郭永明，田 添，李軍芳

(國(guó)家無(wú)線電頻譜管理研究所，陜西西安710061)

0 引言

移動(dòng)通信的快速發(fā)展依賴于大量的頻譜資源，這使得原本就有限的、寶貴的頻譜資源供給更加緊張。隨著TD-LTE的產(chǎn)業(yè)化不斷推進(jìn)，世界各國(guó)近年來(lái)一直都在研究和尋找滿足TD-LTE發(fā)展所需的頻譜。

一直以來(lái)，國(guó)際和國(guó)內(nèi)無(wú)線電管理部門把700 MHz頻段劃分給了廣播電視業(yè)務(wù)［1］。目前用于數(shù)字電視制式的數(shù)字壓縮系統(tǒng)可以用來(lái)在單個(gè)模擬頻道所用的頻譜上傳輸多個(gè)(最多6個(gè)，取決于編碼和調(diào)制技術(shù))標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視頻道［2］。一般一個(gè)地區(qū)有4個(gè)或5個(gè)地面模擬業(yè)務(wù)，因此，通過(guò)數(shù)字化將其納入單個(gè)數(shù)字電視頻道會(huì)大大降低使用的頻譜總量。在由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，VHF和UHF波段中按照標(biāo)稱頻譜用量安排原有模擬節(jié)目后大大節(jié)約了頻譜資源的使用，釋放了許多被占用的頻譜，這種因采用模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)而節(jié)約的頻譜資源一般被稱為數(shù)字紅利(Digital Dividend)［3－5］。

模數(shù)電視轉(zhuǎn)換能夠節(jié)省約80%的頻譜資源，其所帶來(lái)的數(shù)字紅利如果用于IMT后將實(shí)現(xiàn)IMT通信廣覆蓋，相對(duì)于2．6 GHz頻段節(jié)約2/3的投資成本。

1 國(guó)外模數(shù)電視轉(zhuǎn)換進(jìn)展情況

由于世界各國(guó)模數(shù)電視轉(zhuǎn)換進(jìn)程不同以及高清電視發(fā)展問(wèn)題，數(shù)字紅利用于IMT的進(jìn)展較為緩慢。截至2012年，全球模數(shù)電視轉(zhuǎn)換的進(jìn)展情況如下［6－9］:

①美國(guó)。美國(guó)在2005年通過(guò)的數(shù)字電視轉(zhuǎn)換和公共安全法案，規(guī)定了美國(guó)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后釋放頻譜的分配。至少釋放了108 MHz頻譜，其中24 MHz劃分給公共安全業(yè)務(wù)，另外84 MHz已通過(guò)2次拍賣被劃分給商業(yè)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的多樣化。

目前，美國(guó)政府又與加拿大和墨西哥在關(guān)于使用700 MHz頻段的建設(shè)框架上達(dá)成協(xié)議，此舉被視為在部署LTE無(wú)線寬帶服務(wù)的重大進(jìn)步。

②日本。日本頻譜政策的一個(gè)目的就是推動(dòng)無(wú)線寬帶的發(fā)展，明確UHF頻段上數(shù)字電視釋放的頻譜將會(huì)被分配給移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)。日本在2011年7月前就實(shí)現(xiàn)了電視的模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬電視使用的90～108 MHz、170～222 MHz和470～770 MHz這3個(gè)頻段轉(zhuǎn)換到現(xiàn)在數(shù)字電視使用的222～710 MHz頻段，共釋放了130 MHz的頻譜資源，如圖1所示。其中718～748 MHz共30 MHz規(guī)劃給了蜂窩電話，配對(duì)的下行頻率為773～803 MHz。

圖1 日本數(shù)字紅利的再規(guī)劃情況

③英國(guó)。英國(guó)政府于2010年7月宣布，計(jì)劃在2011年底進(jìn)行700 MHz頻譜的拍賣。英國(guó)預(yù)留8 MHz頻率用于政府公共服務(wù)，并為新業(yè)務(wù)盡量保留頻段，保證全國(guó)的數(shù)字地面電視運(yùn)營(yíng)商都能獲得合適的成段頻譜資源以及移動(dòng)寬帶的應(yīng)用。英國(guó)明確將釋放的頻譜，第1塊會(huì)被劃分給本地電視;第2塊會(huì)被劃分給無(wú)線麥克風(fēng)使用;其他頻譜在全國(guó)范圍內(nèi)將被劃分給其他的用戶/業(yè)務(wù)。

2013年2月20日英國(guó)通信監(jiān)管機(jī)構(gòu)Ofcom公布了4G頻譜拍賣的最終結(jié)果。此次拍賣的頻譜資源共有 250 MHz，分別在700 MHz和 2.6 GHz這2個(gè)頻段上。低頻段的700 MHz頻段來(lái)自模擬地面電視關(guān)閉后的“數(shù)字紅利”，是進(jìn)行大范圍無(wú)線覆蓋的理想頻段;高頻段的2.6 GHz頻率則用于更快速的數(shù)據(jù)傳輸。兩者的結(jié)合能夠讓4G網(wǎng)絡(luò)在廣度和深度兩方面更好地應(yīng)對(duì)城市中不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。

④法國(guó)。法國(guó)2008年10月公布了“2012數(shù)字法國(guó)”計(jì)劃，法國(guó)政府承諾將廣播電視模數(shù)轉(zhuǎn)換所節(jié)省的部分頻譜分配給寬帶移動(dòng)服務(wù)使用。法國(guó)電信管理部門對(duì)“數(shù)字紅利”進(jìn)行了深入研究，其結(jié)論是將空閑出的頻譜一部分給移動(dòng)寬帶服務(wù)將比僅僅留給數(shù)字電視服務(wù)會(huì)產(chǎn)生更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

⑤澳大利亞［10］。澳大利亞通訊及媒體管理局(ACMA)是開(kāi)發(fā)無(wú)線電頻譜塊(APT 700 MHz計(jì)劃)的主要推動(dòng)者。APT 700 MHz計(jì)劃確定了703～803 MHz中的45 MHz成對(duì)頻譜，非常適合移動(dòng)寬帶使用。這一計(jì)劃已經(jīng)被第3代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)采納，作為L(zhǎng)TE服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)。2013年，ACMA將分配使用APT頻段計(jì)劃的700 MHz頻段，作為紅利頻譜拍賣的一部分。APT 700 MHz頻段計(jì)劃有機(jī)會(huì)成為移動(dòng)寬帶中統(tǒng)一性最高的頻段，其范圍幾乎覆蓋全世界，而且是唯一低于1 GHz、服務(wù)于潛在用戶多達(dá)數(shù)億的市場(chǎng)的頻段。

⑥歐盟的其他國(guó)家［11］。西班牙在2011年8月舉行的新一輪LTE頻譜拍賣中，拍賣的是位于700 MHz、900 MHz和2．6 GHz頻段上的58個(gè)片區(qū)的頻譜，共獲得超過(guò)16．5億歐元的收益。瑞典政府在2011年2月拍賣了原來(lái)用于廣電的700 MHz頻段，重新規(guī)劃900 MHz頻段，用于移動(dòng)通信的頻譜將達(dá)到1 047 MHz。另外，芬蘭、盧森堡、荷蘭、比利時(shí)、奧地利、丹麥、馬耳他和斯洛文尼亞等國(guó)都已完成電視的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，釋放700 MHz頻譜“數(shù)字紅利”皆在計(jì)劃與進(jìn)行中。

⑦亞太國(guó)家和地區(qū)。2010年，APT推出了面向700 MHz頻段的2x 45 MHz頻段計(jì)劃，以便實(shí)現(xiàn)頻段調(diào)和并確保各國(guó)及其消費(fèi)者均可獲益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)以及更低的設(shè)備和手機(jī)成本。據(jù)GSMA的研究，如亞太各國(guó)政府將“數(shù)字紅利”頻譜用于移動(dòng)寬帶通信，到2020年亞太地區(qū)的GDP將增加近7 300億美元，稅收將增加1 300多億美元。GSMA研究報(bào)告選取韓國(guó)、印度、印度尼西亞和馬來(lái)西亞進(jìn)行了詳細(xì)研究表明，將700 MHz頻段分配給IMT長(zhǎng)期演進(jìn)會(huì)使得互聯(lián)網(wǎng)連接的普及水平出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，尤其是在農(nóng)村地區(qū)。通過(guò)為移動(dòng)領(lǐng)域分配700 MHz頻段，亞太各國(guó)可以享受重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)利益并為數(shù)百萬(wàn)人提供所需的低成本移動(dòng)服務(wù)。

2013年3月，印度決定推薦采用APT頻段計(jì)劃方案，將700 MHz頻段分配給移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。2012年4月，智利電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)Subtel表示，為實(shí)現(xiàn)適用于LTE網(wǎng)絡(luò)的700 MHz頻段的部署以及2013年該頻譜的拍賣計(jì)劃，智利政府已經(jīng)決定采用APT頻段計(jì)劃。在此之前，包括馬來(lái)西亞、巴布亞新幾內(nèi)亞和新加坡等在內(nèi)的很多亞太國(guó)家和地區(qū)以及很多拉美國(guó)家都已經(jīng)采用或考慮采用APT頻段計(jì)劃。

2 我國(guó)模數(shù)電視轉(zhuǎn)換進(jìn)展情況

我國(guó)廣播電視信道每個(gè)頻道帶寬為8 MHz，具體頻道規(guī)劃如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)電視頻道編號(hào)為“DS”，是分配給電視專用的頻道，允許開(kāi)路電視(和有線電視)使用，記有DS1～DS68個(gè)頻道，劃分為I、III、IV和V幾個(gè)波段。有線電視增補(bǔ)頻道編號(hào)為“Z”，是原本分配給其他業(yè)務(wù)的無(wú)線電頻段，但由于有線電視在電纜中傳輸不會(huì)干擾空中信號(hào)，因此也可以設(shè)置有線電視頻道，記有Z1－Z7個(gè)頻道［12］。

圖2 中國(guó)廣播電視信道規(guī)劃情況

在470～798 MHz頻段，我國(guó)廣播電視共規(guī)劃了36個(gè)8 MHz帶寬電視頻道。其中DS49(798～806 MHz)雖規(guī)劃了頻道號(hào)，但作為國(guó)家備份頻率沒(méi)有使用。

截止2009年，在我國(guó)近4億的電視用戶中(包括模擬及數(shù)字電視用戶)，除了1．6億是有線電視用戶之外，其他2億多戶收看電視的主要方式就是地面電視，因其涉及面廣、影響大，地面數(shù)字電視服務(wù)定位為公益服務(wù)，無(wú)論是衛(wèi)星和有線是否覆蓋，地面數(shù)字電視都是必備的一些手段。地面數(shù)字電視需求最多的用戶群體是在有線電視通達(dá)不到的鄉(xiāng)村居民用戶，還有城鄉(xiāng)結(jié)合部的一些用戶。我國(guó)模數(shù)電視轉(zhuǎn)換推進(jìn)的步驟如下:

①2013～2015年，爭(zhēng)取在全國(guó)縣級(jí)(含)以上城鎮(zhèn)以高、標(biāo)清方式播出地面數(shù)字電視，并逐步開(kāi)始優(yōu)化省會(huì)城市以及地市和縣的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

②到2018年底，全國(guó)地級(jí)(含)以上城市地面電視完成向數(shù)字化過(guò)渡。全國(guó)縣級(jí)(含)以上城鎮(zhèn)的中央電視臺(tái)第1套、第7套和本省第1套、本地第1套地面數(shù)字電視廣播節(jié)目人口覆蓋率達(dá)到模擬電視的水平且地面數(shù)字接收機(jī)基本普及后，開(kāi)始逐步停播模擬電視。

③到2020年，全國(guó)地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)基本建成，提供中央電視臺(tái)第1套、第7套和本省第1套、本地第1套電視節(jié)目等高清、標(biāo)清公共服務(wù)節(jié)目，地面數(shù)字電視綜合覆蓋率達(dá)到現(xiàn)有模擬電視覆蓋水平且地面數(shù)字電視接收機(jī)基本普及后，全面關(guān)閉地面模擬電視信號(hào)，完成地面電視向數(shù)字化過(guò)渡。

2020年實(shí)現(xiàn)地面模擬電視信號(hào)停止播出，地面電視實(shí)現(xiàn)由模擬到數(shù)字的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

3 700 MHz頻段目前使用情況

根據(jù)文獻(xiàn)［1］中的規(guī)定，我國(guó)在698～806 MHz頻段的規(guī)劃如圖3所示。

圖3 698～806 MHz頻段的規(guī)劃

①地面無(wú)線電視廣播。地面無(wú)線電視廣播在電視廣播中仍然占有重要地位，在中國(guó)約4億的電視廣播用戶中有3億用戶是通過(guò)無(wú)線信號(hào)收看電視節(jié)目的，在有線網(wǎng)絡(luò)未覆蓋的鄉(xiāng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)以及有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋有困難的地區(qū)地面無(wú)線電視廣播甚至是唯一的方式。地面電視的UHF頻段核準(zhǔn)頻率范圍是470～566 MHz和606～806 MHz。

700 MHz頻段中的614～806 MHz涵蓋了地面無(wú)線電視廣播的26～49頻道，頻道間隔為8 MHz，沒(méi)有待分配的閑置頻率。另外，從2002年起，一些城市也利用700 MHz頻段開(kāi)展公交車輛的移動(dòng)電視試驗(yàn)，比如上海市利用 DS39頻道(718.0～726.0 MHz)，北京市利用 DS48頻道(790.0～798.0 MHz)進(jìn)行了移動(dòng)電視試驗(yàn)，目前已經(jīng)在全國(guó)其他城市推廣。

②通用無(wú)線遙控設(shè)備。2005年9月5日信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局下發(fā)信部無(wú)［2005］423號(hào)文件《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》，其中規(guī)定通用無(wú)線遙控設(shè)備的使用頻率:470～566 MHz和614～787 MHz;占用帶寬:不大于1.0 MHz;發(fā)射功率限值:5 mW(e.r.p)。

③無(wú)線傳聲器和民用無(wú)線電計(jì)量?jī)x表等類型設(shè)備。2005年9月5日信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局下發(fā)信部無(wú)［2005］423號(hào)文件《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》，其中規(guī)定無(wú)線傳聲器和民用無(wú)線電計(jì)量?jī)x表等類型設(shè)備的使用頻率:470～510 MHz和 630～787 MHz;占用帶寬:不大于200 kHz;發(fā)射功率限值:50 mW(e.r.p)。

④各類民用設(shè)備的無(wú)線控制裝置。2005年9月5日信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局下發(fā)信部無(wú)［2005］423號(hào)文件《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》，其中規(guī)定各類民用設(shè)備的無(wú)線控制裝置的使用頻率:779～787 MHz;發(fā)射功率限值:10 mW(e.r.p)。

⑤接力通信系統(tǒng)。國(guó)標(biāo)《100－1 000 MHz接力通信系統(tǒng)的容量系列波道配置及設(shè)備的主要技術(shù)要求》中規(guī)定了接力通信系統(tǒng)的使用頻率:798～806 MHz和 843～851 MHz;占用帶寬:不大于2 MHz;射頻輸出功率限值:10 W［13］。

4 700 MHz頻譜占用度測(cè)試情況

694～806 MHz是地面模擬電視頻段(包括DS36～DS49標(biāo)準(zhǔn)頻道)。以陜西省為例，對(duì)694～806 MHz注冊(cè)與非注冊(cè)頻點(diǎn)占用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由于廣播電臺(tái)臺(tái)站數(shù)據(jù)的特殊性，尚未得到相關(guān)臺(tái)站數(shù)據(jù)信息，故在此頻段未進(jìn)行注冊(cè)與非注冊(cè)頻點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，只進(jìn)行了占用與未占用頻點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)［14］。對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，得到結(jié)論以下:

①陜西省694～806 MHz頻段平均占用度為27.70%;

②寶雞市、渭南市、咸陽(yáng)市和榆林市頻段占用度略低，小于10%，西安市、商洛市和漢中市頻段占用度較高，大于50%，其他地市頻段占用度為10%～50%;

③694～806 MHz頻段以帶寬為8 MHz的模擬電視信號(hào)為主，且頻段占用度較高;

④除西安市、漢中市等個(gè)別城市外，無(wú)論在時(shí)間上和頻段上，其他地市頻譜利用率均較低，存在較大的頻譜空間可被再利用［15］;

⑤694～806 MHz頻段占用度主要由模擬電視信號(hào)頻段占用度決定，其他頻點(diǎn)信號(hào)占用度對(duì)該頻段占用度影響甚微;

⑥加快模擬電視信號(hào)向數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)變可以節(jié)約更大的頻譜空間，釋放出的頻率可考慮用于IMT系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)人口眾多、地域遼闊的發(fā)展中國(guó)家，各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大，再加上各種技術(shù)、政治的因素，使我國(guó)的模擬電視向數(shù)字電視的過(guò)渡期不可能很短，過(guò)渡過(guò)程也可能較復(fù)雜。因此，對(duì)我國(guó)模數(shù)轉(zhuǎn)化和頻率釋放分配提出了以下的預(yù)測(cè)和建議:

①我國(guó)可釋放頻譜預(yù)測(cè)。鑒于目前我國(guó)有線電視頻道數(shù)(北京:55個(gè)，上海:67個(gè)，廣州:63個(gè))為60個(gè)左右，在模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)型后，考慮到廣告、新聞和娛樂(lè)等專業(yè)頻道業(yè)務(wù)需求，參照有線電視頻道數(shù)目，預(yù)計(jì)最多需要60個(gè)數(shù)字電視頻道。我國(guó)目前電視系統(tǒng)占用UHF的頻率帶寬為296 MHz，在保證相同節(jié)目數(shù)量的前提下，如果頻率使用效率提高一倍，則模數(shù)轉(zhuǎn)換后可以釋放的頻率約為140 MHz。如果采用復(fù)用技術(shù)傳輸標(biāo)清電視節(jié)目，假設(shè)共有60套數(shù)字電視節(jié)目，同一個(gè)頻道可以傳輸4～5套標(biāo)清電視節(jié)目，則可以釋放大約70～80 MHz的頻率。

②我國(guó)釋放頻譜分配方案的建議。對(duì)于廣播電視而言，數(shù)字化不但帶來(lái)電視傳輸質(zhì)量的飛躍，同時(shí)可以將一部分700 MHz頻段釋放出來(lái)，無(wú)論從系統(tǒng)成本還是覆蓋性能方面考慮，模數(shù)轉(zhuǎn)換釋放的頻譜較為適合移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。如上述國(guó)外模數(shù)電視轉(zhuǎn)換進(jìn)展情況所述，國(guó)際上普遍將部分釋放的頻譜用于IMT，根據(jù)我國(guó)IMT發(fā)展情況，我國(guó)也應(yīng)該遵循這一基本規(guī)律和趨勢(shì)。

［1］ 中華人民共和國(guó)頻率劃分規(guī)定［S］，2013．

［2］ GB 20600－2006．?dāng)?shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制［S］，2006．

［3］ SAEED M，HONG W，RAFIQUE K．Realizing Digital Dividend in a Wireless World Challenges and Opportunities［C］∥Information Science and Service Science(NISS)，2011 5th International Conference on New Trends in．IEEE，2011:255 －259．

［4］ NIDAL K．White Space Spectrum in The US ［R］．The 12th Meeting of the APT Wireless Group(AWG-12)/INF-02．

［5］ TANNER G．The Digital Dividend As a Case Study in Spectrum Re-farming［J］．Telecommunications Journal of Australia，2013，63(1):3 －5．

［6］ BEEK V D J，RIIHIJARVI J，ACHTZEHN A，et al．UHF White Space in Europe-a Quantitative Study into the Potential of the 470-790 MHz Band［C］∥New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks(DySPAN)，2011 IEEE Symposium on．IEEE，2011:1 －9．

［7］ ITU-R JTG5-6，R07-JTG5．6-091118-TD-0052．List of Broadcasting Service Characteristics for Use in Sharing Studies in the Band 790 －862 MHz［R］，2010．

［8］ ITU-R．List of IMT Systems Characteristics for Use in Sharing Studies in the Band 790-862 MHz［R］．ITU-R JTG5-6，R07-JTG5，6-091118-TD-0051．2010．

［9］ ITU-R JTG5-6，Annex 3 to R07-JTG5．6-C-0180．List of Broadcasting Service Characteristics for Use in Sharing Studies in the Band 790 －862 MHz［R］，2010．

［10］ FREYENS B P，LONEY M．Opportunities for White Space Usage in Australia［C］∥Wireless Communication，Vehicular Technology，Information Theory and Aerospace ＆Electronic Systems Technology(Wireless VITAE)，2011 2nd International Conference on．IEEE，2011:1 －5．

［11］ BEEK Van De J，RIIHIJARVI J，ACHTZEHN A，et al．TV White Space in Europe［J］．Mobile Computing，IEEE Transactions on，2012，11(2):178 －188．

［12］GY/Y 237－2008．VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準(zhǔn)則［S］，2008．

［13］ GB/T 13621－1999．100－1 000 MHz接力通信系統(tǒng)的容量系列波道配置及設(shè)備的主要技術(shù)要求［S］，1999．

［14］ ITU-R SM．2256．頻譜占用率測(cè)量和評(píng)估［R］，2012．

［15］ITU-R SM．1046-2．無(wú)線電系統(tǒng)頻譜使用和效率的定義［R］，2006．