我国宽带专网频率需求和可用频段探讨

郎保真 中国信息通信研究院高级工程师

王晓峰 鼎桥通信技术有限公司高级工程师

专家视点

我国宽带专网频率需求和可用频段探讨

郎保真 中国信息通信研究院高级工程师

王晓峰 鼎桥通信技术有限公司高级工程师

通过研究全球宽带集群网络的发展及频谱现状，分析宽带专网的频谱需求、探讨频段的可用性。

宽带集群 集群频谱 专网频谱需求

1 引言

随着社会的发展及无线通信技术的进步，全球无线专网技术正在经历从模拟+数字的窄带集群技术时代向宽带集群技术时代的跨越式发展阶段。宽带无线专网广泛应用在公共安全、交通、能源、水利、环境等各行各业，随着社会的发展及无线通信技术的进步，各行业对图像、视频、融合调度、指挥、位置管理等方面的需求日益强烈，导致对专网频谱的需求日益增强。

宽带数字集群相对于窄带集群系统而言，能够实现和提升移动宽带视频大容量信息的交换和管理，更好地服务于政务、公共安全、社会管理、应急通信等领域。国际电信联盟在WRC-12大会上专门确立了关于集群宽带化发展的WRC-15 1.3议题，要求ITU-R研究宽带集群的未来业务、应用和技术发展等问题。

我国在基于LTE的宽带数字集群方面的发展处于世界领先水平。无论是在技术标准、产业链构建、频谱研究、实验网建设方面，都在世界范围内引领着宽带专网通信网络的发展。

从2012年起，我国分别在北京、天津、南京和上海等多个城市进行政务网试验；同时，由CCSA牵头组织的宽带集群标准也处于世界领先水平，且发布了相关行业标准；2014年5月，由工业和信息化部电信研究院联合行业用户单位、制造企业、科研机构、高等院校、社团组织等共同发起成立了宽带集群（B-TrunC）产业联盟，旨在促进宽带集群产业发展和市场应用推广。

在需求、标准、产业等多种因素的推动下，宽带专网所需的频谱问题越发凸显出来。本文着重探讨宽带集群发展的频率需求和可用频段研究，对国内集群通信系统频率展开分析，对我国2020年前的宽带集群通信频率的需求进行预测，探讨宽带集群候选频段的可行性。

2 我国宽带专网频谱需求

公共保护和救灾（Public Protection&Disaster Relief，PPDR）是指政府部门向公众提供保护及救灾服务。近年来，公共安全机构通信应用的发展存在如下趋势：

●工作方式的变革：移动指挥；事件处理保障；对实时性、有效性的提升等（多部门的协作配合，快速的交通检查、事件保障）。

●数据加强语音通信：对位置、语音、视频、图片及环境数据的需求逐渐加大。

●信息共享及多媒体应用功能：如远程传感、追踪设备数据收集传输、移动办公、生物特征信息、车牌识别、位置服务、远程数据访问、个人监控、视频传输等。

正是由于如上的变革，导致对通信需求带宽的要求逐渐加大。

2.1 国际上宽带专网频谱的讨论

2012年4月，国际电信联盟在WRC12会议上提出了宽带公共保护和救灾（PPDR）的1.3议题，宽带化的PPDR已成为全球PPDR技术的发展趋势，其中关于专网频谱的需求也是重要的研究方向之一。

依据各自特点，各国也纷纷提出了自己国家的宽带专网的频谱需求。英国、澳大利亚、加拿大、美国、韩国、阿联酋、约旦等国也提交文稿阐述了本国在1G以下的频谱带宽诉求。

●以韩国针对集群频谱的研究为例，公共安全等多部门在如下3种场景多业务下的频谱带宽诉求具体如下。其中，对语音、视频、数据、传感、短信、彩信、组呼、GPS位置信息等相关业务进行了频谱需求的计算。

场景1：PP1（Day-to-Day Operation）：日常事件的使用场景，主要满足如下需求：

——日常工作中一个小区内500个警察的警力，可反应112个事故反应，及特殊设施安全保障。

——包含一个火警基站支撑86个消防战士。

——支撑一个海岸警卫队船只的活动。

场景2：PP2（LargeEmergencyandPublicEvent）：一次大型紧急事件或公共事件。

——假定了在韩国首尔地区4～5km范围内发生一个特殊事件，2～3万警察及安保人员的支撑。在密集的大都会部署基站，一个小区可支撑2500名警察。

——包含不同区域的火警部门支撑171个消防战士。

——支撑10个海岸警卫队船只的相关活动，如海上石油、海事、搜救等。

场景3：DR（Disaster）：在一次大型紧急事件或公共事件的情况下，又发生一起灾难性事件。

在场景2的情况下，又额外包含不同区域的火警部门支撑685个消防战士的相关活动及支撑50个海岸警卫队船只相关的搜寻活动。

3种公共安全场景下，分别对上行和下行的频谱需求如表1、2所示。

除了针对陆地公共安全部门的频谱诉求外，考虑到其他公众服务部门及海域范围内的频谱诉求，汇总会后的频谱诉求如表3所示。

表2 韩国公共安全PPDR的下行频谱诉求

表3 会后的频谱诉求汇总

综上所诉，考虑到陆地及海域的区域性覆盖要求及各个部门的业务诉求，总体的频谱要求在1G以下的覆盖较好的频谱范围内，至少需要20MHz的频谱带宽。而国际上各个国家同时还建议在高频段为公共安全及公共事业服务分配不小于50MHz以上的频谱带宽。

2.2 我国宽带专网频谱的讨论

我国宽带专网的发展在标准、产业及实验网方面均处于世界领先水平，在频谱带宽的研究方面，我国也紧跟WRC-15 1.3议题的研究要求，按照国际电信联盟M.2033的频谱带宽计算方法，对我国的专网带宽需求进行了预测，并提交了我国的频谱研究结果。

●以我国某中部面积1550km2，2020年预计人口密度2000万的大城市为例，其在宽带无线数据专网的带宽需求如下：

——宽带无线专网的使用人群及数量如表4所示。

表4 某中部大城市2020年前的宽带无线专网使用人群数量表

——频谱诉求主要考虑语音（包括点呼上下行，以及群组的组呼下行，组呼上行采用点呼）、窄带数据、图像以及视频4种业务。网络由我国自主研发的宽带集群标准技术B-TranC承载相关业务。其中，语音业务有较高的实时性及清晰的带宽保障的质量要求，因此其业务对应的频谱效率相对较低。同时，由于语音点呼业务的用户的位置会随机地分布在小区内部，因此对于语音点呼的上下行频谱效率采用平均的频谱效率（0.2 Mbit/s/cell/MHz）。由于语音群组业务下行需要保证小区边缘的质量，其频谱效率取值0.1 Mbit/s/ cell/MHz。而对于窄带数据以及图像的业务由于其发生业务的位置差异，根据仿真结果：上行频谱效率取值1.2 Mbit/s/cell/MHz，上行边缘频谱效率取值0.1 Mbit/s/ cell/MHz；下行平均频谱效率取值1.6 Mbit/s/ cell/MHz，下行边缘频谱效率取值0.1 Mbit/s/cell/MHz，对于窄带数据以及图像业务，上下行都采用平均的频谱效率；对于大数据流量业务（如视频、大数据传输等业务），频谱效率采用的平均频谱效率和边缘频谱效率的加权平均（见表5）。

语音和数据的业务模型取自于ITU-R M.2033，图像业务仅考虑上传业务而视频业务考虑到上下行需求。具体采用表6的模型计算参数，可以得到所有用户在各种业务下的频谱需求，详情见表7。

从以上的频谱需求计算可以得出，我国的专网频谱需求在2020年大约为40MHz左右。

3 我国宽带专网可用频段分析

目前，在国际宽带集群专网频谱讨论的大背景下，结合我国频谱的特点，综合考虑我国专网系统可能的候选频段包括1.4GHz、1.8GHz、700MHz频段。

表5 宽带集群专网语音、窄带数据、大数据流量业务的频谱效率

3.1 我国1.4G频段在宽带专网的可用性分析

在国内，1427～1525MHz频段主要业务全部划分给固定、移动业务。其中，在部分频段还有空间操作（地对空）业务、广播、卫星广播等主要业务，以及无线电定位、卫星移动等次要业务，具体如表8。

目前，在此频段，除极少量的点对多点微波在用外，在2004年，原信息产业部批准中国卫通通信集团公司使用世广国际有限公司（以下简称“世广公司”）的亚洲之星东北波束，建立国内数字声音广播传输系统，批复使用的频率为1471.814～1476.814MHz。

该频段的使用现状为1447～1467MHz频段用于宽带集群系统提供了可能性，另外，其良好的电波传播特性也适于进行宽带集群网络部署。

（1）1.4GHz政务专网情况

从2011年起，工业和信息化部陆续在北京、上海、天津、南京4个城市和广东省批准1447～1467MHz频段的宽带数字集群专网试验，验证了宽带数据集群专网采用LTE作为网络传输基础，能获得较好的数据速率。试验网投入使用以来，在城市运行监控、生产安全管理、应急指挥、公共安全监督及城市物联网等领域成功地为终端用户提供了高质量的多媒体数字集群通信应用服务，实现了移动宽带视频大容量信息的交换和管理。

表6 模型表

表7 所有用户在各种业务下的频谱需求

（2）系统兼容性考虑

从现有使用和规划情况来看，1447～1467MHz频段宽带集群专网系统主要需考虑1430～1446MHz频段民用无人机系统和1467～1492MHz频段卫星广播系统邻频的共存。当前，已完成系统间的共存研究，满足规定的相关射频技术指标可保证系统间兼容共存。

3.2 我国1.8G频段在宽带专网的可用性分析

为适应行业信息化应用的新需求，2008年无线电管理局发布了工业和信息化部无[2008]332号文，扩展了1785～1805MHz频段的业务应用范围，使其不仅可以开展语音、低速数据等窄带应用，也可以开展无线视频传输等宽带应用。2009年国家发展和改革委员会、工业和信息化部联合发布了《电子信息产业技术进步和技术改造投资方向（2009—2011）》，在通信设备领域，重点支持具有自主知识产权的宽带无线接入系统、终端及核心芯片研发及产业化，推动新一代宽带无线接入技术（含数字集群功能）在重点领域的行业应用。

信无部[2003]408号“关于扩展1800MHz无线接入系统使用频段的通知”中指出，为适应本地无线接入业务的需求，促进无线接入技术的发展，提高频谱利用率，将1800MHz时分双工（TDD）方式无线接入系统的工作频率带宽由1800～1805MHz扩展为1785～1805MHz。该频段具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责。

表8 1427～1525MHz频段划分情况

经过多年的发展，1.8GHz频段已经在油田、电力、民航、水利、公安等多个行业得到应用。随着宽带无线通信技术的发展，尤其是4G技术在宽带无线专网的发展，及我国B-TranC宽带无线集群标准的发展、专网市场对宽带无线通信系统需求的增加，1.8G行业专网频谱也成为宽带专网技术的应用频谱之一。目前，该频谱情况已在工业和信息化部网站进行了公示。

3.3 700MHz频段可用性分析

700MHz频段是当前国际电信联盟讨论的热点频谱之一，主要用于IMT和PPDR业务；其带宽范围是698～806MHz间的频段，一般统称为700MHz频段。该频段在我国用于广播电视业务。随着广电技术的发展，模拟电视向数字电视转换后，传输广播电视所需的频率将大大减少，该频段将可以释放出约100M资源。

（1）频谱特性和业务匹配

700MHz频段具有信号覆盖广、穿透力强等特性，适合大范围网络覆盖，组网成本低。在ITUWRC15的频谱讨论中，700MHz用于移动通信公网IMT业务和公共安全PPDR业务已经成为业界趋势。各个国家及频谱组织正在就700MHz在这两种业务的分配方案中进行研究、讨论。部分国家甚至已经完成了相应的分配。其频段良好的无线穿透特性及覆盖能力，用于运营商的IMT网络，可很好地解决运营商无处不在的覆盖要求，降低运营商建网成本，也是各大运营商必争的频谱资源之一；同时，由于PPDR业务要求覆盖95%～98%的国土，这更加需要低频段、穿透力强的频谱，以降低国家投资成本。使用700MHz频段，可以实现广覆盖的效果，大量减少基站建设，非常符合公共安全及公共事业宽带专网应用的需求，并可大大减少建网成本。

（2）国际组织及各国家关于700MHz专网的频段研究

美国政府于2012年初正式启动FirstNet（全称为FirstRespondersNetwork，即第一响应者网络）项目的建设，利用4G技术建设覆盖全国的国家宽带专网。国会通过并拨款70亿美元进行网络投资。FCC联邦通信委员会为FirstNet项目分配了700MHz频段。

欧洲CEPT组织是欧洲邮电会议，最初由19个国家成立于1959年。今天CEPT共有48个国家的成员。CEPT已确定了700MHz频谱同时用于IMT的运营商公网业务和PPDR业务的分配方式。

其他国家及组织的700MHz频谱规划和分配情况可作为我国宽带无线专网频谱分配的参考之一。

4 结束语

综上所述，频谱是宽带专网产业发展的重要资源，是不可或缺的。无线通信技术的发展及社会各行业的变革促进了宽带无线专网的发展。我国作为通信产业的大国，在宽带专网领域，已经走在了世界的前列。尤其是产业发展推动、厂家自主研发解决方案及宽带专网标准的进展方面都领先于其他国家，在实验网的推动方面，经过3～4年的发展，产业链已经初具规模。宽带专网频谱资源成为亟待解决的关键因素。为推动我国宽带专网的产业更快发展，本文从频谱现状、频谱需求、国际形势背景、可用频谱资源等多个方面对宽带无线专网的频谱进行了阐述和分析，希望能对我国宽带专网频谱资源的规划和使用决策有所帮助。

1 3GPPTS36.101

2 3GPPTS36.104

3 关于调整1785～1805MHz频段无线接入系统技术指标及设台要求的通知(征求意见稿)

4 ITU-R WP5A Report M.2033.Radiocommunication Objectives and Requirements for Public Protection and Disaster Relief

5 AWG-17-INP-45-KOR-TG_PPDR_Proposed

6 AWG-17-TMP-18_R2-New_Report_PPDR

The Bandwidth Requirements of Broadband Dedicated Network Spectrum and the Explore ofAvailable Spectrum

Based on the study of the bandwidth requirements of dedication network spectrum and the possible bands, this paper provides the opinions on the spectrum estimate and candidate bands on the broadband dedicated network.

bandwidth requirements,broadband dedicated network,trunking network,trunking spectrum

2014-12-26）