到進一步擴充，以滿足中寬帶無線接入的巨大需求。

3.高頻段寬帶無線接入頻率規劃

　　高頻段寬帶無線接入目前僅考慮LMDS，技術試驗已接近結束。根據已有的無線接入頻段，并結合我國無線電頻率劃分的具體情況，相應的試驗頻段擬采用26GHz及38GHz，由運營商與制造廠家聯合，分別在廣州、上海、北京、重慶、武漢、杭州、大連、青島、深圳、珠海、綿陽等地全面展開試驗。在補充進行雨衰影響試驗后，技術試驗將進入評審階段。LMDS的頻率規劃與試驗工作在充分分析和參考美國、歐洲的經驗教訓基礎上，結合中國的實際頻率劃分與業務分布狀況，首先以雨衰性能相對優良的26GHz頻段、2.3GHz帶寬的大塊頻譜作為LMDS主用頻譜，這將有利于國產化的實施。38GHz頻段作為協調更短距離的高密度應用?；绢l帶寬度按3.5MHz×N方式遞增，基本容量效率應≥4×2.048Mbit/s/7MHz。26GHz頻段的試行FDD頻譜限界規劃為：中心站下行24.507～25.515GHz，遠端站上行25.757～26.765GHz。

4.Bluetooth/Pico-cell的無線接入頻率規劃

　　目前，Bluetooth使用的是2.4GHz ISM頻段。但我國在該頻段存在領有執照的SS擴頻業務。在該頻段內進行藍牙、無線局域網、SS等業務頻率共用的實際測試后，頒發了2.4GHz頻段再規劃的信部無[2001]653號文，確定藍牙、室內無線局域網、數字無繩電話和無線自動識別等技術按短距離、微功率、無執照無線電通信設備方式管理，按其有效全向輻射功率≤10mw，雜散發射功率≤-6dBm/100kHz（30MHz～1GHz）及≤-30dBm/100kHz（1GHz～12.75GHz）等進行管理。較高發射功率的SS系統仍以有執照臺站管理方式進行管理，并將SS的有效全向輻射功率嚴格限制在≤500mW。網絡結構僅作點對點方式運行，將來逐步轉向運用較高效率的中寬帶無線接入手段，以便為藍牙等Pico-cell無線接入手段創造良好的運行環境。

5.平流層高空氣艇平臺（HAPS或STS）的頻率規劃

　　2005～2008年以后，寬帶無線接入手段可能有良好的應用價值。國內相關科研部門正與國外合作進行相應的前期研究工作。此頻率的規劃將向ITU的標準化靠攏，原則上支持1885～1980MHz，2010～2025MHz及2110～2170MHz頻段的IMT-2000空中基站寬帶技術試驗及高頻段27.5～28.35GHz/31.0-31.3GHz和47.2 ～47.5GHz/47.9～48.2GHz等寬帶技術，但應特別關注其對既有業務的頻率共用。

6.無執照無線接入頻率的規劃

　　目前，中國無執照無線接入頻段僅有所謂短距離、微功率范疇的室內無繩電話頻段，諸如45.0～45.5/48.0～48.5MHz及840～843MHz的模擬無繩電話頻段與1915～1920MHz的數字無繩電話頻段。然而，800MHz頻段及1.9GHz頻段均為IMT-2000運行頻段，應逐步納入IMT-2000的核心頻段及附加頻段。數字無繩電話無執照運行頻段可向2.4GHz ISM已規劃頻段轉移。

　　鑒于U-NⅡ無執照運行方式的國際發展狀況，我國應結合國情，冷靜、穩妥地進行頻率規劃與分析研究，逐步確定其細節規劃。

　　新一代寬帶無線接入的頻率規劃應密切結合我國的頻率規劃，按不同頻段、不同覆蓋能力、不同容量配合、不同接入方式，使寬帶無線業務能穩步、有序、合理地健康發展。

五、新一代移動通信的頻率規劃

　　對于新一代移動通信的頻率規劃，中國始終與國際社會的標準化活動密切配合，并結合中國國情積極展開工作。經過全面修訂的中國無線電頻率劃分規定（2000版），就是在充分考慮到WRC-2000的最新進展下出臺的。

1.對IMT-2000核心頻段的考慮

　　首先，應積極開展1920～1980MHz/2110～2170MHz IMT-2000 FDD核心頻段的清頻與試驗準備工作，1.9GHz FDD WLL必須于2002年底前無條件讓出。1900～1920MHz TDD WLL頻段亦將適時提出其截止運行時限，逐步過渡到IMT-2000 TDD應用。原則上，對1865～1900MHz頻段的處理應根據國際IMT-2000附加頻段（1710～1885MHz頻段）的規劃結果確定相應方案，但在IMT-2000 TDD模式中，TD-SCDMA運行結果受到廣大用戶歡迎的情況下，不排除IMT-2000 TDD模式的運行。1980～2010MHz/2170～2200MHz頻段仍用作IMT-2000 MSS運行。

2.對IMT-2000附加頻段的規劃

　　2010年以前，我國對IMT-2000附加頻譜的需求約為160MHz～210MHz，高于國際上確認的三個區域160MHz的帶寬需求（其中不包括2G至3G自然演進的系統頻段）。同時，中國提議的IMT-2000 TDD標準TD-SCDMA與FDD方式相比，可更靈活地利用附加頻譜塊。中國在WRC-2000大會以后，一直積極支持更多的IMT-2000附加頻帶。對這些附加頻段，中國仍將與國際社會緊密合作，探討其細節頻率規劃。

3.3G﹢/4G移動通信應用的頻率規劃

　　不少發展中國家及移動通信欠發達國家對470～860MHz供IMT-2000的運用饒有興趣。2008～2010年后，3G+/4G運用的頻譜總需求可能會高達1.5～2.0GHz，應逐步規劃6～8GHz以下的傳播條件，其中包括對2700～2900MHz及3.0～6/8GHz頻段的進一步分析考慮，以供3G﹢/4G移動通信用。如果4G的基本框架中包括移動業務與寬帶無線接入相互融合為通用無線接入，則目前正在積極考慮的3.0～3.4GHz，3.4～3.6GHz，5.3GHz，5.8GHz等寬帶無線接入的頻帶亦將成為重要考慮對象。目前，中國對350，380，450，800，900MHz及2.4，5.8GHz等頻段的進一步頻率再規劃，亦將有助于將來在傳播條件很好的較低頻段開展新一代移動通信業務。

4.高頻段新一代移動通信的頻率規劃考慮

　　與有線傳輸xDSL（HDSL，IDSL，ADSL，SDSL，VDSL，RADSL等），HFC，FTTN，FTTC，FTTB，FTTH，APON等寬帶傳輸發展相對應，通用寬帶無線接入亦在快速推進，諸如地面寬帶固定無線接入MMDS（MVDS），LMDS（LMCS），IEEE802.11及16，HIPERLAN2，HIPERACCES，U-NII SUPERNET，BWAN，Magic WAND，AWACS，SAMBA，MEDIAN，HDFS，HAPS，Optical Air Wavestar等向寬頻帶、似光纖方向推進，調制與波形成形處理技術QPSK，DQPSK，OQPSK，8-PSK，16-QAM等邁向利用更高狀態數的M-QMA，并包括利用先進的自適應（x）OFDM（y）技術在內。HAPS的工作頻段已涉及2GHz頻段，27.5～28.35GHz/31.0～31.3GHz頻段及42.7～47.5GHz/47.9-48.2GHz頻段，LMDS及HDFS頻段已涉及24，26，28，31，34，38GHz頻段及37～40GHz，40.5～43.5GHz，51.4～52.6GHz與55.78～66GHz頻段。對寬帶移動接入與移動通信MBS（Mobile Broadband System）而言，除上述5.3GHz，5.8GHz，10～16GHz外，大多集中考慮19.485～19.565GHz，39.5～40.5GHz，42.5～43.2GHz，59～64GHz等頻段，這方面的基本研究工作在歐洲、美國和日本均在積極進行中。例如，在歐洲涉及MBS的ACTS（Advanced Communications Technologies and Services）項目中著名研究項目即有諸如MWAND，AWACS，SAMBA及MEDLAN，其工作頻段取用5GHz，19GHz，40GHz，61GHz等頻段，MWAND及MEDIAN為室內慢速移動，AWACS及SAMBA可充當室外較高移動速度工作，覆蓋范圍一般較小，為數十米至200米左右。這是一種廣義的UMTS GRAN/BRAN新一代無線網絡框架結構與裝備技術的研究，其目標是裝備STM-1 155Mbit/s乃至速率更高的移動或半移動環境下高速優質多媒體個人通信服務與應用。在進一步規劃3G﹢/4G系統的頻譜資源應用時，應注意這些基本情況，并結合國際社會進一步新進展及中國國情而適時地逐步確定其規劃細節。

摘自《通信標準與質量信息網》

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