数字红利频谱的现状及发展趋势

孟德香，徐晓燕

（中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

“数字红利”特指模拟电视占用的无线电频率在经历数字转换后所释放的频率空间。UHF频段原是广播电视频段的一部分，随着科学技术的发展，广播电视的模数转化大大提高了承载效率，成为业务发展的必然趋势，由此而来的空余频率成为可供重新分配使用的宝贵资源。WRC07决议确定“数字红利”释放的部分UHF频段用于发展IMT业务，ITU-R M.1036[1]已经确立了UHF频段的国际统一规划方案。

随着数据流量的爆炸式增长，移动通信对频谱的需求大幅增加，拥有良好传播特性的UHF频段成为全球运营商争夺的焦点，UHF频段的再分配以及LTE网络建设正在以美欧为首的世界范围内开展。从目前的发展趋势来看，移动运营商倾向于在UHF频段进行LTE网络建设。本文从广电规划现状、广播电视数字化进程及移动通信规划和再分配进展等方面梳理数字红利频段现状及未来发展趋势。

1 广播电视频道规划现状

在世界范围内，UHF频段原本主要规划给广播电视使用。我国在470～798 MHz频段共规划了36个8 MHz带宽电视频道[2]，由广电部门管理使用。我国广播电视信道每个频道带宽为8 MHz，具体频道规划如图1所示：标准电视频道编号为“DS”，是分配给电视专用的频道，允许开路电视（和有线电视）使用，记有DS-1～DS-68个频道，划分为I、III、IV和V几个波段。有线电视增补频道编号为“Z”，是原本分配给其他业务的无线电频段，但由于有线电视在电缆中传输不会干扰空中信号，因此也可以设置有线电视频道，记有Z1～Z7个频道。其中DS49(798～806 MHz)虽规划了频道号，但作为国家备份频率没有使用。

图1 中国广播电视信道规划情况[2]

2 数字化是广播电视的发展趋势

与模拟广播电视相比，数字电视清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强，并且频谱承载能力将成倍增加。在全球范围内，广播电视数字化成为必然的发展趋势。2007年，广播电视数字化在全球范围内得到认可，并形成由规划到政策和标准制定，直至政府全力推动，各个环节连锁推进的局面。广播电视实现数字化后，能够实现许多在模拟制式下无法达到的数字信号处理过程，令电视信号的传输更加有效率。广播电视数字化的主要作用包括：

（1）对于政府和行业而言，数字电视的出现将引发无线电频谱的重新分配，进一步由政府组织对这一频段的牌照进行拍卖。与UHF频段频谱再分配相伴而生的利益，被称为“数字红利”或称“频谱红利”。重新被释放的频谱将拥有广阔的应用空间，包括额外的陆地广播服务、移动通信、移动多媒体应用及无线宽带接入等。当然，只有当广播电视完成模数转换后，现有的频率空间才能真正产生出红利。

（2）对于终端用户而言，数字电视在分辨率和声音保真度上的潜在能力可与蓝光家庭视频相比，它可以让用户从同一广播电台收到不同的子信道，从而实现用户获取特定的广播节目内容。

2.1 中国广播电视数字化计划与进展

根据统计资料显示[6]，截止到2010年底，我国数字电视用户已经达到2亿多户，其中有线数字电视用户达到8 798万户，卫星数字电视用户（合法+非法）达到9 795万户，IPTV用户达到770万户，CMMB用户达到857万户，地面国标DTMB用户达到96万户。我国数字电视用户2006～2010年间的年均复合增长率达到了42%，目前正处于高速增长阶段。

按照国家广电总局部署[7]，全国地面数字电视系统建设与覆盖工作分两个阶段进行：第一阶段到2010年底全国所有地市以上城市地面数字电视全部开通；第二阶段为在333个地级市和2861个县播出标清节目，预计2018年到2020年基本停止播出模拟信号电视节目[8]。CMMB的发展思路为[9]：在未来5年内，中国内地全部地级市以上的城市将达到CMMB深度覆盖的目标，同时覆盖393个县级市、1 000个以上的县以及主要的高速公路；建立覆盖全国的服务体系；发展1亿视频用户，4 000万增值（数字）业务用户。

2.2 全球广播电视数字化进程[10]

根据日内瓦2006(GE-06)协议，2015年6月17日以后，GE06各国可以在原有的模拟电视传播频段使用新的数字服务，并且不需要考虑邻国的模拟制式服务受到干扰的问题。2015年6月17日被广泛认可为国际上确立的模拟服务退出的日子，至少在与邻国接壤的边境线上应当执行。欧盟建议在2012年1月1日前完成数字转换。截至2012年11月，西欧大部分国家以及亚洲的日本、台湾地区等已完成了模拟电视数字化的转化，美国已完成了全功率模数转化，正在进行低功率信号模数转化。预计于2013年完成模数转化的国家包括澳大利亚、新西兰、南非、波兰、保加利亚等。

3 广播电视数字化后带来的“数字红利”

“数字红利”特指模拟电视时代占用的无线电频率在经历数字转换后所释放的频率空间。事实上频率总量没有改变，只是因为压缩及信号格式不同，得以让原本被占用的频率重新回收使用，并规划不同的应用类别。2007年世界无线电大会(WRC07)的决议确认UHF频段“数字红利”将主要用以发展新的电信业务，原则上将由各个国家根据本国移动通信的需求以及广电数字化进程来决定推进速度。

3.1 WRC07新增移动通信频段

2007年举行的世界无线电大会(WRC07)正式确定广播电视数字化后空闲的数字红利频段用于移动通信系统。UHF数字红利频段在全球3个区域进行了不同的划分。在1区（欧洲、非洲）国家中，将790～862 MHz规划为移动业务使用，并分配给包括IMT-2000在内的IMT系统使用。2区（美洲）将698～806 MHz、3区（亚太）将790～862 MHz频段也分配给IMT系统使用，其中中国、日本、韩国、新西兰、新加坡、孟加拉国等9国IMT系统频段扩展到698 MHz。图2给出了不同区域UHF频段的业务划分情况。

图2 ITU各区域UHF频段IMT业务划分情况

3.2 UHF数字红利频段全球规划情况

根据WRC-07的业务划分，ITU-R WP5D负责制定UHF频段的频率规划，在2011年10月第12次5D会议上已经形成M.1036[1]的稳定版本。在M.1036中，包含了4个UHF频段规划方案，分别为：美国提交规划方案、欧洲（以ECC为代表进行研究，其中法国、德国、瑞典等国家比较积极）的规划方案、亚太(APT)提交的全FDD和全TDD两项规划方案。我国推动数字红利频段的全TDD规划方案，受到亚太地区国家的支持并成为国际统一规划方案之一。下面具体介绍一下各区域组织及重要国家目前的规划情况。

3.2.1 美国规划

美国向ITU提交的方案为一套FDD/TDD的混合规划方案，最终形成了ITU-R M.1036中的A3方案。由于高端公共安全应用的原因，美国国内的IMT频段只规划到793 MHz。

美国方案将698～806 MHz频段划分为两部分：698～746 MHz、746～793 MHz，规划为两对Paired方式（698～716/728～746 MHz、776～793/746～763 MHz），716～728 MHz规划为Unpaired方式。

美国在该频段上已率先完成了拍卖，并已开始运营LTE-FDD商用网络。但美国规划方案似乎并未获得美洲大多数国家的采纳，目前美洲区域内仅加拿大采取了与美国同样的规划方案。

3.2.2 欧洲规划情况

欧洲目前规划给IMT系统使用的频段为790～862 MHz。欧洲的700 MHz频段目前仍由广播使用，计划未来用于移动通信，规划方案仍在研究中。欧洲邮政和电信会议CEPT经过讨论后曾经形成两种划分方式：全FDD和全TDD方式，如图3所示。

图3 欧洲CEPT规划方案

虽然在CEPT中形成了两种规划方案，但最终仅反双工FDD规划方案被欧洲作为该频段的统一规划方案提交到ITU，即ITU-R M.1036中的A3方案。目前，德国、瑞典、丹麦、挪威和波兰等欧洲国家已按此方案完成了规划。

3.2.3 亚太地区规划情况

2010年9月召开的AWF会议完成了UHF频段研究报告，APT全FDD和全TDD频率安排成为亚太地区的两种主要规划方案，具体情况如下：

（1）FDD方案。全FDD方案由韩国推动，考虑到698～806 MHz频段下端与广播系统、上端与PPDR系统的共存研究结果以及不同双工方式对RNSS二次谐波的干扰情况，最终提议采用正双工FDD方式。该方案下端与广播预留5 MHz保护带，上端与PPDR预留3 MHz保护带，采用2×45 MHz成对频谱安排方式，FDD双工间隔为10 MHz。在该频段下端与广播电视业务的保护频率需求上，亚太区的两种规划方案都考虑了由于电视信道安排所能提供的额外4 MHz保护带宽。APT FDD方案成为ITU-R M.1036中的A5方案。亚太地区FDD正向双工方案如图4所示。

图4 亚太地区FDD正向双工方案

亚太地区日本、台湾、澳大利亚、新西兰已确定采用APT FDD规划方案。此外，APT FDD的规划方案也受到亚太以外若干美洲国家的关注，智利、乌拉圭、哥伦比亚、墨西哥、厄瓜多尔已确定采用此规划方案，哥斯达黎加、巴西也极有可能采用此方案。美洲国家采用APT FDD规划方案而非美国混合方案的主要原因在于亚太FDD方案2×45 MHz的高带宽将更适合于未来移动宽带业务需求，并在频谱使用方面更加灵活；此外与移动用户密集的亚太地区方案保持一致，将有利于形成全球规模效应，降低成本。

（2）TDD方案。全TDD规划方案由我国推动，规划方案如图5所示。本方案两端保护带的选择与FDD方案基本一致，即最小预留5 MHz与广播的保护带以及3 MHz与PPDR的保护带，但由于TDD方案的部署灵活性，可根据广播实际信道复用情况决定频段起点，因此在规划图中没有标明保护带大小。APT TDD方案最终成为ITU。

图5 亚太地区全TDD方案

3.3 “数字红利”的再分配与LTE建网使用已在全球蓬勃开展

随着移动互联网的快速发展，移动数据流量呈现爆炸式的增长，移动通信对于频谱的需求大幅上升。与2 GHz以上频段的频谱相比，UHF频段可实现更大范围的覆盖并具有穿透性，覆盖同样范围所需站点少。规划仿真研究表明，在城市地区建网2 GHz频段布网所需站点约是700 MHz的3.7倍，2.6 GHz频段所需站点约是700 MHz的4.9倍；在农村地区建网2 GHz频段布网所需站点为700 MHz的1.9倍，2.6 GHz频段所需站点约是700 MHz的2.5倍。由此可见，采用700 MHz的建网成本相较于2 GHz以上频段将大幅降低，因此UHF频段被全球移动运营商视为宝贵的频谱资源。

3.3.1 UHF频段的再分配情况

数字红利再分配的实际进程由各个国家根据广电数字化进程并依照本国国情自行推进。截止到2012年11月，欧洲已有德国、瑞典、意大利、西班牙、法国、瑞士、丹麦等多个国家完成UHF频段的再分配，奥地利、英国、爱尔兰、荷兰、芬兰等国计划于2013年进行拍卖；美洲区美国、乌拉圭、墨西哥已完成UHF频段的分配，加拿大和巴西计划将于2013年进行拍卖；亚太区只有日本已完成分配，澳大利亚和新西兰计划2013年进行拍卖。

3.3.2 UHF频段的使用进展情况

从目前的全球发展趋势来看，移动运营商倾向于在UHF频段进行LTE网络建设。目前已投入商用的LTE网络均为LTE FDD网络。截止到2012年10月，美国已有Verizon, AT&T等6家运营商开启了LTE FDD商用网络；多家运营商也已在欧洲8个国家开启了商用网络；此外美洲区国家波多黎各、乌拉圭、墨西哥也已存在UHF频段的LTE商用网络[11]。除了已经正式投入商用的国家，英国、巴西、日本等国也有UHF频段商用网络的运营计划，详见表1。

表1 截至2012年10月已在UHF频段部署LTE商用网络的运营商

4 小结

近年来，数字红利已成为广播电视行业、电信运营商及其他业务运营商们广泛讨论的热点问题。广播电视的数字化浪潮正在全球范围内开展。随着这一进程的不断深入，由此带来的空余频谱便是电视数字化后带来的回馈。同时，随着数据流量的爆炸式增长，移动通信对频谱的需求大幅增加，拥有良好传播特性的UHF频段成为全球运营商关注的焦点，也必将在近年内成为LTE网络建设的主力频段。

[1] Recommendation ITU-R M.1036 Frequency Arrangements for Implementation of the Terrestrial Component of International Mobile Telecommunications (IMT) in the Bands Identified for IMT in the Radio Regulations (RR)[S].

[2] 中国广播电视频道规划情况http://wenku.baidu.com/view/aea28320482fb4daa58d4bfe.html.

[3] 中国普天信息产业股份有限公司，清华大学，北京海尔集成电路设计有限公司，北京北广科技股份有限公司. 全球数字电视应用状况及发展趋势研究[OL/EB]. http://wenku.baidu.com/view/32e4902ced630b1c59eeb514.html.

[4] 中华人民共和国国家标准GB20600-2006, 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S]. 2006年08月18日.

[5] 杨庆华. 中国移动多媒体广播标准体系介绍[J]. 现代电视技术, 2008(2).

[6] 熊飞，林起劲. 广电发展现状与预测[OL/EB]. 2011年12月6日；http://www.c114.net/swrh/1989/a658656.html.

[7] 国家广电总局副局长张海涛讲话[Z]. 2010年3月；http://info.homea.hc360.com/2010/03/221638492825.shtml.

[8] 新闻：国内模拟电视停播估计将推至2018年[Z]. http://labs.chinamobile.com/mblog/59354_14944.

[9] 新闻：CMMB网络明年迎来集中建设期[Z]. http://www.c114.net/news/44/a656428.html.

[10] 维基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_television_transition.

[11] GSA Evolution to LTE Report, 2012年11月2日.