第三代公共陸地移動(dòng)通信運(yùn)營商的最小頻率需求

2019-11-03 09:41:44

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供稿：網(wǎng)友

信息產(chǎn)業(yè)部郵電規(guī)劃研究院　吳立風(fēng)　　摘要：目前國際上許多國家已經(jīng)完成或正在進(jìn)行第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)營許可證的開發(fā)工作，影響許可證發(fā)放數(shù)量的因素很多，在此主要是從頻率的角度通過分析每個(gè)運(yùn)營商3G組網(wǎng)所需的最小頻率和現(xiàn)有的可以使用的頻率資源來確定近期我國第三代公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)許可證的數(shù)量。

　　關(guān)鍵詞：第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)　核心頻段　FDD　TDD　分?jǐn)?shù)結(jié)構(gòu)　宏蜂窩　微微蜂窩

　　目前，在電信發(fā)達(dá)國家，經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)入市場的經(jīng)營許可證的數(shù)量一般不受限制，但移動(dòng)通信除外，因?yàn)檫@種業(yè)務(wù)會(huì)受到頻率資源、地理?xiàng)l件、市場規(guī)模等各方面條件的限制，所以各國的相關(guān)管制機(jī)構(gòu)對經(jīng)營者數(shù)量總是嚴(yán)加控制。確定發(fā)放的移動(dòng)通信經(jīng)營許可證的數(shù)量不僅僅要考慮技術(shù)方面的因素，如頻率資源是否足夠等，還要考慮到是否利于競爭、規(guī)模經(jīng)濟(jì)等多方面的影響，在此我們主要是從頻率的角度通過分析每個(gè)運(yùn)營商組網(wǎng)所需的最小頻率和現(xiàn)有的可以使用的頻率資源來確定近期我國第三代公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)營許可證的發(fā)放。

　　1.近期我國第三代陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)可以使用的頻率

　　關(guān)于第三代系統(tǒng)頻譜，早在世界無線電行政大會(huì)----WARC92大會(huì)上已經(jīng)對全球在2GHz頻帶內(nèi)確定了總共230MHz的頻率：其中陸地部分170MHz、衛(wèi)星部分60MHz，具體分配規(guī)定如圖1所示。而陸地業(yè)務(wù)部分的頻率又分為FDD方式和TDD方式：其中FDD方式：1920-1980MHz、2110-2170MHz共60×2MHz；TDD方式：1885-1920MHz、2010-2025MHz共50MHz。

　　由于移動(dòng)通信用戶的飛速發(fā)展和即將出現(xiàn)的高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以前WARC92分配的用于IMT-2000的頻率已經(jīng)不能滿足需求，經(jīng)過多次會(huì)議的研究ITU-R M[IMT SPEC]報(bào)告得出結(jié)論：除去WARC-92已經(jīng)確定的頻率和各地區(qū)目前用于第一、二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率外，IMT-2000的陸地部分還需要再增加160MHz頻率。

　　根據(jù)剛結(jié)束的WRC2000大會(huì)，IMT-2000陸地部分的擴(kuò)展頻段已經(jīng)確定，分別為：806-960MHz、1710-1885MHz、2500-2690MHz，這3個(gè)擴(kuò)展頻段與WRC92確定的核心頻段享有相同的地位。在這3個(gè)擴(kuò)展頻段中，我國除了有第一、二代的移動(dòng)通信系統(tǒng)在使用外，還有一些廣播、集群、微波等系統(tǒng)在作用，在近期這些擴(kuò)展頻段不太可能用于第三代系統(tǒng)，也就是說近期我國第三代陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)最有可能使用的頻率最多只有170MHz（FDD:60×2MHz，TDD:50MHz）。

　　2.第三代公共陸地移動(dòng)通信運(yùn)營商的最小頻率需求

　　為了保證網(wǎng)絡(luò)的良好發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)營者應(yīng)該充分地利用有限的頻率資源，同時(shí)相關(guān)政府管制機(jī)構(gòu)也應(yīng)該賦予他們足夠的頻率使他們能夠采取靈活的組網(wǎng)方式來滿足不同用戶的不同業(yè)務(wù)需求。為了提高網(wǎng)絡(luò)的容量和提供良好的服務(wù)質(zhì)量，通常第三代系統(tǒng)的運(yùn)營商都會(huì)采用等級小區(qū)的結(jié)構(gòu)來組網(wǎng)，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)由宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩組成。因?yàn)樵谝苿?dòng)用戶活動(dòng)的所有環(huán)境中中心商業(yè)區(qū)對頻率的需求最大，因此下面仍以中心商業(yè)區(qū)為例來分析該地區(qū)運(yùn)營商的最小頻率需求。

　　整個(gè)分析基于以下的假設(shè)條件：

　?。?）使用的最小頻率單位為5MHz/載波。它包括必要的保護(hù)帶寬，具有相同的頻譜效率，因此第三代系統(tǒng)可提供12個(gè)FDD（雙向）和10個(gè)TDD載波；

　?。?）FDD模式：在移動(dòng)速度慢時(shí)單載波所能提供的最大數(shù)據(jù)速率為2Mbit/s，所有環(huán)境都能提供384kbit/s的數(shù)據(jù)速率；TDD模式只在移動(dòng)速度慢的環(huán)境使用，單載波所能提供的最大數(shù)據(jù)速率也是2Mbit/s；

　　（3）小區(qū)類型、移動(dòng)速度、可得到的最大數(shù)據(jù)速率見表1。在靠近微蜂窩基站處有可以提供2Mbit/s的業(yè)務(wù)的可能（移動(dòng)速率慢時(shí)）；

　?。?）話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)90％的業(yè)務(wù)量由第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供；

　　（5）三代運(yùn)營商擁有相同的市場份額。該假設(shè)雖然忽略了有的運(yùn)營商擁有更多市場份額的可能，但其它的假設(shè)更不可行。在估算三代運(yùn)營商的最小頻譜需求時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)由于分配的頻率不夠而影響運(yùn)營商市場份額的情況，因此這一假設(shè)是比較合理的。

　　具體分析方法：

　　①根據(jù)第三代系統(tǒng)的可用頻率確定多種頻率分配方案；

　　②根據(jù)前面的預(yù)測和分配方案中運(yùn)營者的數(shù)量求出每個(gè)運(yùn)營者在每層應(yīng)該承擔(dān)的業(yè)務(wù)量；

　　③根據(jù)方案中運(yùn)營者分配的頻率得出每個(gè)運(yùn)營者在每層可以滿足的業(yè)務(wù)量；

　?、軐⑸鲜鰞芍迪啾容^即可得出每個(gè)運(yùn)營者每層的小區(qū)負(fù)荷，它表示的是在忙時(shí)信道的利用率；

　　⑤從實(shí)際出發(fā)，每層結(jié)構(gòu)的小區(qū)負(fù)荷（上行和下行）應(yīng)小于100％；

　?、藿Y(jié)合其它方面因素如運(yùn)營者的網(wǎng)絡(luò)組織是否具有靈活性等最終確定合適的方案。

　　根據(jù)上述方法提出了8個(gè)方案，各方案的最大運(yùn)營者數(shù)量情況如表2所示。

　　方案1：2×5MHz（FDD）/運(yùn)營者，共12個(gè)運(yùn)營者

　　在該方案中，每個(gè)運(yùn)營者分配的頻率為2×5MHz，最多可發(fā)入10個(gè)經(jīng)營許可證。從上面的計(jì)算可以看出運(yùn)營者的網(wǎng)絡(luò)容量不能夠滿足用戶的業(yè)務(wù)需求；此外，在多業(yè)務(wù)環(huán)境中為了提供速率達(dá)2Mbit/s的業(yè)務(wù)，2層的小區(qū)結(jié)構(gòu)是必需的。而此方案運(yùn)營者只有1個(gè)載波，無法提供2Mbit/s的業(yè)務(wù)，因此在同一時(shí)間為有不同需求的用戶提供服務(wù)的靈活性大大降低。同時(shí)，在該方案中由于沒有宏蜂窩層，要想實(shí)現(xiàn)無穎覆蓋投資是非常大的，而且它不能夠?yàn)榭焖僖苿?dòng)的用戶提供良好的服務(wù)。

　　因此，從技術(shù)角度來分析方案1是不可行的。

　　方案2：2×5MHz（FDD）＋5MHz（TDD）/運(yùn)營者，共10個(gè)運(yùn)營者

　　方案3：2×10MHz（FDD）/運(yùn)營者，共6個(gè)運(yùn)營者

　　這兩個(gè)方案都采用2層小區(qū)結(jié)構(gòu)：微蜂窩層、微微蜂窩層。從計(jì)算結(jié)果來看，它們的容量都能滿足用戶的業(yè)務(wù)量需求，但缺點(diǎn)在于缺少宏蜂窩層。沒有宏蜂窩層就無法滿足快速移動(dòng)用戶的通信質(zhì)量要求，而且要想提供與目前第二代系統(tǒng)運(yùn)營者同樣的覆蓋范圍是非常困難的。

　　因此，這兩個(gè)方案也不推薦。

　　方案4：2×10MHz（FDD）＋5MHz（TDD）/運(yùn)營者，共6個(gè)運(yùn)營者

　　該方案采用3層小區(qū)結(jié)構(gòu)：宏蜂窩（1個(gè)FDD載波）、微蜂窩（1個(gè)FDD載波）、微微蜂窩（1個(gè)TDD載波），每個(gè)運(yùn)營者分配25MHz頻率，第三代的頻率資源可供6個(gè)運(yùn)營者使用。根據(jù)計(jì)算，在該方案中運(yùn)營者的網(wǎng)絡(luò)容量也能滿足業(yè)務(wù)量需求；但是由于微蜂窩層只有1個(gè)載波，在某些地方提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)可能會(huì)存在一些問題，也就是說網(wǎng)絡(luò)組織起來靈活性不是很令人滿意，所以方案4也不是一個(gè)最優(yōu)的方案。

　　方案5：2×15MHz（FDD）/運(yùn)營者，共4個(gè)運(yùn)營者

　　該方案也是采取3層小區(qū)的等級結(jié)構(gòu)，其情況與方案4類似，區(qū)別僅在于方案4的微微蜂窩使用的是非對稱頻段而此方案是對稱頻段。方案4的不足之處在方案5中也同樣存在，而且它還有別的缺點(diǎn)：可以滿足的運(yùn)營者數(shù)量少于方案4，沒有利用非對稱頻段的優(yōu)勢，在有效處理非對稱業(yè)務(wù)時(shí)有些困難，因此方案5也不推薦。

　　方案6：2×15MHz（FDD）＋5MHz（TDD）/運(yùn)營者，共4個(gè)運(yùn)營者

　　該方案采用3層小區(qū)結(jié)構(gòu)：宏蜂窩（1個(gè)FDD載波）、微蜂窩（2個(gè)FDD載波）、微微蜂窩（1個(gè)TDD載波），每個(gè)運(yùn)營者分配35MHz頻率，可發(fā)放4個(gè)第三代系統(tǒng)的經(jīng)營許可證。它與方案4的區(qū)別只在于其微微蜂窩有2個(gè)載波，而方案4只有1個(gè)，由于它彌補(bǔ)了方案4的不足，我們認(rèn)為該方案是比較可取的。

　　方案7：2×20MHz（FDD）/運(yùn)營者，共3個(gè)運(yùn)營者

　　3層小區(qū)：宏蜂窩（1個(gè)FDD載波）、微蜂窩（2個(gè)FDD載波）、微微蜂窩（1個(gè)FDD載波）。

　　方案8：2×20MHz（FDD）＋5MHz（TDD）/運(yùn)營者，共3個(gè)運(yùn)營者

　　3層小區(qū)：宏蜂窩（1個(gè)FDD載波）、微蜂窩（3個(gè)FDD載波）、微微蜂窩（1個(gè)TDD載波）。

　　方案7和方案8從網(wǎng)絡(luò)容量，提供業(yè)務(wù)的全面性，網(wǎng)絡(luò)組織的靈活性等各方面來看都能夠滿足要求，但相對于方案6而言，每個(gè)運(yùn)營者分配的頻率有所增多，如果頻率是有償使用，則運(yùn)營者的經(jīng)營成本就會(huì)增加，因此從經(jīng)濟(jì)方面考慮我們不推薦這兩個(gè)方案。

　　綜上所述，我們推薦方案6為優(yōu)選方案，即第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)營上所需的最小頻率為2×15MHz（FDD）＋5MHz（TDD），發(fā)放的經(jīng)營許可證數(shù)量為4個(gè)。

摘自《移動(dòng)通信世界》2001.3期

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