數(shù)字紅利頻譜的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

孟德香，徐曉燕

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司, 北京 100080）

“數(shù)字紅利”特指模擬電視占用的無(wú)線電頻率在經(jīng)歷數(shù)字轉(zhuǎn)換后所釋放的頻率空間。UHF頻段原是廣播電視頻段的一部分，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，廣播電視的模數(shù)轉(zhuǎn)化大大提高了承載效率，成為業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，由此而來(lái)的空余頻率成為可供重新分配使用的寶貴資源。WRC07決議確定“數(shù)字紅利”釋放的部分UHF頻段用于發(fā)展IMT業(yè)務(wù)，ITU-R M.1036[1]已經(jīng)確立了UHF頻段的國(guó)際統(tǒng)一規(guī)劃方案。

隨著數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長(zhǎng)，移動(dòng)通信對(duì)頻譜的需求大幅增加，擁有良好傳播特性的UHF頻段成為全球運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，UHF頻段的再分配以及LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在以美歐為首的世界范圍內(nèi)開展。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商傾向于在UHF頻段進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本文從廣電規(guī)劃現(xiàn)狀、廣播電視數(shù)字化進(jìn)程及移動(dòng)通信規(guī)劃和再分配進(jìn)展等方面梳理數(shù)字紅利頻段現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 廣播電視頻道規(guī)劃現(xiàn)狀

在世界范圍內(nèi)，UHF頻段原本主要規(guī)劃給廣播電視使用。我國(guó)在470～798 MHz頻段共規(guī)劃了36個(gè)8 MHz帶寬電視頻道[2]，由廣電部門管理使用。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1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，允許開路電視（和有線電視）使用，記有DS-1～DS-68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。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。

圖1 中國(guó)廣播電視信道規(guī)劃情況[2]

2 數(shù)字化是廣播電視的發(fā)展趨勢(shì)

與模擬廣播電視相比，數(shù)字電視清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)，并且頻譜承載能力將成倍增加。在全球范圍內(nèi)，廣播電視數(shù)字化成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。2007年，廣播電視數(shù)字化在全球范圍內(nèi)得到認(rèn)可，并形成由規(guī)劃到政策和標(biāo)準(zhǔn)制定，直至政府全力推動(dòng)，各個(gè)環(huán)節(jié)連鎖推進(jìn)的局面。廣播電視實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后，能夠?qū)崿F(xiàn)許多在模擬制式下無(wú)法達(dá)到的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程，令電視信號(hào)的傳輸更加有效率。廣播電視數(shù)字化的主要作用包括：

（1）對(duì)于政府和行業(yè)而言，數(shù)字電視的出現(xiàn)將引發(fā)無(wú)線電頻譜的重新分配，進(jìn)一步由政府組織對(duì)這一頻段的牌照進(jìn)行拍賣。與UHF頻段頻譜再分配相伴而生的利益，被稱為“數(shù)字紅利”或稱“頻譜紅利”。重新被釋放的頻譜將擁有廣闊的應(yīng)用空間，包括額外的陸地廣播服務(wù)、移動(dòng)通信、移動(dòng)多媒體應(yīng)用及無(wú)線寬帶接入等。當(dāng)然，只有當(dāng)廣播電視完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，現(xiàn)有的頻率空間才能真正產(chǎn)生出紅利。

（2）對(duì)于終端用戶而言，數(shù)字電視在分辨率和聲音保真度上的潛在能力可與藍(lán)光家庭視頻相比，它可以讓用戶從同一廣播電臺(tái)收到不同的子信道，從而實(shí)現(xiàn)用戶獲取特定的廣播節(jié)目?jī)?nèi)容。

2.1 中國(guó)廣播電視數(shù)字化計(jì)劃與進(jìn)展

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示[6]，截止到2010年底，我國(guó)數(shù)字電視用戶已經(jīng)達(dá)到2億多戶，其中有線數(shù)字電視用戶達(dá)到8 798萬(wàn)戶，衛(wèi)星數(shù)字電視用戶（合法+非法）達(dá)到9 795萬(wàn)戶，IPTV用戶達(dá)到770萬(wàn)戶，CMMB用戶達(dá)到857萬(wàn)戶，地面國(guó)標(biāo)DTMB用戶達(dá)到96萬(wàn)戶。我國(guó)數(shù)字電視用戶2006～2010年間的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了42%，目前正處于高速增長(zhǎng)階段。

按照國(guó)家廣電總局部署[7]，全國(guó)地面數(shù)字電視系統(tǒng)建設(shè)與覆蓋工作分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段到2010年底全國(guó)所有地市以上城市地面數(shù)字電視全部開通；第二階段為在333個(gè)地級(jí)市和2861個(gè)縣播出標(biāo)清節(jié)目，預(yù)計(jì)2018年到2020年基本停止播出模擬信號(hào)電視節(jié)目[8]。CMMB的發(fā)展思路為[9]：在未來(lái)5年內(nèi)，中國(guó)內(nèi)地全部地級(jí)市以上的城市將達(dá)到CMMB深度覆蓋的目標(biāo)，同時(shí)覆蓋393個(gè)縣級(jí)市、1 000個(gè)以上的縣以及主要的高速公路；建立覆蓋全國(guó)的服務(wù)體系；發(fā)展1億視頻用戶，4 000萬(wàn)增值（數(shù)字）業(yè)務(wù)用戶。

2.2 全球廣播電視數(shù)字化進(jìn)程[10]

根據(jù)日內(nèi)瓦2006(GE-06)協(xié)議，2015年6月17日以后，GE06各國(guó)可以在原有的模擬電視傳播頻段使用新的數(shù)字服務(wù)，并且不需要考慮鄰國(guó)的模擬制式服務(wù)受到干擾的問(wèn)題。2015年6月17日被廣泛認(rèn)可為國(guó)際上確立的模擬服務(wù)退出的日子，至少在與鄰國(guó)接壤的邊境線上應(yīng)當(dāng)執(zhí)行。歐盟建議在2012年1月1日前完成數(shù)字轉(zhuǎn)換。截至2012年11月，西歐大部分國(guó)家以及亞洲的日本、臺(tái)灣地區(qū)等已完成了模擬電視數(shù)字化的轉(zhuǎn)化，美國(guó)已完成了全功率模數(shù)轉(zhuǎn)化，正在進(jìn)行低功率信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)化。預(yù)計(jì)于2013年完成模數(shù)轉(zhuǎn)化的國(guó)家包括澳大利亞、新西蘭、南非、波蘭、保加利亞等。

3 廣播電視數(shù)字化后帶來(lái)的“數(shù)字紅利”

“數(shù)字紅利”特指模擬電視時(shí)代占用的無(wú)線電頻率在經(jīng)歷數(shù)字轉(zhuǎn)換后所釋放的頻率空間。事實(shí)上頻率總量沒(méi)有改變，只是因?yàn)閴嚎s及信號(hào)格式不同，得以讓原本被占用的頻率重新回收使用，并規(guī)劃不同的應(yīng)用類別。2007年世界無(wú)線電大會(huì)(WRC07)的決議確認(rèn)UHF頻段“數(shù)字紅利”將主要用以發(fā)展新的電信業(yè)務(wù)，原則上將由各個(gè)國(guó)家根據(jù)本國(guó)移動(dòng)通信的需求以及廣電數(shù)字化進(jìn)程來(lái)決定推進(jìn)速度。

3.1 WRC07新增移動(dòng)通信頻段

2007年舉行的世界無(wú)線電大會(huì)(WRC07)正式確定廣播電視數(shù)字化后空閑的數(shù)字紅利頻段用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。UHF數(shù)字紅利頻段在全球3個(gè)區(qū)域進(jìn)行了不同的劃分。在1區(qū)（歐洲、非洲）國(guó)家中，將790～862 MHz規(guī)劃為移動(dòng)業(yè)務(wù)使用，并分配給包括IMT-2000在內(nèi)的IMT系統(tǒng)使用。2區(qū)（美洲）將698～806 MHz、3區(qū)（亞太）將790～862 MHz頻段也分配給IMT系統(tǒng)使用，其中中國(guó)、日本、韓國(guó)、新西蘭、新加坡、孟加拉國(guó)等9國(guó)IMT系統(tǒng)頻段擴(kuò)展到698 MHz。圖2給出了不同區(qū)域UHF頻段的業(yè)務(wù)劃分情況。

圖2 ITU各區(qū)域UHF頻段IMT業(yè)務(wù)劃分情況

3.2 UHF數(shù)字紅利頻段全球規(guī)劃情況

根據(jù)WRC-07的業(yè)務(wù)劃分，ITU-R WP5D負(fù)責(zé)制定UHF頻段的頻率規(guī)劃，在2011年10月第12次5D會(huì)議上已經(jīng)形成M.1036[1]的穩(wěn)定版本。在M.1036中，包含了4個(gè)UHF頻段規(guī)劃方案，分別為：美國(guó)提交規(guī)劃方案、歐洲（以ECC為代表進(jìn)行研究，其中法國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家比較積極）的規(guī)劃方案、亞太(APT)提交的全FDD和全TDD兩項(xiàng)規(guī)劃方案。我國(guó)推動(dòng)數(shù)字紅利頻段的全TDD規(guī)劃方案，受到亞太地區(qū)國(guó)家的支持并成為國(guó)際統(tǒng)一規(guī)劃方案之一。下面具體介紹一下各區(qū)域組織及重要國(guó)家目前的規(guī)劃情況。

3.2.1 美國(guó)規(guī)劃

美國(guó)向ITU提交的方案為一套FDD/TDD的混合規(guī)劃方案，最終形成了ITU-R M.1036中的A3方案。由于高端公共安全應(yīng)用的原因，美國(guó)國(guó)內(nèi)的IMT頻段只規(guī)劃到793 MHz。

美國(guó)方案將698～806 MHz頻段劃分為兩部分：698～746 MHz、746～793 MHz，規(guī)劃為兩對(duì)Paired方式（698～716/728～746 MHz、776～793/746～763 MHz），716～728 MHz規(guī)劃為Unpaired方式。

美國(guó)在該頻段上已率先完成了拍賣，并已開始運(yùn)營(yíng)LTE-FDD商用網(wǎng)絡(luò)。但美國(guó)規(guī)劃方案似乎并未獲得美洲大多數(shù)國(guó)家的采納，目前美洲區(qū)域內(nèi)僅加拿大采取了與美國(guó)同樣的規(guī)劃方案。

3.2.2 歐洲規(guī)劃情況

歐洲目前規(guī)劃給IMT系統(tǒng)使用的頻段為790～862 MHz。歐洲的700 MHz頻段目前仍由廣播使用，計(jì)劃未來(lái)用于移動(dòng)通信，規(guī)劃方案仍在研究中。歐洲郵政和電信會(huì)議CEPT經(jīng)過(guò)討論后曾經(jīng)形成兩種劃分方式：全FDD和全TDD方式，如圖3所示。

圖3 歐洲CEPT規(guī)劃方案

雖然在CEPT中形成了兩種規(guī)劃方案，但最終僅反雙工FDD規(guī)劃方案被歐洲作為該頻段的統(tǒng)一規(guī)劃方案提交到ITU，即ITU-R M.1036中的A3方案。目前，德國(guó)、瑞典、丹麥、挪威和波蘭等歐洲國(guó)家已按此方案完成了規(guī)劃。

3.2.3 亞太地區(qū)規(guī)劃情況

2010年9月召開的AWF會(huì)議完成了UHF頻段研究報(bào)告，APT全FDD和全TDD頻率安排成為亞太地區(qū)的兩種主要規(guī)劃方案，具體情況如下：

（1）FDD方案。全FDD方案由韓國(guó)推動(dòng)，考慮到698～806 MHz頻段下端與廣播系統(tǒng)、上端與PPDR系統(tǒng)的共存研究結(jié)果以及不同雙工方式對(duì)RNSS二次諧波的干擾情況，最終提議采用正雙工FDD方式。該方案下端與廣播預(yù)留5 MHz保護(hù)帶，上端與PPDR預(yù)留3 MHz保護(hù)帶，采用2×45 MHz成對(duì)頻譜安排方式，F(xiàn)DD雙工間隔為10 MHz。在該頻段下端與廣播電視業(yè)務(wù)的保護(hù)頻率需求上，亞太區(qū)的兩種規(guī)劃方案都考慮了由于電視信道安排所能提供的額外4 MHz保護(hù)帶寬。APT FDD方案成為ITU-R M.1036中的A5方案。亞太地區(qū)FDD正向雙工方案如圖4所示。

圖4 亞太地區(qū)FDD正向雙工方案

亞太地區(qū)日本、臺(tái)灣、澳大利亞、新西蘭已確定采用APT FDD規(guī)劃方案。此外，APT FDD的規(guī)劃方案也受到亞太以外若干美洲國(guó)家的關(guān)注，智利、烏拉圭、哥倫比亞、墨西哥、厄瓜多爾已確定采用此規(guī)劃方案，哥斯達(dá)黎加、巴西也極有可能采用此方案。美洲國(guó)家采用APT FDD規(guī)劃方案而非美國(guó)混合方案的主要原因在于亞太FDD方案2×45 MHz的高帶寬將更適合于未來(lái)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)需求，并在頻譜使用方面更加靈活；此外與移動(dòng)用戶密集的亞太地區(qū)方案保持一致，將有利于形成全球規(guī)模效應(yīng)，降低成本。

（2）TDD方案。全TDD規(guī)劃方案由我國(guó)推動(dòng)，規(guī)劃方案如圖5所示。本方案兩端保護(hù)帶的選擇與FDD方案基本一致，即最小預(yù)留5 MHz與廣播的保護(hù)帶以及3 MHz與PPDR的保護(hù)帶，但由于TDD方案的部署靈活性，可根據(jù)廣播實(shí)際信道復(fù)用情況決定頻段起點(diǎn)，因此在規(guī)劃圖中沒(méi)有標(biāo)明保護(hù)帶大小。APT TDD方案最終成為ITU。

圖5 亞太地區(qū)全TDD方案

3.3 “數(shù)字紅利”的再分配與LTE建網(wǎng)使用已在全球蓬勃開展

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，移動(dòng)通信對(duì)于頻譜的需求大幅上升。與2 GHz以上頻段的頻譜相比，UHF頻段可實(shí)現(xiàn)更大范圍的覆蓋并具有穿透性，覆蓋同樣范圍所需站點(diǎn)少。規(guī)劃仿真研究表明，在城市地區(qū)建網(wǎng)2 GHz頻段布網(wǎng)所需站點(diǎn)約是700 MHz的3.7倍，2.6 GHz頻段所需站點(diǎn)約是700 MHz的4.9倍；在農(nóng)村地區(qū)建網(wǎng)2 GHz頻段布網(wǎng)所需站點(diǎn)為700 MHz的1.9倍，2.6 GHz頻段所需站點(diǎn)約是700 MHz的2.5倍。由此可見(jiàn)，采用700 MHz的建網(wǎng)成本相較于2 GHz以上頻段將大幅降低，因此UHF頻段被全球移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商視為寶貴的頻譜資源。

3.3.1 UHF頻段的再分配情況

數(shù)字紅利再分配的實(shí)際進(jìn)程由各個(gè)國(guó)家根據(jù)廣電數(shù)字化進(jìn)程并依照本國(guó)國(guó)情自行推進(jìn)。截止到2012年11月，歐洲已有德國(guó)、瑞典、意大利、西班牙、法國(guó)、瑞士、丹麥等多個(gè)國(guó)家完成UHF頻段的再分配，奧地利、英國(guó)、愛(ài)爾蘭、荷蘭、芬蘭等國(guó)計(jì)劃于2013年進(jìn)行拍賣；美洲區(qū)美國(guó)、烏拉圭、墨西哥已完成UHF頻段的分配，加拿大和巴西計(jì)劃將于2013年進(jìn)行拍賣；亞太區(qū)只有日本已完成分配，澳大利亞和新西蘭計(jì)劃2013年進(jìn)行拍賣。

3.3.2 UHF頻段的使用進(jìn)展情況

從目前的全球發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商傾向于在UHF頻段進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。目前已投入商用的LTE網(wǎng)絡(luò)均為L(zhǎng)TE FDD網(wǎng)絡(luò)。截止到2012年10月，美國(guó)已有Verizon, AT&T等6家運(yùn)營(yíng)商開啟了LTE FDD商用網(wǎng)絡(luò)；多家運(yùn)營(yíng)商也已在歐洲8個(gè)國(guó)家開啟了商用網(wǎng)絡(luò)；此外美洲區(qū)國(guó)家波多黎各、烏拉圭、墨西哥也已存在UHF頻段的LTE商用網(wǎng)絡(luò)[11]。除了已經(jīng)正式投入商用的國(guó)家，英國(guó)、巴西、日本等國(guó)也有UHF頻段商用網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，詳見(jiàn)表1。

表1 截至2012年10月已在UHF頻段部署LTE商用網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商

4 小結(jié)

近年來(lái)，數(shù)字紅利已成為廣播電視行業(yè)、電信運(yùn)營(yíng)商及其他業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商們廣泛討論的熱點(diǎn)問(wèn)題。廣播電視的數(shù)字化浪潮正在全球范圍內(nèi)開展。隨著這一進(jìn)程的不斷深入，由此帶來(lái)的空余頻譜便是電視數(shù)字化后帶來(lái)的回饋。同時(shí)，隨著數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長(zhǎng)，移動(dòng)通信對(duì)頻譜的需求大幅增加，擁有良好傳播特性的UHF頻段成為全球運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)，也必將在近年內(nèi)成為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主力頻段。

[1] Recommendation ITU-R M.1036 Frequency Arrangements for Implementation of the Terrestrial Component of International Mobile Telecommunications (IMT) in the Bands Identified for IMT in the Radio Regulations (RR)[S].

[2] 中國(guó)廣播電視頻道規(guī)劃情況http://wenku.baidu.com/view/aea28320482fb4daa58d4bfe.html.

[3] 中國(guó)普天信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，清華大學(xué)，北京海爾集成電路設(shè)計(jì)有限公司，北京北廣科技股份有限公司. 全球數(shù)字電視應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢(shì)研究[OL/EB]. http://wenku.baidu.com/view/32e4902ced630b1c59eeb514.html.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB20600-2006, 數(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年08月18日.

[5] 楊慶華. 中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)體系介紹[J]. 現(xiàn)代電視技術(shù), 2008(2).

[6] 熊飛，林起勁. 廣電發(fā)展現(xiàn)狀與預(yù)測(cè)[OL/EB]. 2011年12月6日；http://www.c114.net/swrh/1989/a658656.html.

[7] 國(guó)家廣電總局副局長(zhǎng)張海濤講話[Z]. 2010年3月；http://info.homea.hc360.com/2010/03/221638492825.shtml.

[8] 新聞：國(guó)內(nèi)模擬電視停播估計(jì)將推至2018年[Z]. http://labs.chinamobile.com/mblog/59354_14944.

[9] 新聞：CMMB網(wǎng)絡(luò)明年迎來(lái)集中建設(shè)期[Z]. http://www.c114.net/news/44/a656428.html.

[10] 維基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_television_transition.

[11] GSA Evolution to LTE Report, 2012年11月2日.