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          構建我國“頻譜高速公路”的基本思路
          作者:湖南省無線電監測站 田振和 熊能 楊露 來源:人民郵電報
                  隨著無線電技術的飛速發展和無線電業務的廣泛應用,頻譜資源稀缺與應用需求巨大的矛盾日益突出。為此,美國提出了“頻譜高速公路”的設想。我國同樣也可抓緊構建適合國情的“頻譜高速公路”,采用網格化頻譜管理、大帶寬的頻譜劃分規則、用戶分級和授權頻譜接入策略等新的頻譜管理理念,力求突破我國頻譜資源短缺瓶頸,提高頻譜利用效率,滿足經濟社會發展對頻譜資源的迫切需求。

          著力構建四大要素

          構建我國“頻譜高速公路”,實現不同業務、不同用戶高速、有序、動態共享頻譜資源,首先,需要轉變現有小而精的頻譜劃分方式,建立大帶寬的頻譜劃分規則,使頻譜共享形成規模;其次,對無線電頻譜資源實行網格化管理,促進網格內設備功耗下降和網格間頻率復用;再次,嚴格發射機與接收機管理制度,降低設備間干擾,營造穩定有序的共享環境;最后,通過用戶分級和授權頻譜接入,實現頻譜資源跨行業、跨領域、多業務用戶共享。

          建立大帶寬的頻譜劃分規則。我國現行的頻譜規劃采用的是窄帶細分、單業務獨享的方式,這在一定程度上導致了人為的頻譜緊缺和利用率低下問題。構建我國“頻譜高速公路”,應在科學選擇頻譜高速公路的運行頻段的基礎上,采用大帶寬頻譜劃分。大帶寬頻譜劃分,能避免業務量大的用戶因頻譜資源不夠而導致的業務請求拒絕,也能避免業務量小的用戶頻譜資源的浪費,有利于容納各種兼容性的應用以及各種適合寬帶的新技術應用,實現多業務共享同一頻段,提高頻譜整體利用率。同時,大帶寬頻譜是實現數據高速傳輸的基礎,而且寬帶頻譜還有助于減少鄰道干擾,保持鄰道的兼容性。

          實行小區制網格化管理模式。構建我國“頻譜高速公路”,對“頻譜高速公路”頻譜資源應實施小區制網格化管理。小區制網格化管理在地理空間上更加容易實現給定頻譜的重復使用,同時有利于降低網格內設備功率,防止設備間干擾,有效增加用戶容量??梢?,實現“頻譜高速公路”頻譜資源小區制網格化管理,可以極大地提高資源的綜合利用效率。從另一方面來講,“頻譜高速公路”主要為“最后一公里”通信提供頻譜資源保障,解決短距離頻譜接入問題,小區制網格化管理也契合了“頻譜高速公路”的特點。

          嚴格發射機/接收機管理制度。在“頻譜高速公路”的頻譜管理決策過程中,發射機和接收機性能是需要重點考慮的因素之一。在“頻譜高速公路”中,應強化發射機和接收機性能的管理,確定頻譜高速公路中可以接受的干擾水平(即允許一定程度的干擾,規定合理的保護等級)和需采取的干擾抑制措施。通過對頻譜高速公路設置一定的準入條件,在清晰、透明、有效的共享規則和條件基礎上,通過頻譜高速公路核心系統可靠的共享配置來降低各設備間的干擾,為用戶創造一個穩定的運行環境。

          同時,“頻譜高速公路”運行的是頻譜共享無線電設備,其射頻工作參數是動態調整的,因此需要調整我國現行的無線電設備型號核準政策,進一步放寬無線電技術發展的政策約束,有效促進超寬帶、低功耗、動態參數調整的無線電設備的研制、生產與應用,促進無線電技術和應用發展。無線電管理部門可將頻譜共享無線電設備工作參數與應用范圍限定在某特定條件中,建立包含設備共享工作頻段、發射功率可調等級、可選調制方式、占用帶寬范圍等內容的型號數據庫。

          實施用戶分級和授權頻譜接入策略。“頻譜高速公路”不是清除原有頻譜用戶重新確立新規則,而是在保持原有用戶基本使用權益的基礎上確立新的共享,然后在演進過程中逐步引導原有用戶向新規則過度??紤]到確保原有頻譜用戶基本使用權益的需要,同時考慮到接入“頻譜高速公路”各類頻譜用戶的重要程度和肩負的不同職責,需要在“頻譜高速公路”中建立用戶分級接入系統,實現對不同用戶的鑒權。用戶分級接入系統將“頻譜高速公路”用戶劃分為三個等級,做到“保障一級、滿足二級、兼顧三級”,實現頻譜資源跨行業、跨領域、多業務用戶共享。

          在技術上,為了實現動態頻譜管理和動態共享,需要引入共享授權頻譜接入管理單元,作為信息和控制交換的節點,記錄各頻段的注冊使用情況,裁決不同用戶在共享頻段的接入和使用。如圖所示:

          頻譜接入管理單元是泛在的(與頻譜管理網格相契合的網格化模式部署,一個頻譜接入管理單元管理一個或幾個網格),確保用戶在不同時間、地點都能可靠地從頻譜接入管理單元獲得授權。頻譜接入管理單元可依托現有公眾通信基礎設施部署,或者重新規劃部署。各個頻譜接入管理單元進行互聯,構成我國“頻譜高速公路”頻譜接入網絡。

          重點解決三大問題

          構建我國“頻譜高速公路”,主要是通過新的頻譜管理政策框架,建立頻譜接入系統網絡(頻譜高速公路頻譜接入網絡),實現無線電用戶動態有序共用頻譜資源,實現頻譜高效利用。其中需要重點解決以下問題。

          一是建立清晰透明的頻譜共享規則。頻譜共享規則,即允許用戶進行頻譜共享的通用規則。共享規則不僅包括頻譜管理的相關政策,還包括實現頻譜動態共享接入的技術標準、通用協議、基本流程、發展規范、異常處理等應用策略。為所有用戶建立清晰透明的共享規則,是構建我國頻譜高速公路的基礎,是用戶進行設備研發并最終實現頻譜接入的先決條件。同時,清晰透明的共享規則將有利于形成具有共同責任的用戶群,有利于在一個公平的環境中促進用戶競爭。簡而言之,清晰透明的共享規則,是頻譜高速公路的“基本法”。在構建我國頻譜高速公路中,可以組建政、產、學、研、用各環節共同參與的技術聯盟或行業協會,開展頻譜共享聯合研究和技術攻關,開展行業服務,推進共享規則的制定和標準化等工作。

          二是科學選擇頻譜高速公路的頻段。從理論上來講,頻譜高速公路均可以適應于當前大多數無線電應用業務工作的頻段。但考慮到一個新模式從推出到成熟運用需要一個發展過程,因此應科學確定一個示范性頻段用于我國第一條頻譜高速公路,通過試驗試點發現未曾預計的問題,進一步完善相關規范和體制。

          從技術上分析,應從3個層面考慮我國第一條頻譜高速公路的使用頻段。第一,應具有足夠帶寬和連續性,頻譜高速公路實現動態的多業務寬帶共享,因此,應盡量選擇連續的寬帶頻譜;第二,應遵守國際、國內用頻準則,國際電信聯盟制定了《無線電規則》,我國頒布了《無線電管理條例》、《無線電頻率劃分規定》等,各業務要適應國內外頻譜使用的有關規定;第三,要選擇技術可行性高、兼容性好且回收效率高的頻段。頻譜高速公路頻段的選擇存在與現有無線電業務的兼容共存問題,考慮到對現有用戶的保護,應該選擇現有業務受保護條件相對較低、易于兼容共存的頻段。此外,基于經濟角度考慮頻譜高速公路的頻段,也可以考慮通過市場手段選擇經濟回報率高的頻段。

          三是突破重點關鍵技術。構建我國“頻譜高速公路”,還需利用產業聯盟重點研究多業務多用戶在異構網絡中頻譜最優決策、可用頻譜感知、頻譜共享等關鍵技術問題。例如,在頻譜感知過程中,探測器受限于硬件特性,如何提升大帶寬范圍的感知能力,如何在與接收機沒有交互的同時,精確估計接收機所在的地理位置信息等;在頻譜決策過程中,無線電環境瞬息萬變,如何保證作頻譜決策時,數據仍然實時有效;不同用戶服務質量要求不同,如何保證其正常需求等;在頻譜共享中,高優先級用戶需要占用低優先級用戶的頻段時,如何避免低優先級用戶的自私占用原有頻段或者違規擅自占用未經批準的頻段,低優先級用戶如何適應系統大范圍頻段調節、無縫切換的要求等。這些都是在頻譜高速公路實現過程中需要攻克的難題。

          當前,我國頻譜資源日益緊張,供需矛盾日益突出。面對我國經濟社會發展和國防建設中持續擴大的頻譜資源需求,我們應創新頻譜管理理念,改革當前管理使用模式,在無線電管理工作中進一步確立無線電頻譜動態分配、共享使用的高級頻譜管理理念,采用網格化頻譜管理,大帶寬的頻譜劃分規則,用戶分級和授權頻譜接入等策略促進頻譜資源的高效利用,以適應未來新的技術發展和頻譜應用需求。

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