IMT-Advanced频率分析

    无线电频谱是一种宝贵而又有限的资源。无线电事业的发展离不开频谱资源，无线电业务能否顺利发展取决于有没有可用的频段。因此，国际上以及各个国家都设有管理机构来加强无线电频谱资源的管理，使有限的资源得到充分而有效的利用。由于受到技术上和无线电设备方面的限制，国际电信联盟(ITU)目前只划分频谱资源最高到400 GHz，而目前实用的较高的频段只是在50 GHz左右。由于无线电波传播特性所限，蜂窝移动通信业务一般使用3 GHz以下的频谱。不同的频段有不同的特性。频率越低，信号传播距离越远，但能携带的信息量越小；频率越高，能携带的信息量越大，但传输距离越短，容易被树木和建筑物阻挡。在很高的频段，降雨也能阻挡无线电信号的传播。通信业务的使用的频率主要在100 MHz～3 GHz范围内，该频段在传输距离和携带的信息量两方面具有较好的平衡特性。

1 现有频率划分
      中国目前已规划给第二代公众移动通信系统的频段为825～835 MHz/870～880 MHz、885～915 MHz/
930～960 MHz和1 710～1 755 MHz/1 805～1 850 MHz频段，共计170 MHz，其中130 MHz分配给中国移动和中国联通使用，40 MHz为预留频率。

      2002年10月，信息产业部依据ITU有关第三代公众移动通信系统(IMT-2000)频率划分和技术标准，按照中国无线电频率划分规定，结合中国无线电频谱使用的实际情况，发布了中国的第三代公众移动通信系统的工作频段：

      (1)主要工作频段
      频分双工(FDD)方式：1 920～1 980 MHz/2 110～2 170 MHz；
时分双工(TDD)方式：1 880～1 920MHz/2 010～2 025 MHz。

      (2)补充工作频段
      频分双工(FDD)方式：1 755～1 785 MHz/1 850～1 880 MHz；
时分双工(TDD)方式：2 300～2 400 MHz。与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制订。

      (3)卫星移动通信系统工作频段
      1 980～2 010 MHz / 2 170～2 200 MHz。

      在该规划方案中，除3G 核心频段及其周围区域规划出55 MHz TDD频带之外，中国政府又额外批给了TD-SCDMA标准100 MHz的扩展频段，相比另两种3G标准共60 MHz×2的频宽而言，如此的频谱规划方案，表明了中国政府对具有自主知识产权的TD-SCDMA标准的政策倾向。另外，TDD频段分为3段，分别分布在1 880 MHz～1 920 MHz、2 010 MHz～2 025 MHz、2 300 MHz～2 400 MHz之间。信息产业部将TDD核心频段的规划与国际保持一致，是希望这种规划能够影响到其他国家，使中国的3G标准TD-SCDMA推广到亚太甚至于全球。因此，该频率划分方案的出台为TD-SCDMA的发展创造了巨大的发展空间。

2 IMT-Advaced频率需求
      为了满足不断发展的移动无线通信以及更高的数据速率的需求，作为研究开始的第一步，ITU-R M.1645建议定义了IMT-2000未来发展和IMT-Advanced的框架和总体目标[1]。此框架是基于全球用户和技术趋势，同时也包含了发展中国家的需求。另外，基于ITU-R 228号决议，世界无线电通信大会(WRC03)确立了WRC07大会的议题(议题1.4)，考虑IMT-2000未来发展和IMT-Advanced相关的频率事宜。ITU-R 228号决议要求ITU-R在IMT-Advanced的频谱需求和潜在的适宜的频段范围研究结论的基础上，及时地向WRC07提供相关的技术研究报告。在上述条件的基础上，ITU-R SG8 WP8F开始研究与IMT-2000未来发展和IMT-Advanced的频率相关的事宜，其与频谱计算方法和需求测算结果相关的报告包括：Report ITU-R M[IMT.MARKET][2]、Report ITU-R M[IMT.RAD_ASPECTS][3]、Report ITU-R M[IMT.METH][4]和Report ITU-R M[IMT.ESTIMATE][5]。

      IMT.MARKET是研究未来系统的市场趋势，如2010年以后的业务总量。这样的数据将决定所需带宽的计算以及潜在频段范围的选择。报告IMT.MARKET主要是解决IMT-Advanced的业务和市场问题。

      IMT.RAD_ASPECTS是无线部分的研究，如对2010年以后的技术趋势的研究，也是对IMT-Advanced所需带宽的计算以及潜在的频段范围选择所必不可少的。这些研究应当是技术中立的并且包含技术参数(如无线环境传播参数和频谱效率)。

      IMT.RAD_ASPECTS主要是考虑IMT-2000未来发展和IMT-Advanced的技术和覆盖因素，从技术角度和频谱效率立场出发解决业务在不同的无线环境间分配比例问题。IMT.METH定义了IMT-Advanced的计算方法。

      在计算IMT-2000未来发展和IMT-Advanced的频率方法中引入了一些新的定义，包括：业务、多种补充系统和无线接入技术分组的综合参数。其中最重要的一个定义是无线接入技术组(RATG)，在ITU-R M.1645建议中，按照用户使用趋势以及业务和应用，将无线通信技术分为如下3种能力：IMT-2000系统能力、新的移动接入能力和游牧/本地无线接入能力。后两种能力是IMT-Advanced提供的新能力。

      RATG的划分既考虑了M.1645建议，也同时考虑了WRC1.4议题和228决议(WRC2003)的内容，将RATG划分为如下4种分组：

      (1)RATG1：Pre-IMT 系统、IMT-2000和IMT-2000增强型系统(这一分组包括了数字蜂窝移动系统、IMT-2000系统和IMT-2000增强型系统)。

      (2)RATG2：IMT-Advanced系统(如ITU-R M-1645所描述的新的移动接入和新的游牧/本地无线接入能力，但不包括其他任何已经包含在RATG中的系统)。

      (3)RATG3：现有的无线局域网(WLAN)和其增强型系统。

      (4)RATG4：数字移动广播系统和其增强型系统(这一分组包含了对移动和手持终端进行广播的系统)。
ITU-R频率需求的计算结果如表1所示。

      表1的需求是一个运营商的情况，不同数量的网络，会有不同的频谱需求。表2和表3是不同数量网络情况下的频谱需求。

      从报告的结果可以看出，到2020年，按照中国3个移动网络计算，RATG1和RATG2总的频谱需求范围是1 560～1 980 MHz，最低的频谱需求也要1 560 MHz。

3 IMT-Advanced候选频率分析
      IMT-Advanced的候选频段包括：410～430 MHz、450～470 MHz、470～806/862 MHz、2.3～2.4 GHz、2.7～2.9 GHz、3.4～4.2 GHz 和4.4～4.99 GHz[6]，下面就对这些频段的优缺点进行比较分析。

      (1)410～430 MHz和450～470 MHz
      该频段的主要优点是：传播特性好，覆盖范围大，成本低，但是终端和基站的天线体积会受到影响。某些国家已经使用450～470 MHz，用于IMT-2000系统。

      该频段的缺点是：频段带宽太少，会限制网络的容量。在许多国家，该频段都用于其他陆地移动业务，如公共保护及灾难拯救(PPDR)。

      (2)470～806/862 MHz
      该频段的优点是：具有比更高频段好的传播特性，覆盖范围大，成本低，但是终端和基站的天线体积会受到影响。该频段的上端接近于IMT-2000的其他频段，这可以减少设备复杂度，而470～600 MHz的低端部分具有更好的传播特性。数字广播使用同样的频段，有助于广播业务与移动业务的融合。

      该频段的缺点是：主要用于广播业务。在一些国家，部分频段用于其他业务(如无线电天文、无线电导航、PPDR等)。另外，蜂窝基站和高功率/高位置的广播台站的共存，会带来邻道干扰。在该频段共用移动广播和IMT业务中，需要保护频段。

      (3)2 300～2 400 MHz
      该频段的主要优点是：接近IMT-2000分配的频段，具有类似的传播特性。

      该频段的主要缺点是：考虑道IMT频谱需求和特性，频段可用带宽不足。某些国家已经将该频段用于其他应用(如航空遥测、语音广播卫星、非移动无线宽带业务等)。

      (4)2 700～2 900 MHz
      该频段优点是：接近IMT-2000已经分配的频段，有助于使用2.5～2.69 GHz频段的天线，提供类似的传播特性。某些国家只是将该频段分配给有限的雷达系统。

      该频段缺点是：在ITU-R的3个地区，无线电导航和生命安全业务是主要业务。

      (5)3 400～4 200 MHz
      该频段优点是：频段带宽较大，足够提供IMT-Advanced系统，能够提供很大的容量；使用该频段有助于蜂窝系统和已经在某些国家部署的宽带无线接入系统之间的覆盖；在某些国家，固定业务(FS)和固定卫星业务(FSS)没有部署在3.4～3.6 GHz子频段；终端和基站天线体积小，可以使用多天线技术来提高频谱效率。

      该频段缺点是：在所有区域，该频段都已经被固定和固定卫星业务台站使用；在3 625～4 200 MHz频段部署了大量的FSS地球站(包括甚小天线口径卫星终端)，并且在不断发展；该频段对于FSS而言非常重要，因为该频段大气吸收很少，因此可以改善可靠性和覆盖，尤其是在严重的雨区；许多发展中国家依赖于该频段的卫星链路提供国内和国际链接，在可见的将来也会持续使用；3 400～3 800 MHz在一些国家用于固定和移动宽带无线接入系统；一些国家使用3 400～3 600 MHz频段无线电定位。

      (6)4 400～4 990 MHz
      该频段优点是：频段较宽，可以提供IMT-Advanced系统，可以提供较大的容量。终端和基站的天线较小，适于采用多天线技术，提供更高的频率效率。

      该频段缺点是：4 500～4 800 MHz频段在固定卫星业务计划中规定，预留轨道/频谱资源给将来使用，并平等地分配给ITU的所有国家成员使用，尤其是发展中国家；该计划对于政府间系统，如非洲地区卫星通信组织(RASCOM)，包括50个非洲国家使用或准备部署卫星系统；4 500～4 800 MHz对于FSS提供基本电信系统设施很重要，因为大气吸收在这个频段很低，具有很高的可靠性和覆盖性，尤其是在雨量较大的地区；与其他频段相比，该频段传播损耗较大，这对高速移动应用非常不利；某些国家将该频段用于政府业务，包括航空移动，或者长距离链路的FS，部分频段也用于射电天文业务。

4 结束语
      根据移动通信的发展来看，1992年的WRC大会上分配3G频率，2000年3G开始投入使用，2011年4G标准将发布，2012将投入商用。因此，2007年10月在日内瓦举行的WRC2007，将会决定IMT-Advanced的频率分配问题，这对于IMT-Advanced来说是非常重要的。但是，由于频率资源涉及到各个国家的根本利益，同时也涉及到各个国家内不同部门的利益，IMT-Advanced的频率分配将注定不会是一帆风顺的。我们认为，及时为未来移动通信规划必要的频率资源非常重要，只有为移动通信提供频率资源保障，才能更好地促进移动通信的发展。

5 参考文献
[1] Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Recommendation ITU-R M.1645. 2003.
[2] World mobile telecommunication market forecast [R]. Report ITU-R M.[IMT.MARKET]. 2005.
[3] Radio aspects for the terrestrial component of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Report ITU-R M.[IMT.RAD_ASPECTS]. 2006.
[4] Methodology for calculation of spectrum requirements for the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000 [R]. Report ITU-R M.[IMT.METH]. 2005.
[5] Spectrum requirements for the future development of IMT-2000 and IMT-Advanced [R]. Report ITU-R M.[IMT.ESTIMATE]. 2006.
[6] Provisional report of the CPM to WRC-07 [R]. ITU-R. 2007.

收稿日期：2007-03-01

[摘要] 随着移动通信的不断发展，对频率资源的需求也不断增加。为此，文章对高级国际移动通信(IMT-Advanced)的频率需求进行了分析，比较了各个候选频段的优缺点，得到的结论是：现有分配给移动通信的频率资源远远达不到IMT-Advanced的需求，为了更好地提供移动通信服务，需要寻找更多的频率资源。因此必须在2007年的世界无线电大会上分配足够的频率给IMT-Advanced，才能为IMT-Advanced的顺利发展提供有力保障。

[关键词] 移动通信；高级国际移动通信；频率

[Abstract] As mobile communications continue to advance, there is a growing demand for frequency resources. This article makes an analysis of Advanced International Mobile Telecommunications (IMT-Advanced), and compares advantages and disadvantages of various candidate frequency bands. It finally concludes that it is necessary to find more frequencies to provide better mobile communications service since the available frequencies allocated to mobile communications are far from the demand of IMT-Advanced. Therefore, only when sufficient frequencies are allocated to IMT-Advanced at the World Radio Communication Conference 2007 (WRC-07) can we effectively guarantee the smooth development of IMT-Advanced.

[Keywords] mobile communication; IMT-Advanced; frequency