國內外頻譜管理與優化的研究

一、頻譜使用的現狀

近年來，無線通信產業正在飛速的發展，越來越多的用戶數量和更好的服務質量（Quality of Service，QoS）需求成為無線產業向前發展的源動力。因此在諸如家庭、辦公室以及公共場所等多種環境當中，與無線通信相關的新技術、新設備以及新 業務也一個接一個地接踵而至，這種場景使我們期待的無處不在、無時不在的泛在通信網絡有望在不久的將來成為現實。與此同時，隨著用戶數的增加，無線頻譜的 需求量也正在急劇增加。

根據Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]對未來頻譜需求的估計，到2020 年，按照兩個運營商計算，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。

按照我國的業務和市場預測情況，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拍賣方式，在 不同無線業務使用頻段的分配上，基本上是各國無線電管理機構根據法定無線電業務的技術特點、業務能力、帶寬需求等因素，以固定頻段來進行指配，因此可以認 為無線電頻譜是一種有限的資源。隨著頻譜資源消費者數量的不斷增加，這種寶貴的無線資源最終將會耗盡。

最近業界已形成一個共識，那就是可用的無線電頻譜資源幾乎已經被分配完畢。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。可以看出幾乎所有的頻譜都已被授權業務所占用，在世界上 其它國家也存在類似的情況。新的無線業務為了獲取可用的頻譜資源，已經花費了數千億美元的投入，如歐洲和亞洲的3G頻譜的拍賣。

圖1、美國的頻譜分配圖

圖2、中國的頻譜分配圖

這種不斷增加的業務帶寬需求和有限的無線頻譜資源之間的矛盾變得越來越突出，似乎“頻譜匱乏”的問題最終將會毀掉我們泛在網絡的美好未來。隨著技術的發展和 業務需求的變化，固定頻段指配的方式逐漸顯示出了其固有的弊端。在某些熱點業務的頻段內（如蜂窩移動通信頻段），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地點7天24小時的測量結果。測量結果表明，即使在最擁擠的蜂窩移動通信頻段，也存在個別時段上的大量閑置。

圖3、國內某城市一周之內的頻譜占用情況

二、國內外關于頻譜管理與優化的研究

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去很長一段時間內起到了很好的作用，然而隨著適合移動 業務的頻譜接入量的快速增長，已經開始阻礙產業的發展。因此，當前所面臨的頻譜匱乏實際上并不是可用頻率物理上的稀缺，而是頻譜管理政策產生的桎梏，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，另一些頻段則過分擁擠，激發人們在工程、經濟和 管理領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。“開放頻譜”的概念的提出，目的是使用新的技術和標準，動態地管理頻譜 接入，實現頻譜共享，以代替當前政府“指令式”的靜態頻譜分配方式。美國國防部高級技術研究計劃署（Advanced Research Projects Agency，DARPA）關于“動態頻譜接入（Dynamic Spectrum Access，DSA)”網絡的方法，旨在通過動態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線區域網（Wireless Regional Area Network，WRAN)的新標準，主要任務是利用現有的UHF/VHF電視波段的空閑子帶進行通信，建立固定的點對多點的WRAN系統。

尋求如何有效提高無線頻譜利用效率，探索新的動態、合理的無線頻譜管理方法，開發促進新的智能設備的先進技術，滿足人們日益增長的對通信業務多樣性、寬帶性 的和高服務質量的需求，為運營商提供降低運營成本、擴大運營收益的合理化建議，已成為當今國內外研究機構及廣大學者研究的焦點。