摘要

目前全球多個(gè)國家正在積極推動頻率共享，緩解日益增長的頻率需求。本文分析了頻率共享技術(shù)和模式的發(fā)展情況，特別是免許可頻段共享體現(xiàn)出巨大潛力。部分國家已制定了頻譜共享計(jì)劃，推動電視白頻譜、2.3GHz、3.5GHz等頻段的頻率共享使用。我國也需要加強(qiáng)頻率共享的研究和探索。

1、寬帶無線業(yè)務(wù)快速發(fā)展，頻率供需矛盾日益突出

近3年來移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出高速增長趨勢，截至2015年6月底全球移動用戶達(dá)72億，移動用戶滲透率達(dá)99%；2015年第二季度全球移動數(shù)據(jù)流量增長15%，與2014年同期相比增長55%。特別是4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，截至2015年第二季度LTE用戶已達(dá)7.4億。隨著寬帶無線業(yè)務(wù)的快速增長，對頻率資源的需求大幅增加，根據(jù)ITU預(yù)測，全球范圍2020年全球移動通信（IMT）頻率需求將達(dá)到1340-1960MHz，我國2020年移動通信頻率需求在1490-1810MHz。未來頻率資源的供需矛盾將非常突出。

2、頻率共享是解決供需矛盾的重要手段

頻譜資源作為一種稀缺資源是無線電通信的基礎(chǔ)，頻率供給不足將影響各類無線電業(yè)務(wù)的發(fā)展。目前全球6GHz以下的絕大部分頻率已分配給多個(gè)無線電業(yè)務(wù)使用，隨著寬帶無線業(yè)務(wù)頻率需求的增加，除了為IMT規(guī)劃更高頻段資源外，一個(gè)重要的方向就是加強(qiáng)已分配頻率的高效使用。而頻率資源具有時(shí)間、空間等多維度屬性，加強(qiáng)頻率資源在時(shí)間和空間等維度的共享使用成為解決供需矛盾的重要手段。

2.1、認(rèn)知無線電等頻率動態(tài)使用技術(shù)使頻率動態(tài)共享成為可能

自2000年起，學(xué)術(shù)界就開展了以認(rèn)知無線電（CRS）為代表的動態(tài)頻率使用技術(shù)研究。目標(biāo)是研制出一種智能無線通信系統(tǒng)，能夠感知外界環(huán)境，通過實(shí)時(shí)改變傳輸功率、載波頻率和調(diào)制方式等系統(tǒng)參數(shù)，高效使用空閑的頻率資源。經(jīng)過十多年的研究，動態(tài)頻率使用的關(guān)鍵技術(shù)已有較大進(jìn)展。在2012年的世界無線電通信大會上各國圍繞CRS開展了熱烈的討論。考慮到技術(shù)成熟度、頻率原有用戶保護(hù)以及業(yè)務(wù)模式等問題，目前各國還沒有大規(guī)模使用認(rèn)知無線電系統(tǒng)，但部分國家基于CRS理念在一些頻段開展了頻率動態(tài)共享。

2.2、免許可頻段的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)了頻率共享的巨大潛力

免許可頻段使用是頻率共享的典型模式。全球各國為工業(yè)、科學(xué)研究和醫(yī)療規(guī)劃了多個(gè)免許可證頻段，開放給不同無線通信系統(tǒng)共享使用。以2.4GHz頻段為例，WLAN、藍(lán)牙、Zigbee和RFID等多個(gè)無線通信系統(tǒng)和技術(shù)共享使用該頻段。2.4GHz頻段已成為全球利用率最高的頻段之一。截至2014年全球僅運(yùn)營商部署的WLAN熱點(diǎn)超過7100萬，根據(jù)思科統(tǒng)計(jì)，2014年全球移動終端流量的45%分流到WLAN網(wǎng)絡(luò)。截至2014年9月我國運(yùn)營商部署的WLAN公共熱點(diǎn)達(dá)602萬個(gè)，主要使用2.4GHz和5.8GHz頻段共208.5MHz頻率，分流近50%的智能終端流量。免許可頻段的高效使用充分說明頻率共享的巨大潛力。

2.3、低效利用頻段成為頻率共享的候選頻段

從資源利用效率角度出發(fā)，低效利用頻段是頻率共享的重要候選頻段。由于技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用模式的差異性，部分無線電業(yè)務(wù)只在局部區(qū)域使用，導(dǎo)致頻率在時(shí)間和空間等維度的利用效率較低。2014年歐盟通過對24個(gè)國家400MHz-6GHz頻段開展頻率清查，發(fā)現(xiàn)了八段低效使用頻率，其中部分頻段將以共享方式進(jìn)行部署使用。美國計(jì)劃拿出低效使用的政府所屬頻率，以共享方式用于其他無線電業(yè)務(wù)。

3、多個(gè)國家積極推動頻譜共享的部署使用

隨著頻率供需矛盾的日益突出，傳統(tǒng)的頻率獨(dú)享使用模式顯現(xiàn)出其弊端，多個(gè)國家正在積極推動各類頻率共享的部署使用。從2010年的電視白頻譜到近期2.3GHz、3.5GHz頻段移動通信業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)動態(tài)共享，都顯示出各國試圖通過頻率共享的方式緩解頻率供給壓力。

3.1、部分國家開展了電視白頻譜的共享使用

為了充分利用空閑的廣播電視頻段（電視白頻譜，TVWS），部分國家采用基于地理數(shù)據(jù)庫的認(rèn)知無線電技術(shù)開展了廣播電視業(yè)務(wù)和無線通信業(yè)務(wù)的頻率共享。IEEE針對TVWS制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)802.11af。2010年美國FCC明確了電視白頻譜的使用規(guī)定，無線通信設(shè)備以免許可方式使用TVWS，但需要連接到授權(quán)數(shù)據(jù)庫報(bào)告其使用位置，獲取可用信道。隨后加拿大、新加坡、英國和新西蘭等國家也制定了各自TVWS的規(guī)定，通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)TVWS的不同區(qū)域多個(gè)業(yè)務(wù)共享。目前TVWS主要用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的寬帶接入。

3.2、美國推進(jìn)頻率高速公路計(jì)劃，加強(qiáng)3.5GHz頻段的共享使用

2009年美國的國家寬帶戰(zhàn)略中就提出要為寬帶無線通信釋放500MHz的頻率資源。在后續(xù)執(zhí)行過程中，F(xiàn)CC及NTIA發(fā)現(xiàn)為移動通信分配獨(dú)享的頻率資源難度較大。2012年7月，美國總統(tǒng)科技顧問委員會（PCAST）公布了關(guān)于發(fā)揮國家頻譜的全部潛能以刺激經(jīng)濟(jì)增長的報(bào)告。報(bào)告提出建立頻譜高速公路，支持通過共享方式高效利用政府所屬的頻譜，建議確定1000MHz的頻譜采用區(qū)塊劃分與其他行業(yè)實(shí)現(xiàn)共享。根據(jù)PCAST建議，F(xiàn)CC計(jì)劃在3.5GHz頻段的3650-3700MHz開展移動網(wǎng)絡(luò)和國防系統(tǒng)的頻率共享。FCC提出三個(gè)層面的接入形式，包括原有用戶接入、受保護(hù)的接入（也稱作優(yōu)先接入）和通用授權(quán)接入（GAA）。FCC根據(jù)3.5GHz頻道已有的軍用系統(tǒng)劃定了禁用區(qū)域，要求運(yùn)營商采用小蜂窩的方式，基于FCC構(gòu)制定的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的共享框架開展頻率共享。3.5GHz共享價(jià)值在于提升運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)容量，特別是室內(nèi)場景的網(wǎng)絡(luò)承載能力。

3.2、歐盟在2.3GHz頻段采用LSA模式開展頻率共享

2014年歐洲郵電管理委員會（CEPT）開始研究LSA的管理框架以及在2300-2400MHz頻段上通過LSA發(fā)展無線寬帶應(yīng)用的可能性。歐盟委員會在其五年無線電頻譜政策計(jì)劃中提出要在歐盟范圍內(nèi)制定統(tǒng)一的頻譜共享計(jì)劃，2.3GHz頻段是最優(yōu)先用于共享的頻段。歐洲的2.3GHz頻段共享是針對于移動網(wǎng)絡(luò)和軍用系統(tǒng)。由于2.3GHz頻段內(nèi)原有用戶對頻段的使用特點(diǎn)，使得該頻段在地理和時(shí)間維度上出現(xiàn)頻譜空閑的情況，運(yùn)營商可以通過協(xié)調(diào)動態(tài)的使用該頻段。在具體應(yīng)用場景當(dāng)中，根據(jù)原有用戶使用情況劃分不同等級的共享區(qū)域，運(yùn)營商采用宏蜂窩、微蜂窩、皮蜂窩等形式使用2.3GHz頻段。通過2.3GHz頻段的共享使用，一方面提升運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)容量和室內(nèi)覆蓋，另一方面實(shí)現(xiàn)歐洲大陸同一頻段的移動漫游。

4、加強(qiáng)我國頻率資源共享的思考

我國也在積極推進(jìn)頻率共享。2013年發(fā)布的《寬帶中國戰(zhàn)略》明確將頻率共用共享納入到政策措施當(dāng)中。2300-2400MHz頻段雷達(dá)與移動通信的頻率共享。但我國在動態(tài)頻率共享使用方面尚處于探索階段。隨著未來我國頻率供給壓力加大，頻率共享也是解決我國頻率供需矛盾的重要手段之一。需要積極跟蹤國外頻率共享的發(fā)展情況，加強(qiáng)頻率共享相關(guān)技術(shù)研究，借鑒免許可頻段使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國實(shí)際情況，從頻譜共享模式、共享架構(gòu)，創(chuàng)新的頻譜共享技術(shù)以及頻譜共享過程中可能面臨的法律問題等幾個(gè)方面來開展研究，在可能的頻段進(jìn)行頻譜動態(tài)共享探索。

作者：劉琪 李曉帆，中國信息通信研究院

作者簡介

劉琪，博士，2009年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)。現(xiàn)就職于中國信息通信研究院，主要研究方向?yàn)闊o線電頻率管理、移動通信等方面。

李曉帆，碩士，2014年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)。現(xiàn)就職于中國信息通信研究院，主要研究方向?yàn)闊o線電頻率管理、無線電安全等方面。