近年來，中國的國際移動通信系統(tǒng)（IMT）產(chǎn)業(yè)保持較快增長。2013年1至9月，中國移動電話用戶凈增9 439.8萬戶，總數(shù)達12.07億戶。3G移動電話用戶凈增13 479.4萬戶，對移動電話用戶的增長貢獻達到141.5%，3G用戶總數(shù)達到3.79億戶，在移動電話用戶中滲透率由2012年同期的19.4%躍升至30.5%[1]。12月4日，工業(yè)和信息化部頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)”經(jīng)營許可，意味著中國4G時代正式到來。

目前，中國為IMT系統(tǒng)規(guī)劃的頻率總計達到687 MHz。然而，移動通信業(yè)務(wù)由于用戶大幅增加，加上智能終端帶來的爆炸式數(shù)據(jù)流量[2]，使得移動通信頻譜資源短缺的狀況日益突出[3]。為了實現(xiàn)頻譜資源的科學(xué)管理，一方面，要為新的頻譜需求及時規(guī)劃分配資源，以促進相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；另一方面，也要對頻譜需求做出合理預(yù)測，避免盲目規(guī)劃導(dǎo)致的資源浪費。

1 現(xiàn)有全球頻譜需求預(yù)測

方法概述

目前，全球存在多種IMT系統(tǒng)頻譜需求預(yù)測方法，本節(jié)對相關(guān)方法進行概述分析。

1.1 國際電聯(lián)無線電部門M.1768

建議書的預(yù)測方法

國際電聯(lián)無線電部門（ITU-R）M.1768建議書的預(yù)測方法[4]流程如圖1所示。該方法曾用于2007年世界無線電通信大會（WRC）的研究周期內(nèi)，預(yù)測2010—2020年IMT頻譜需求；目前在WRC-15研究周期仍被ITU-R 5D工作組作為主要方法，并進行參數(shù)修訂；該方法適合世界范圍或一個國家的整體平均測算，微觀、細致，但參數(shù)與計算較為繁瑣。

M.1768建議書的默認參數(shù)是面向全球的典型值，其難以準確反映中國特點，需要對該方法中的一些參數(shù)進行更新，甚至新增個別參數(shù)。在中國使用該方法向ITU-R提交的測算中，對相關(guān)參數(shù)進行了修訂[5]，測算表明，中國到2020年時的頻譜需求總量為1 490～1 810 MHz。

1.2 全球移動通信協(xié)會的預(yù)測方法

全球移動通信協(xié)會（GSMA）頻譜需求預(yù)測方法[6]專注于國家或者地區(qū)的業(yè)務(wù)總量預(yù)測及其分布情況。工業(yè)和信息化部電信研究院在GSMA方法[7]的基礎(chǔ)上調(diào)整了部分預(yù)測流程，綜合考慮中國移動通信發(fā)展的宏觀歷史數(shù)據(jù)，對未來數(shù)據(jù)進行合理假設(shè)和預(yù)測。所有未來參數(shù)均參考2012年及之前的運營商年報數(shù)據(jù)并進行合理預(yù)測?；贕SMA方法調(diào)整的中國頻譜需求預(yù)測方法流程如圖2所示。采用該流程預(yù)測的最終結(jié)果為2020年中國的頻譜需求將達到1 864 MHz。

1.3 美國聯(lián)邦通信委員會的預(yù)測方法

美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的預(yù)測方法[8]首先選取基準年的數(shù)據(jù)作為起點，然后通過疊加業(yè)務(wù)量增長、站址增長與頻譜利用率增長3個加權(quán)因子直接得到結(jié)果。美國FCC頻譜需求預(yù)測方法流程如圖3所示。FCC方法從宏觀出發(fā)，整體估計，直觀簡約，數(shù)據(jù)易得，但顆粒度較粗。通過此方法，最終測算中國2020年頻譜需求為1 540～1 800 MHz。

2 基于熱點的中國頻譜

需求預(yù)測方法

現(xiàn)有方法中，M.1768方法的輸入?yún)?shù)類別多、調(diào)研周期長，難以與中國運營商現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況對接；GSMA方法僅使用運營商年報總數(shù)，其逐級測算的多個分流因子均來自其他推測，在實際中難免存在偏差；FCC方法適用于總體粗略估算，結(jié)果有待進一步驗證。因此，通過對現(xiàn)有國際頻譜需求預(yù)測方法的研究與調(diào)研分析，結(jié)合中國移動通信系統(tǒng)實際部署特點以及運營商的參數(shù)統(tǒng)計類型特征，本文提出了一套適用于評估中國頻譜需求的測算方法。方法的核心思想是基于頻譜需求“瓶頸”在城區(qū)，從業(yè)務(wù)密集地區(qū)著手，通過調(diào)研運營商第一手數(shù)據(jù)，給出更加精確的測算結(jié)果。

2.1 方法概述

本文提出的預(yù)測方法主要包括6個主要步驟（計算流程如圖4所示）：

（1）業(yè)務(wù)量增長預(yù)測

（2）業(yè)務(wù)量第一次分流：無線接入技術(shù)（RAT）分流

（3）業(yè)務(wù)量第二次分流：基站類型分流

（4）基站數(shù)目增長預(yù)測

（5）計算各場景下的頻譜需求

（6）頻譜需求合并及調(diào)整

2.2 場景選擇

頻譜需求預(yù)測模型中，場景的選取是非常重要的環(huán)節(jié)，它將影響整個測算方法的框架和測算結(jié)果。在本方法中，考慮到IMT網(wǎng)絡(luò)運營和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的要求，以覆蓋運營商核心用戶相對集中的網(wǎng)絡(luò)繁忙地區(qū)作為觀測和重點評估對象。

為了使測算結(jié)果準確，用作頻譜需求預(yù)測的場景需要滿足以下的一些特征：

（1）場景業(yè)務(wù)量密度足夠大

業(yè)務(wù)量密度越大，單站承載的業(yè)務(wù)量越大，那么所需要部署的頻譜資源也就越多。如所選擇的場景業(yè)務(wù)量密度是中國最高的，這意味著根據(jù)所選擇的場景測算的頻譜帶寬基本可以滿足中國所有地區(qū)的頻譜需要。

（2）場景網(wǎng)絡(luò)部署情況足夠典型

選擇場景所在區(qū)域的室內(nèi)外宏站、微站建設(shè)密度和分布要符合中國一般建設(shè)規(guī)律，這樣保證了所選場景的網(wǎng)絡(luò)承載能力具有代表性，可以用作中國網(wǎng)絡(luò)承載能力的一般標準。

（3）選擇的場景足夠大

選擇場景中若包含連片的具有一定數(shù)量規(guī)模的基站部署，則可以有效避免因數(shù)據(jù)隨機性造成的計算誤差，也保證了預(yù)測結(jié)果的穩(wěn)定性、可重復(fù)驗證性。

對運營商提供的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析，北京、上海、廣州、深圳4個城市是中國范圍內(nèi)業(yè)務(wù)量密度最高的4個城市。其中，北京市為首都、政治中心、文化中心，尤其因為其特殊的政治地位，對通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和保障能力要求最高，是最理想的頻譜需求預(yù)測城市。

經(jīng)過綜合考慮，本方法最終以西單-金融街地區(qū)為重點，選取一個近似矩形的區(qū)域，具體范圍為：西至北禮士路、南禮士路；北至西直門外大街、西直門內(nèi)大街及其向東的延長線；東至德勝門內(nèi)大街、西什庫大街、府右街；南至長安街及其沿線。選取的熱點區(qū)域如圖5所示。endprint

2.3 數(shù)據(jù)調(diào)研

方法中具體的參數(shù)值需要現(xiàn)有運營商的網(wǎng)絡(luò)運營數(shù)據(jù)作為支撐，調(diào)研數(shù)據(jù)包括不同制式的基站數(shù)、站址數(shù)，以及單個基站平均月忙時業(yè)務(wù)量等，獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

2.4 測算流程

測算內(nèi)容包括：業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)、基站類型與頻率復(fù)用能力、基站規(guī)模、頻譜效率等。

（1）業(yè)務(wù)類型

本方法中，將IMT系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型主要分為語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?；鶞蕯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過調(diào)研區(qū)域內(nèi)各類基站業(yè)務(wù)量求和得到，未來增長倍數(shù)依據(jù)數(shù)學(xué)擬合預(yù)測得到，給出保守與樂觀估計。語音業(yè)務(wù)包括傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)和LTE承載的語音（VoLTE）帶來的語音業(yè)務(wù)。本方法認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)量與用戶數(shù)不再增長，頻譜需求維持不變；VoLTE帶來的語音業(yè)務(wù)量包含在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中。

（2）業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)

該部分依托2013年最新業(yè)務(wù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，推算2020年業(yè)務(wù)量規(guī)模。本方法分別通過基于S生長曲線模型非線性最小二乘法[9]與灰度預(yù)測模型[10]給出了需求增長的大致區(qū)間，為99～138倍。基于S生長曲線模型非線性最小二乘法時與灰度預(yù)測模型時IMT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增長趨勢預(yù)測結(jié)果分別如圖6與圖7所示。

（3）基站類型與頻率復(fù)用能力

該部分依據(jù)國際標準化演進情況、中國運營商建設(shè)預(yù)期以及設(shè)備商產(chǎn)品情況統(tǒng)籌考慮。根據(jù)中國IMT系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)情況，針對中國IMT系統(tǒng)的基站類型預(yù)測與ITU-R的劃分[11]有所區(qū)別。未來幾年中國的基站類型主要包括宏基站、室外小基站、室內(nèi)小基站和室分站，如表2所示。其中，對于同頻組網(wǎng)的基站類型應(yīng)取其頻譜需求的較大值。頻譜總需求=2G需求+3G需求+4G需求，其中：2G需求=MAX（2G宏站需求、2G室分站需求）；3G需求=MAX（3G宏站需求、3G室外小基站需求）+3G室分站需求；4G需求=MAX（4G宏站需求、4G室外小基站需求）+MAX（4G室內(nèi)小基站、4G室分站需求）。

（4）基站規(guī)模

使用“虛擬站址”概念，在該地區(qū)將“3家”運營商基站數(shù)歸一化為“1家”。針對宏站與室分站，依托3家運營商當前站址建設(shè)數(shù)量的平均水平估算，認為到2020年不再增長?；疽?guī)模預(yù)測如表3所示。針對小基站，對其建設(shè)能力一般保守估算，且由于小基站與對應(yīng)宏站可頻率復(fù)用，其取值范圍的波動對需求結(jié)果并無實質(zhì)性影響。

（5）頻譜效率

使用“工程頻譜效率”，在標準化評估譜效率基礎(chǔ)上，依據(jù)運營商現(xiàn)網(wǎng)實際部署能力進行折算。工程頻譜效率如表4所示。其中2G對應(yīng)GSM、IS-95等系統(tǒng)；3G對應(yīng)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等系統(tǒng)；4G對應(yīng)LTE/LTE-Advanced、HSPA+等系統(tǒng)。劃分制式主要依據(jù)其技術(shù)指標；對同一代制式譜效率進行歸一化。

2.5 測算結(jié)果

（1）語音方面（不含VoLTE等）

本文認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)的頻譜需求不再增長，未來基于分組交換的新增語音業(yè)務(wù)（如VoLTE）歸入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。依照現(xiàn)有各運營商用于語音業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表5所示。

（2）數(shù)據(jù)方面

依照各運營商用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表6所示。

（3）總頻譜需求

合并語音、數(shù)據(jù)兩方面（參考當前實際情況，將2G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻譜需求并入2G語音頻譜需求），總頻譜需求如表7所示。

2.6 對比分析

現(xiàn)有頻率需求測算的各類方法相互補充，分層次、多維度的論證了中國頻率需求。其中，本文所提出的基于熱點地區(qū)的測算法，基于頻譜需求“瓶頸”在城區(qū)，抓住了矛盾的主要方面，具備顆粒度細、數(shù)據(jù)詳實、直觀透明等特點，且數(shù)據(jù)獲取范圍均適應(yīng)中國運營商現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計能力，所調(diào)研數(shù)據(jù)亦為最新結(jié)果。在相關(guān)方法中，該方法更加貼近中國IMT國情。各方法特點與適用性如表8所示。

3 需求缺口與候選頻段

按照上述研究結(jié)論，面向2020年，IMT頻譜需求赤字數(shù)量不可小覷。在各行業(yè)對頻譜資源爭奪日趨激烈的今天，這將給無線電管理部門的未來工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

為IMT系統(tǒng)尋求更多的頻譜資源，一方面，需要在低頻段優(yōu)質(zhì)資源中，將具備IMT使用條件的頻段充分地挖掘，包括450～470 MHz、698～806 MHz、3 400～3 600 MHz等在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中已標記為IMT的頻段[12]，及3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz和4 800～4 990 MHz等WRC-15相關(guān)議題在研的候選頻段。當前，相關(guān)研究目前已深入開展，對此本文不再贅述。另一方面，在毫米波無線通信設(shè)備發(fā)展日漸成熟的趨勢下[13]，還有必要尋求高頻段潛在可用頻譜資源。

現(xiàn)階段，中國在6 GHz以上的高頻段業(yè)務(wù)中，一般劃分為固定業(yè)務(wù)、無線定位業(yè)務(wù)、無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)以及衛(wèi)星固定、衛(wèi)星廣播等空間業(yè)務(wù)，使用的典型系統(tǒng)包括（但不限于）1～30 GHz數(shù)字微波接力系統(tǒng)，X波段航海、空管等雷達系統(tǒng)，以及Ku、Ka波段等衛(wèi)星系統(tǒng)。

高頻段用于無線通信系統(tǒng)主要表現(xiàn)在兩方面，一是用于點對多點的寬帶無線通信系統(tǒng)，2006年，將59～64 GHz規(guī)劃用于無線微功率（短距離）無線電技術(shù)應(yīng)用[14]，該頻段已劃為國際上標準化的IEEE 802.11 ad頻段；2013年將42.3～47.0 GHz、47.2～48.4 GHz規(guī)劃用于寬帶無線接入系統(tǒng)，該頻段為國際上標準化的IEEE 802.11 aj頻段。二是點對點的無線傳輸系統(tǒng)，用于未來小基站的回傳[15]，2013年，將40.5～42.3/48.4～50.2 GHz規(guī)劃用于點對點無線接入系統(tǒng)，同時也批準了71～76 GHz、81～86 GHz頻段用于微波固定無線接入技術(shù)在移動通信基站回傳系統(tǒng)的試驗。

未來在高頻段選取潛在候選頻段，應(yīng)主要考慮以下原則：

·已標示為移動業(yè)務(wù)

·對已有衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻段的保護（主要針對空對地）

·對無源業(yè)務(wù)（如射電天文）的保護

·尋找盡可能連續(xù)的寬帶頻譜資源（如連續(xù)500 MHz）

針對以上背景，高頻段目前或?qū)⒖煽紤]如5 925～7 075 MHz與28 GHz附近等頻段。這些頻段主要是衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（地對空）鏈路，由衛(wèi)星地球站發(fā)射，空間站接收。對此，方面需要考慮IMT對空間站的集總干擾，另一方面要考慮大功率地球站發(fā)射對IMT系統(tǒng)的干擾。對此可考慮將其作為初步候選頻段開展研究。若初步可行，可根據(jù)詳細共存研究結(jié)論，進一步分析確認應(yīng)用場景、射頻指標等共存條件。

4 結(jié)束語

本文在充分借鑒國際現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，提出了適合中國國情的頻譜需求測算方法。方法從業(yè)務(wù)密集地區(qū)著手，通過調(diào)研運營商第一手數(shù)據(jù)，給出了更加精確的測算結(jié)果。此外，針對IMT頻譜需求缺口，本文就IMT未來使用6 GHz以上諸如5 925～7 075 MHz、28 GHz等高頻段的可行性進行了展望，以期為后續(xù)工作提供借鑒意義。endprint

2.3 數(shù)據(jù)調(diào)研

方法中具體的參數(shù)值需要現(xiàn)有運營商的網(wǎng)絡(luò)運營數(shù)據(jù)作為支撐，調(diào)研數(shù)據(jù)包括不同制式的基站數(shù)、站址數(shù)，以及單個基站平均月忙時業(yè)務(wù)量等，獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

2.4 測算流程

測算內(nèi)容包括：業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)、基站類型與頻率復(fù)用能力、基站規(guī)模、頻譜效率等。

（1）業(yè)務(wù)類型

本方法中，將IMT系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型主要分為語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?；鶞蕯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過調(diào)研區(qū)域內(nèi)各類基站業(yè)務(wù)量求和得到，未來增長倍數(shù)依據(jù)數(shù)學(xué)擬合預(yù)測得到，給出保守與樂觀估計。語音業(yè)務(wù)包括傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)和LTE承載的語音（VoLTE）帶來的語音業(yè)務(wù)。本方法認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)量與用戶數(shù)不再增長，頻譜需求維持不變；VoLTE帶來的語音業(yè)務(wù)量包含在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中。

（2）業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)

該部分依托2013年最新業(yè)務(wù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，推算2020年業(yè)務(wù)量規(guī)模。本方法分別通過基于S生長曲線模型非線性最小二乘法[9]與灰度預(yù)測模型[10]給出了需求增長的大致區(qū)間，為99～138倍。基于S生長曲線模型非線性最小二乘法時與灰度預(yù)測模型時IMT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增長趨勢預(yù)測結(jié)果分別如圖6與圖7所示。

（3）基站類型與頻率復(fù)用能力

該部分依據(jù)國際標準化演進情況、中國運營商建設(shè)預(yù)期以及設(shè)備商產(chǎn)品情況統(tǒng)籌考慮。根據(jù)中國IMT系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)情況，針對中國IMT系統(tǒng)的基站類型預(yù)測與ITU-R的劃分[11]有所區(qū)別。未來幾年中國的基站類型主要包括宏基站、室外小基站、室內(nèi)小基站和室分站，如表2所示。其中，對于同頻組網(wǎng)的基站類型應(yīng)取其頻譜需求的較大值。頻譜總需求=2G需求+3G需求+4G需求，其中：2G需求=MAX（2G宏站需求、2G室分站需求）；3G需求=MAX（3G宏站需求、3G室外小基站需求）+3G室分站需求；4G需求=MAX（4G宏站需求、4G室外小基站需求）+MAX（4G室內(nèi)小基站、4G室分站需求）。

（4）基站規(guī)模

使用“虛擬站址”概念，在該地區(qū)將“3家”運營商基站數(shù)歸一化為“1家”。針對宏站與室分站，依托3家運營商當前站址建設(shè)數(shù)量的平均水平估算，認為到2020年不再增長?；疽?guī)模預(yù)測如表3所示。針對小基站，對其建設(shè)能力一般保守估算，且由于小基站與對應(yīng)宏站可頻率復(fù)用，其取值范圍的波動對需求結(jié)果并無實質(zhì)性影響。

（5）頻譜效率

使用“工程頻譜效率”，在標準化評估譜效率基礎(chǔ)上，依據(jù)運營商現(xiàn)網(wǎng)實際部署能力進行折算。工程頻譜效率如表4所示。其中2G對應(yīng)GSM、IS-95等系統(tǒng)；3G對應(yīng)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等系統(tǒng)；4G對應(yīng)LTE/LTE-Advanced、HSPA+等系統(tǒng)。劃分制式主要依據(jù)其技術(shù)指標；對同一代制式譜效率進行歸一化。

2.5 測算結(jié)果

（1）語音方面（不含VoLTE等）

本文認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)的頻譜需求不再增長，未來基于分組交換的新增語音業(yè)務(wù)（如VoLTE）歸入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。依照現(xiàn)有各運營商用于語音業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表5所示。

（2）數(shù)據(jù)方面

依照各運營商用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表6所示。

（3）總頻譜需求

合并語音、數(shù)據(jù)兩方面（參考當前實際情況，將2G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻譜需求并入2G語音頻譜需求），總頻譜需求如表7所示。

2.6 對比分析

現(xiàn)有頻率需求測算的各類方法相互補充，分層次、多維度的論證了中國頻率需求。其中，本文所提出的基于熱點地區(qū)的測算法，基于頻譜需求“瓶頸”在城區(qū)，抓住了矛盾的主要方面，具備顆粒度細、數(shù)據(jù)詳實、直觀透明等特點，且數(shù)據(jù)獲取范圍均適應(yīng)中國運營商現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計能力，所調(diào)研數(shù)據(jù)亦為最新結(jié)果。在相關(guān)方法中，該方法更加貼近中國IMT國情。各方法特點與適用性如表8所示。

3 需求缺口與候選頻段

按照上述研究結(jié)論，面向2020年，IMT頻譜需求赤字數(shù)量不可小覷。在各行業(yè)對頻譜資源爭奪日趨激烈的今天，這將給無線電管理部門的未來工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

為IMT系統(tǒng)尋求更多的頻譜資源，一方面，需要在低頻段優(yōu)質(zhì)資源中，將具備IMT使用條件的頻段充分地挖掘，包括450～470 MHz、698～806 MHz、3 400～3 600 MHz等在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中已標記為IMT的頻段[12]，及3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz和4 800～4 990 MHz等WRC-15相關(guān)議題在研的候選頻段。當前，相關(guān)研究目前已深入開展，對此本文不再贅述。另一方面，在毫米波無線通信設(shè)備發(fā)展日漸成熟的趨勢下[13]，還有必要尋求高頻段潛在可用頻譜資源。

現(xiàn)階段，中國在6 GHz以上的高頻段業(yè)務(wù)中，一般劃分為固定業(yè)務(wù)、無線定位業(yè)務(wù)、無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)以及衛(wèi)星固定、衛(wèi)星廣播等空間業(yè)務(wù)，使用的典型系統(tǒng)包括（但不限于）1～30 GHz數(shù)字微波接力系統(tǒng)，X波段航海、空管等雷達系統(tǒng)，以及Ku、Ka波段等衛(wèi)星系統(tǒng)。

高頻段用于無線通信系統(tǒng)主要表現(xiàn)在兩方面，一是用于點對多點的寬帶無線通信系統(tǒng)，2006年，將59～64 GHz規(guī)劃用于無線微功率（短距離）無線電技術(shù)應(yīng)用[14]，該頻段已劃為國際上標準化的IEEE 802.11 ad頻段；2013年將42.3～47.0 GHz、47.2～48.4 GHz規(guī)劃用于寬帶無線接入系統(tǒng)，該頻段為國際上標準化的IEEE 802.11 aj頻段。二是點對點的無線傳輸系統(tǒng)，用于未來小基站的回傳[15]，2013年，將40.5～42.3/48.4～50.2 GHz規(guī)劃用于點對點無線接入系統(tǒng)，同時也批準了71～76 GHz、81～86 GHz頻段用于微波固定無線接入技術(shù)在移動通信基站回傳系統(tǒng)的試驗。

未來在高頻段選取潛在候選頻段，應(yīng)主要考慮以下原則：

·已標示為移動業(yè)務(wù)

·對已有衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻段的保護（主要針對空對地）

·對無源業(yè)務(wù)（如射電天文）的保護

·尋找盡可能連續(xù)的寬帶頻譜資源（如連續(xù)500 MHz）

針對以上背景，高頻段目前或?qū)⒖煽紤]如5 925～7 075 MHz與28 GHz附近等頻段。這些頻段主要是衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（地對空）鏈路，由衛(wèi)星地球站發(fā)射，空間站接收。對此，方面需要考慮IMT對空間站的集總干擾，另一方面要考慮大功率地球站發(fā)射對IMT系統(tǒng)的干擾。對此可考慮將其作為初步候選頻段開展研究。若初步可行，可根據(jù)詳細共存研究結(jié)論，進一步分析確認應(yīng)用場景、射頻指標等共存條件。

4 結(jié)束語

本文在充分借鑒國際現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，提出了適合中國國情的頻譜需求測算方法。方法從業(yè)務(wù)密集地區(qū)著手，通過調(diào)研運營商第一手數(shù)據(jù)，給出了更加精確的測算結(jié)果。此外，針對IMT頻譜需求缺口，本文就IMT未來使用6 GHz以上諸如5 925～7 075 MHz、28 GHz等高頻段的可行性進行了展望，以期為后續(xù)工作提供借鑒意義。endprint

2.3 數(shù)據(jù)調(diào)研

方法中具體的參數(shù)值需要現(xiàn)有運營商的網(wǎng)絡(luò)運營數(shù)據(jù)作為支撐，調(diào)研數(shù)據(jù)包括不同制式的基站數(shù)、站址數(shù)，以及單個基站平均月忙時業(yè)務(wù)量等，獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

2.4 測算流程

測算內(nèi)容包括：業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)、基站類型與頻率復(fù)用能力、基站規(guī)模、頻譜效率等。

（1）業(yè)務(wù)類型

本方法中，將IMT系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型主要分為語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?；鶞蕯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過調(diào)研區(qū)域內(nèi)各類基站業(yè)務(wù)量求和得到，未來增長倍數(shù)依據(jù)數(shù)學(xué)擬合預(yù)測得到，給出保守與樂觀估計。語音業(yè)務(wù)包括傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)和LTE承載的語音（VoLTE）帶來的語音業(yè)務(wù)。本方法認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)量與用戶數(shù)不再增長，頻譜需求維持不變；VoLTE帶來的語音業(yè)務(wù)量包含在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中。

（2）業(yè)務(wù)量增長倍數(shù)

該部分依托2013年最新業(yè)務(wù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，推算2020年業(yè)務(wù)量規(guī)模。本方法分別通過基于S生長曲線模型非線性最小二乘法[9]與灰度預(yù)測模型[10]給出了需求增長的大致區(qū)間，為99～138倍?；赟生長曲線模型非線性最小二乘法時與灰度預(yù)測模型時IMT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增長趨勢預(yù)測結(jié)果分別如圖6與圖7所示。

（3）基站類型與頻率復(fù)用能力

該部分依據(jù)國際標準化演進情況、中國運營商建設(shè)預(yù)期以及設(shè)備商產(chǎn)品情況統(tǒng)籌考慮。根據(jù)中國IMT系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)情況，針對中國IMT系統(tǒng)的基站類型預(yù)測與ITU-R的劃分[11]有所區(qū)別。未來幾年中國的基站類型主要包括宏基站、室外小基站、室內(nèi)小基站和室分站，如表2所示。其中，對于同頻組網(wǎng)的基站類型應(yīng)取其頻譜需求的較大值。頻譜總需求=2G需求+3G需求+4G需求，其中：2G需求=MAX（2G宏站需求、2G室分站需求）；3G需求=MAX（3G宏站需求、3G室外小基站需求）+3G室分站需求；4G需求=MAX（4G宏站需求、4G室外小基站需求）+MAX（4G室內(nèi)小基站、4G室分站需求）。

（4）基站規(guī)模

使用“虛擬站址”概念，在該地區(qū)將“3家”運營商基站數(shù)歸一化為“1家”。針對宏站與室分站，依托3家運營商當前站址建設(shè)數(shù)量的平均水平估算，認為到2020年不再增長。基站規(guī)模預(yù)測如表3所示。針對小基站，對其建設(shè)能力一般保守估算，且由于小基站與對應(yīng)宏站可頻率復(fù)用，其取值范圍的波動對需求結(jié)果并無實質(zhì)性影響。

（5）頻譜效率

使用“工程頻譜效率”，在標準化評估譜效率基礎(chǔ)上，依據(jù)運營商現(xiàn)網(wǎng)實際部署能力進行折算。工程頻譜效率如表4所示。其中2G對應(yīng)GSM、IS-95等系統(tǒng)；3G對應(yīng)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等系統(tǒng)；4G對應(yīng)LTE/LTE-Advanced、HSPA+等系統(tǒng)。劃分制式主要依據(jù)其技術(shù)指標；對同一代制式譜效率進行歸一化。

2.5 測算結(jié)果

（1）語音方面（不含VoLTE等）

本文認為傳統(tǒng)純語音業(yè)務(wù)的頻譜需求不再增長，未來基于分組交換的新增語音業(yè)務(wù)（如VoLTE）歸入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。依照現(xiàn)有各運營商用于語音業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表5所示。

（2）數(shù)據(jù)方面

依照各運營商用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的頻譜總量，該部分需求如表6所示。

（3）總頻譜需求

合并語音、數(shù)據(jù)兩方面（參考當前實際情況，將2G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻譜需求并入2G語音頻譜需求），總頻譜需求如表7所示。

2.6 對比分析

現(xiàn)有頻率需求測算的各類方法相互補充，分層次、多維度的論證了中國頻率需求。其中，本文所提出的基于熱點地區(qū)的測算法，基于頻譜需求“瓶頸”在城區(qū)，抓住了矛盾的主要方面，具備顆粒度細、數(shù)據(jù)詳實、直觀透明等特點，且數(shù)據(jù)獲取范圍均適應(yīng)中國運營商現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計能力，所調(diào)研數(shù)據(jù)亦為最新結(jié)果。在相關(guān)方法中，該方法更加貼近中國IMT國情。各方法特點與適用性如表8所示。

3 需求缺口與候選頻段

按照上述研究結(jié)論，面向2020年，IMT頻譜需求赤字數(shù)量不可小覷。在各行業(yè)對頻譜資源爭奪日趨激烈的今天，這將給無線電管理部門的未來工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

為IMT系統(tǒng)尋求更多的頻譜資源，一方面，需要在低頻段優(yōu)質(zhì)資源中，將具備IMT使用條件的頻段充分地挖掘，包括450～470 MHz、698～806 MHz、3 400～3 600 MHz等在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中已標記為IMT的頻段[12]，及3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz和4 800～4 990 MHz等WRC-15相關(guān)議題在研的候選頻段。當前，相關(guān)研究目前已深入開展，對此本文不再贅述。另一方面，在毫米波無線通信設(shè)備發(fā)展日漸成熟的趨勢下[13]，還有必要尋求高頻段潛在可用頻譜資源。

現(xiàn)階段，中國在6 GHz以上的高頻段業(yè)務(wù)中，一般劃分為固定業(yè)務(wù)、無線定位業(yè)務(wù)、無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)以及衛(wèi)星固定、衛(wèi)星廣播等空間業(yè)務(wù)，使用的典型系統(tǒng)包括（但不限于）1～30 GHz數(shù)字微波接力系統(tǒng)，X波段航海、空管等雷達系統(tǒng)，以及Ku、Ka波段等衛(wèi)星系統(tǒng)。

高頻段用于無線通信系統(tǒng)主要表現(xiàn)在兩方面，一是用于點對多點的寬帶無線通信系統(tǒng)，2006年，將59～64 GHz規(guī)劃用于無線微功率（短距離）無線電技術(shù)應(yīng)用[14]，該頻段已劃為國際上標準化的IEEE 802.11 ad頻段；2013年將42.3～47.0 GHz、47.2～48.4 GHz規(guī)劃用于寬帶無線接入系統(tǒng)，該頻段為國際上標準化的IEEE 802.11 aj頻段。二是點對點的無線傳輸系統(tǒng)，用于未來小基站的回傳[15]，2013年，將40.5～42.3/48.4～50.2 GHz規(guī)劃用于點對點無線接入系統(tǒng)，同時也批準了71～76 GHz、81～86 GHz頻段用于微波固定無線接入技術(shù)在移動通信基站回傳系統(tǒng)的試驗。

未來在高頻段選取潛在候選頻段，應(yīng)主要考慮以下原則：

·已標示為移動業(yè)務(wù)

·對已有衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻段的保護（主要針對空對地）

·對無源業(yè)務(wù)（如射電天文）的保護

·尋找盡可能連續(xù)的寬帶頻譜資源（如連續(xù)500 MHz）

針對以上背景，高頻段目前或?qū)⒖煽紤]如5 925～7 075 MHz與28 GHz附近等頻段。這些頻段主要是衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（地對空）鏈路，由衛(wèi)星地球站發(fā)射，空間站接收。對此，方面需要考慮IMT對空間站的集總干擾，另一方面要考慮大功率地球站發(fā)射對IMT系統(tǒng)的干擾。對此可考慮將其作為初步候選頻段開展研究。若初步可行，可根據(jù)詳細共存研究結(jié)論，進一步分析確認應(yīng)用場景、射頻指標等共存條件。

4 結(jié)束語

本文在充分借鑒國際現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，提出了適合中國國情的頻譜需求測算方法。方法從業(yè)務(wù)密集地區(qū)著手，通過調(diào)研運營商第一手數(shù)據(jù)，給出了更加精確的測算結(jié)果。此外，針對IMT頻譜需求缺口，本文就IMT未來使用6 GHz以上諸如5 925～7 075 MHz、28 GHz等高頻段的可行性進行了展望，以期為后續(xù)工作提供借鑒意義。endprint