宽带无线接入频率规划及发展策略

2019-11-03 18:59:00

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供稿：网友

陈如明

　　陈如明教授，信息产业部通信科技委副主任及无线电管理局原副局长，中国国家无线电频率规划专家咨询委员会主任; 主任高级工程师，浙大、清华、北大等大学兼职教授; 中国通信学会及中国电子学会会士( Fellow )，一些知名技术杂志编委及一些知名协会、学会副会长及常务理事。曾为邮电部第四研究所及国家无委办总工、美国斯坦福（Stanford）大学高级研究学者及国际通信卫星组织（INTELSAT）中国董事。主持和参加过多种科研项目，获国家及部级多项一至三等国家级、部级奖励, 1991年获国家科学研究突出贡献特殊津贴。已发表中英文论文130余篇及包括全国高技术重点图书在内的专著4本。

　　导读：本文在给出介绍了宽带、宽带无线及无线、无线电等定义基础上，重点论述宽带无线演进环境下我国宽带无线接入的频率规划与相关务实发展策略，并详细分析了我国宽带无线接入的应用及试验情况，内容详实充分，可作为业界参考。

一、宽带、宽带无线及无线、无线电等宽带及宽带无线定义问题

　　在进入宽带无线这一主题，先让我们对目前理解与称呼“宽带”及“无线”、“无线电”等概念与定义的一些混乱作必要澄清可能是有益的。

　　根据ITU的相关定义，所谓窄带（Narrowband）接入，常指其携载业务的每用户比特速率≤64kbit/s；而宽带在此指同时包括≤2Mbit/s与>2Mbit/s的“Wideband”与“Broadband”这两种不同场合。而实际上128-144kbit/s的窄带ISDN仍常视为窄带；同时，对移动通信而言，又将宽带定义的实际限界放低，将多用户运作的GPRS、cdma １Ｘ　小于64kbit/s速率场合的ＭＭＳ之类业务仍称为宽带；而美国亦曾向ITU建议，不妨取200kbit/s作为宽带与否的限界。在此，我们论及宽带的精确定义时仍沿用现今有效的ITU定义，其它作为一种实际理解。

　　有关通用无线接入通常包括地面固定无线接入（TFWA）、地面移动接入（TMWA）及卫星接入（SA,同时计及固定及移动）。通用无线接入可综合包括宏大区、宏区、小区、微小区、微微小区、移动、半移动（包括游牧,Nomadic）、固定等各种接入覆盖模式，可有效覆盖三维物理空间的任何一角落及无缝隙有效连接至任何个人用户，这对实现未来全球个人通信而言，其实际连接覆盖(WBAN/WPAN/WLAN/WMAN/WWAN)的普遍化与重要性及战略意义将不言而喻。

　　所谓无线电(Radio)，按目前ITU定义，它是对无线电波使用的统称；从电磁谱角度看，这是一种频率规定在3000GHz (对应100μm波长)以下，不用人造波导而在空间传播的电磁波。至今已划分的频带通常有14个，即从0.03Hz开始、以10倍频程步跳，频带号从-1、0、1... 至11、12。

　　无线（Wireless）的含义与有线（Wire）相对应，凡不用导线或导波有线介质传输的手段均属无线范畴。目前无线与无线电的电磁谱界面为上述3000GHz, ≤3000GHz者属无线电，> 3000GHz者属无线。

　　红外光、蓝光、中微子均有无线通信价值，目前已呈现的一种无线红外光通信fso（Free Space Optical），已可投入专用通信及公众通信应用，其工作波长范围为760-1600nm ，可作短距离大容量宽带无线接入应用，单载波容量可达数Gbps甚至更高。

　　因此，宽带无线的主要作用在于接入和应用层面，而且可以说，从个人全球多媒体无缝隙连接及愈来愈多及愈来愈显得重要的个性化要求含义上，未来ＮＧＮ及ＧＩＩ的接入与应用层面，必将是宽带无线的世界。

二、作为频谱资源先行的宽带无线的频率规划与资源管理策略考虑

　　1、全面修订中国无线电频率划分规定 [1] [3]

　　对发展新技术、新业务而言，频谱资源规划与分配必须先行。为使我国无线电频率规划适应国际、国内电信新环境与国际接轨，必须首先使我国“无线电频率划分规定”与国际电联ITU的最新世界无线电通信大会（WRC）及其确定的国际无线电规则（Radio Regulation）相接轨。

　　按此，信息产业部无线电管理局于1999年初开始, 至2001年初历经二年左右紧张工作，先后召开了九次有正式会议纪要的国家各相关部门协调会，两次我国无线电频率规划专家咨询委员会审议会，最终完成了对1982年版本的“无线电频率划分规定”（试行）文本的全面修订，于2001年8月，此新的"中华人民共和国无线电频率划分规定"得到国务院和中央军委最高领导签批通过，并于2001年11月12日以中华人民共和国信息产业部令第14号正式向社会发布。目前，包括附有彩色频谱图的精装本中英文版版已正式问世。

　　在此总框架基础上，无线电管理部门将积极按市场需求进行各类多样化的新一代宽带无线接入与宽带移动通信的细节频率规划。

　　2、积极进行新一代宽带无线接入与宽带移动通信的频率规划 [1]

　　对新一代宽带无线接入的频率规划, 按已投入业务的无线接入频段的频率再规划、新的中高速率（中宽带）无线接入频率规划、高频段宽带无线接入（LMDS、HDFS、HDFSS、FSO，等）频率规划、Bluetooth/Pico-cell等无线接入频率规划、平流层高空气艇平台（HAPS或STS）的频率规划及Unlicensed（无执照）无线接入频率规划等六个方面来考虑此宽带无线接入的频率规划，总体思路为积极鼓励多样化高效率新宽带无线接入技术与系统的试验与投入应用，以提高资源利用效率；为今后大规模普及应用的无执照运行技术与系统寻找与创造合理的运作环境；分析、汲取ＬＭＤＳ系统国外不成功运作的一些经验教训，结合中国国情，尽可能做好有利其业务发展的频率规划、频率分配与频谱管理工作，并鼓励多频段、多层次统一平台集成的高效能工作模式运行；积极展开包括扩展新频谱在内的各类前瞻性频率规划考虑。

　　对新一代宽带移动通信的频率规划，中国始终密切与国际社会标准化活动紧密合作，结合中国国情积极展开工作，包括上述全面修订后的中国无线电频率划分规定（2000版）接轨至WRC-2000的最新进展结果, 按IMT-2000核心频段的频率规划、IMT-2000附加频段的频率规划、430-806MHz频带IMT-2000演进运用及＜6-8GHz频率范围内进一步作3G﹢/4G移动通信应用的频率规划、高频段(包括对10-16GHz 、19.485～19.565GHz、39.5～40.5GHz、42.5～43.2GHz、59～64GHz等频段)新一代更高速率的宽带移动通信的频率规划等四个层次进行积极规划考虑。

　　值得注意WRC-2003日内瓦会议对5GHz频段全球无线局域网（RLAN或WLAN）采用动态频率选择（DFS）技术支持下的室内或室内、外运用的455MHz频率划分新进展（5150-5250MHz，100MHz；5250-5350MHz，100MHz；5470-5725MHz，255MHz），这样，至少可为全球提供19个非重叠WLAN信道，这对目前已形成较完整系列化标准的IEEE 802.11x(11a/11b/11c/11d/11e/11f/11g/11i/11j/11k/11n等）的进一步发展无疑是一个重要支持。

三、积极推进结合中国国情的多样化宽带无线接入试验与应用

　　1、 450MHz频段无线接入

　　目前仍用于窄带模拟无线接入，主要作农村通信及稀路由小容量运用。亦有人积极提议将此用成熟的ｃｄｍａ 2000　１Ｘ技术改造作大覆盖普遍服务应用，并称之为“大灵通”；看来鉴于已有“小灵通”业务带来的复杂性与困扰，以及ｃｄｍａ 2000 １Ｘ作为3Ｇ演进业务的一种典型体制的敏感性，这种“大灵通”的提议为相关管理规则所不允许，但至少在西藏地区依然为例外。

　　2、1.8GHz频段的TDD模式无线接入

　　在1710～1880MHz这一DCS/GSM1800MHz频段范围内，存在着TDD运行的收发保护间隔1785～1805MHz，可考虑作TDD模式的无线接入运行，已应用的系统为ＴＤＤ模式的SCDMA系统, 供公众网或专用网无线接入应用; 亦鼓励包括具有高效率接入系统性能的现代OFDM的方式（此种方式可统称为（x）-OFDM (y)方式，为利用各项先进自适应处理手段的现代OFDM方式，诸如C-OFDM、W-OFDM、V-OFDM、OFDMA等）在内的相应TDD模式进行技术试验，检验其应用可行性。SCDMA TDD无线接入，以市场驱动为导向，经过对移动终端、智能天线算法等多方面改进，在实际应用方面已取得长足进展。

　　3、1900～1920MHz频段无线接入

　　按TDD模式原先由下述五种制式进行频率共用：

　　1900～1915MHz，PHS；

　　1905～1920MHz，DECT；

　　1908～1915MHz，TDMA/CDMA TDD；

　　1915～1920MHz，Cordless DECT。

　　目前已进行了一定程度再规划，已明确所属为3G TDD核心频段范围，数字无绳电话已转移至2.4GHz之类ISM无执照频段运行。其中, 以PHS较为市场所看好，这是一种特定改革运行环境下的产物，实质目前已超越原先规则定义的WLL固定业务范畴而演变为一种区域漫游的所谓小灵通的移动型无线市话业务，作为固定市话业务的延伸、支持与补充，有一定的管理规则与资费政策争议, 在“不鼓励、也不干涉”原则下协调整合地发展着，对两大固网运营公司未取得移动运营执照前依然有较明显业务增值效益，其低功率终端、低资费、同一市话号码、可移动性等还为不少用户所欢迎，据称目前实际用户已达2000万左右，发展势头依然强劲，并在捆绑信道增强速率至64、128kbit/s等，甚至更高速率的宽带数据业务运行。此频段的PHS运用目前尚未宣布其具体再规划步骤，可能需待将来条件成熟时再适时明确其融入3G TDD宽带业务模式的合理有效的处理途径。

　　4、1880~1900MHz/1960~1980MHz频段无线接入

　　原为WLL FDD运行，可采用TDMA或CDMA方式。为确保IMT-2000核心频段的频谱要求，该频段FDD WLL运行仅为临时过渡规划，仅能使用至2002年底为止。为避免运营企业蒙受不必要的经济损失与对用户负责，近些年来一直严格控制在该频段设置WLL，并于信部无[2001]522号文“关于清理1885~2025MHz及2110~2200MHz频段有关问题的通知”中再次重申上述FDD WLL频段其频率使用有效期截止到2002年底，期满后无条件收回，不再办理上述频段相应无线电发射设备型号核准证；2002年1月1日起停止办理此频段内无线电发射设备（包括CKD和SKD）的进口审批手续，等等, 充分体现对3G来临进行资源积极准备的决心。最终于信部无［2002］479号文中已明确规划为3G运行的相应核心频段。第一阶段及今年进行的第二阶段3G技术试验即在这一3G核心频段中进行。

　　5、2.4GHz 及5.8GHz ISM 频段无线接入

　　2.4GHz频段，2400~2483.5MHz；5.8GHz频段，5725~5850MHz。早期主要作扩频SS系统接入, 这些频段的接入效率较低，按发放电台（站）执照方式进行有序发展管理。考虑到近些年来各类WPAN/WLAN/WMAN/WWAN的有效进展及市场需求，利用（ｘ）－OFDM（ｙ）技术传输速率可增达54Mbit/s左右，诸如IEEE 802.11x（x＝a、b、b＋、c、d、e、f、g、h、i、j等），HiperLaAN/x(x=1、2)，802.15x（x＝1（相当蓝芽）、2（WPAN-WLAN共存）、3（相当超宽带UWB之类速率可高达数百Mbit/s的WPAN）、4（比蓝牙速率更低的ZigBee之类WPAN）等），以及802.16x和802.20x WMAN、WWAN及HiSWANx等等, 均为其典型示例。为此，对2.4GHz及5.8GHz频段进行了重新规划，以适应蓝牙、各类相应WPAN/WLAN/WMAN/WWAN和数字无线电话及无线自动识别数据采集等系统共存运行创造较好的环境，详见信部无[2001]653、信部无[2002]353、信部无[2002]277号等文件有关规定, 以开辟可能的多种类别高效率宽带无线接入运作。

　　6、3.5GHz频段ＭＭＤＳ型新的中高速率无线接入

　　根据信息产业部信部无[2000]88文件，目前已规划3400~3431.5MHz/3500~3531.5MHz共2×31.5MHz频带作FDD方式中高速无线接入运用，在北京、天津及厦门的此频段无线接入结束技术试验后，信息产业部对3.5GHz频段地面固定无线接入系统使用频率采用评选（招标）方式进行分配，并且为稳妥执行，先取有代表性，但又不属最敏感的五个城市南京、厦门、青岛、武汉、重庆（既有直辖市，又有省会城市，亦有计划单列市，既有无线接入需求，亦非其需求量及敏感度最大的北京、上海、广州、深圳之类城市）进行试点，取得成功 ; 在此基础上经总结经验与进一步改进后,2003年再向全国其余32个省（区、市）级大城市及计划单列市进行第二批使用频率扩大试点评选（招标）工作, 并于2003年2月27日发布了此评选（招标）结果, 目前各中标运营商正在积极推进其网络系统的建设实施工作，并探索可有效赢利的宽带无线运行的商业模式。自技术试验、第一批评选（招标）后五城市建设应用实践至现今第二批32城市在进一步实施以来，无论设备制造商在积极改进与完善设备、系统性能方面，还是运营商在探索可赢利的商业模式经验累积方面均取得了长足进展。从设备系统提供情况来看，先后参与的厂商，包括外方、中方OEM及自主研制的已有20余家。

　　通过第一期招标后的建设运行至今，从运营商与设备制造商联手初步摸索到的一些较有效的商业模式有如电话超市，企业模式集成电子邮件、IP电话及传真，宽带用户高速上网、下载等全方位服务，视讯会议业务，大客户INTERNET接入，长途公话及中小企业PBX汇接传统电话业务，局域网互联，虚拟专网，无线智能酒店，VoD点播，移动基站互连、回运，集团用户多样化业务等。

　　与此同时，亦普遍反映有如下一些问题与看法-----带宽资源太有限，每一运营商在每一城市仅可能得到10.5MHz带宽，难以实施较有效与规模化网络规划及多业务运作；设备网络标准参差不一、互操作性能差，不利于为用户提供跨城市业务及整体规模效益发挥；网络安全性，包括对用户认证能力较差；线路、设备、路由、交换等自癒能力较差，影响网络系统的可靠性与可用性，运营商与设备制造商等产业链共赢关系需改进等。

　　根据上述分析讨论，强调指出如下几点可能是有益的：

　　ａ. 宽带无线接入从WBAN/WPAN/WLAN/WMAN/WWAN多样化协同发展、互补支持运作看，3.5GHz频段是典型MMDS频段，一些方面比26GHz频段LMDS有较大优势，覆盖及性价比较好，传播雨衰性能好，是宽带无线接入的上乘之选; 3.5GHz频段宽带无线接入固然非常适合地县市级单位低价位、较大面积覆盖使用，但还可与WLAN、LMDS等搭配，形成覆盖面积大小配合、用户密度稀密配合的一种多层运行的有机互补模式。这种多层互补运行模式是一种较普遍适用的有效优势互补、取得较好性价比的建网模式 , 对移动通信及卫星通信均有类似的应用。由此应特别珍惜此极有限的频率资源的高效率有效利用。

　　b. 从中国整体市场潜力及宽带移动通信与宽带无线接入的相互关系，以及在发展NGN时宽带无线在其接入与应用层面的重要战略作用与市场潜力看，包括3.5GHz频段在内的宽带无线接入均十分重要; 根据上述32城市第二批评选（招标）的较具体的市场预测估计, 约有30亿元（RMB）左右的市场尺寸，加上未来200个左右的地县市级市场，可能会有100亿元左右的市场规模，而且有其较独特的市场定位与战略支持重要性，在这一意义上看，显然应使其千方百计获得有效成功。

　　c. 3.5GHz频段无线接入属于宽带业务类别，超越了常规的单一语音业务，有数据及多媒体，有非实时，有流媒体及视频业务等在内。因此要做好此业务及发展好成功的业务类别，亦必须要处理好下面还要较深入讨论的“产业链”与“生态系统”之类“Industry Eco-x” 问题, 处理好“杀手锏技术、应用与服务”之类“Killer-x”问题及处理好持续创新与发展的问题，要花力气探索推进，才能做大、做好，从而打造出细分市场的更多的切实有效的业务类别模式。从产业链及处理好持续创新与发展的角度看，运营商必须切实重视和处理好与设备供应商的利益平衡、唇齿相依的共赢合作关系。 d. 3.5GHz频段的频率资源确属极为有限，影响宽带无线接入的规模化有效发展。由此，从资源管理角度看，随着现有3.5GHz频段无线接入资源的不断开发和使用，管理部门还应积极与相关部门协调，按共赢原则对该频率资源进行适当扩展，以便有利于做大、做好。

　　7、高频段LMDS宽带无线接入

　　高频段宽带无线接入目前仅考虑LMDS；根据上述各种已有无线接入频段，并结合考虑我国无线电频率划分规定的具体实际状况与不同频段的带宽处理、覆盖能力及频率协调等综合匹配因素，规划相应技术试验频段取26GHz及38GHz这一高一低的两个频谱块，由原中国电信、中国网通、中国移动、中国联通四大运营商与制造厂家联手，分别在广州、上海、北京、重庆、武汉、杭州、大连、青岛、深圳、珠海、绵阳等地进行了多厂商设备环境的全面试验，并特别补充进行了较深入的雨衰影响试验, 并特别补充进行了较深入的雨衰影响试验。 LMDS的频率规划与试验工作在充分分析参考美国、欧洲的经验教训基础上，结合中国的实际频率划分与业务分布状况，首先取雨衰性能相对优良的26GHz频段的2.3GHz左右频带宽度的大块频谱作LMDS主用频谱，这亦有利于国产化实施，38GHz频段作频率协调更短距离高密度运用，其频带宽度亦取较大尺寸3GHz左右。其基本频带宽度亦按3.5MHz×N方式递增，而希望其基本容量效率应≥4×2.048Mbit/s/7MHz。26GHz频段的试行FDD频谱限界规划为中心站下行24.507～25.515GHz，远端站上行25.757～26.765GHz。详情频道配置试行规划可见信部无[2001]652号文。目前正由现四大运营商按信无函［２００２］１８４～１８６号文件频率分配全面展开商用试验。

　　8、 Bluetooth/Pico-cell无线接入

　　Bluetooth使用2.4GHzISM频段，然而中国在该频段曾存在有执照的SS扩频业务在进行了该频段内蓝牙、无线局域网、SS等业务频率共用电磁兼容实际测试后，进一步发放了2.4GHz频段再规划的信部无[2001]653号文。确定蓝牙、室内无线局域网、数字无绳电话和无线自动识别等技术按短距离、微功率、无执照无线电通信设备方式管理，对较高发射功率的SS系统仍以有执照台站管理方式进行管理，并严格限制SS的有效全向辐射功率≤500mW及其网络结构仅作点对点方式影响面较小的运行，逐步转向运用较高效率的中宽带无线接入手段，以便为蓝牙等Pico-cell无线接入手段创造较好的运行环境。进而考虑到WLAN愈来愈普遍与迫切的使用需求，并为适应包括引入智能天线等新技术后ＷＬＡＮ频率共用环境的变化，参考国际上相关通用的技术标准与产品工作能力，

　　9、平流层高空气艇平台（HAPS或STS、SCS）宽带无线接入

　　HAPS是具有极重要潜在战略价值的一种无线通信新方式，是一种2008～2010年左右以后可能有良好潜在应用价值的宽带无线接入手段，一方面国内相关科研部门及高等院校与国外合作在进行相应研究开发的前期工作，我国相应频率规划基本意向将按ITU的标准化进展靠拢，原则上支持在1885～1980MHz、2010-2025MHz及2110-2170MHz频段IMT-2000空中基站宽带技术试验及高频段27.5～28.35GHz / 31.0 ～31.3GHz和47.2～47.5GHz/47.9～48.2GHz的宽带技术试验, 但要特别注意其与其它业务的频率共用可行性。

　　10、Unlicensed（无执照）无线接入

　　目前中国无执照无线接入频段仅有一些属所谓短距离、微功率范畴的室内无绳电话及公众对讲机之类频段，诸如45.0～45.5/48.0～48.5MHz及840～843MHz的模拟无绳电话频段与信部无［2001］793号文发布的409.74375 ～409.99375MHz频带的409MHz公众对讲机频段以及原1915～1920MHz的数字无绳电话现已向2.4GHzISM这一新规划的频段转移。无线数据采集应用可见2.4GHz、5.8GHz ISM频段的相应管理要求。

　　同时，正密切注视U-NII之类无执照运行方式的国外进展, 包括超宽带UWBT技术的发展动向，紧密结合中国的实际状况冷静、稳妥、有序地进行频率规划分析研究后，再确定其相应细节规划与实施考虑。

　　这样新一代宽带无线接入按不同频段、不同覆盖能力、不同容量配合、不同接入方式进行密切结合国际最新发展动向及中国国情的频率规划及实施推进，以期使这些宽带无线业务能按稳步、合理、有序与多样化地综合集成方式健康发展。

四、结语

　　纵观全球无线／移动通信发展, 呈六大趋势，即传送宽带化、应用个性化、接入多样化、网络数据化、系统互补化及有线／无线一体化。从个性化含义上看，未来ＮＧＮ及ＧＩＩ的接入与应用层面，必将是无线通信的世界。对此，宽带无线接入将成为ＮＧＮ、ＮＧＢＷ及3Ｇ演进的重要的接入与传送支撑。

　　中国宽带无线接入，从频率规划至多样化互补协调发展，正密切结合国际最新发展态势及中国国国情与中国实际WBAN/WPAN/WLAN/WMAN/WWAN市场需求，按积极、稳妥、科学、求实原则, 务实、有序地向前推进。

----《中国通信》