省頻譜：有限頻譜承載無限流量
進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代，運營商可能很快面臨“頻譜危機”。日益增長的無線數(shù)據(jù)需求最終將使頻譜資源消耗殆盡。有報告稱，2015年，我國移動通信頻率總需求接近1000MHz，目前已劃分用于IMT系統(tǒng)的頻率共547MHz。如不分配新頻率，到2015年，中國將出現(xiàn)420MHz的頻譜缺口。而據(jù)工業(yè)和信息化部無線電管理局局長謝飛波表示，我國未來公眾移動通信系統(tǒng)總的頻譜需求將至少為1400MHz，從目前的頻率規(guī)劃情況看，還存在較大缺口。
如何應(yīng)對頻譜危機?業(yè)界主要存在兩種聲音：一種聲音是通過新技術(shù)提高頻譜效率，讓每Hz承載更多的Bit;而另一種聲音則更加直接，通過部署小基站增加網(wǎng)絡(luò)密度，提升網(wǎng)絡(luò)容量。
在歷屆北京通信展中，涌現(xiàn)了眾多優(yōu)秀的“省頻譜”解決方案，業(yè)界正運用集體智慧來應(yīng)對即將到來的頻譜危機。
認知無線電備受關(guān)注
在眾多提升頻譜效率的新技術(shù)中，最受關(guān)注、也最被寄予厚望的是認知無線電技術(shù)，它也被稱為無線通信領(lǐng)域的下一個大事件。認知無線電技術(shù)的基本出發(fā)點是：在已授權(quán)頻段沒用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動的情況下，為了提高頻譜利用率，具有認知功能的無線通信設(shè)備可以按照某種“伺機”的方式工作在已授權(quán)的頻段內(nèi)。在空域、時域和頻域中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源被稱為“頻譜空洞”。認知無線電的核心思想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用的能力。
應(yīng)用認知無線電技術(shù)，手機可以自動搜索可用的無線電頻譜，然后選擇其中最好的加以利用。例如，某國政府為某空軍轟炸訓(xùn)練基地預(yù)留了部分頻譜，但某一天該基地沒有任何轟炸訓(xùn)練，認知無線電技術(shù)就可以允許手機搜索到開放的頻道并轉(zhuǎn)換至該頻道。
頻譜短缺的現(xiàn)實使能夠利用空閑頻譜的認知無線電技術(shù)受到了空前的關(guān)注。工業(yè)和信息化部電信研究院郎保真表示，近年來，隨著移動寬帶等無線電技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，可以使用的頻譜資源越來越少，急需更多的頻譜;與此同時，有些頻段的無線電業(yè)務(wù)由于開展得不充分，頻譜利用率較低，甚至還存在頻譜資源閑置的狀況。認知無線電技術(shù)可有效提升頻譜資源的利用效率，緩解頻譜資源供求緊張的矛盾。
在我國，認知無線電技術(shù)還處在發(fā)展初級階段，各項理論和技術(shù)處于研究探索中。關(guān)于認知無線電技術(shù)的研究工作已經(jīng)在我國的一些高等學(xué)府進行，例如清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)正在展開認知無線電的研究和小規(guī)模試驗。郎保真表示，由于無線環(huán)境日益復(fù)雜，認知無線電在技術(shù)上實現(xiàn)上十分復(fù)雜。在我國，認知無線電還沒有實際應(yīng)用。預(yù)計它的應(yīng)用將會在今后五年到十年中出現(xiàn)。
在國外，認知無線電技術(shù)發(fā)展得則更加迅速。一個由谷歌、微軟高管等組成的總統(tǒng)建議委員會于2012年6月提交了一份報告，探討如何利用計算機化的無線電技術(shù)提升頻譜利用效率，而這份報告中提到的技術(shù)正是認知無線電技術(shù)。一家名為xG Technology的美國公司已經(jīng)為美國軍方開發(fā)了一種認知無線電技術(shù)，能夠用于軍事基地通信。這項技術(shù)能夠掃描開放的頻道并清除繁忙頻道的干擾，從而允許更多人同時使用。
而在以往的北京通信展中，諾基亞西門子通信推出的靈動網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和上海貝爾展示的LightRadio解決方案中，也涉及到了認知無線電技術(shù)的實際應(yīng)用。有專家在展會現(xiàn)場則表示，這是對認知無線電技術(shù)很好的實踐。
LTE頻譜效率更高
其實，無線系統(tǒng)的演進一直伴隨著頻譜效率的提升。從2G到3G，從3G到LTE，從LTE到LTE-A，每一次網(wǎng)絡(luò)制式的演進都以頻譜效率提升為標(biāo)志。目前，不論TD-LTE還是FDD LTE，采用20MHz帶寬，平均速率可以達到30Mbps，頻譜效率達到1.5(bits)/Hz。未來，這一數(shù)值還將大幅提升。IMT-Advanced的關(guān)鍵目標(biāo)是：100 MHz頻寬、下行1 Gbps的傳輸速率，頻譜效率將達到10(bits)/Hz。
英國電信監(jiān)管部門Ofcom披露的研究結(jié)果表明，即將于2013年在英國推廣的4G網(wǎng)絡(luò)提供給用戶的帶寬將達到3G網(wǎng)絡(luò)的3倍。Ofcom的首席技術(shù)官表示，早期標(biāo)準(zhǔn)配置的4G移動網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率將是目前3G標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的3.3倍。具體而言，用戶在早期4G網(wǎng)絡(luò)下載一個視頻所需要的時間，約為目前3G網(wǎng)絡(luò)的1/3。
無線網(wǎng)絡(luò)的演進包含了一系列能夠提高頻譜效率的技術(shù)，例如在LTE標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)中，OFDM、智能天線都能提升頻譜效率，而這方面的新技術(shù)也是業(yè)界創(chuàng)新的重點。在2012年世界移動通信大會上，華為向全球展示了面向未來的Beyond LTE技術(shù)，可實現(xiàn)單站點30Gbps的峰值速率，比現(xiàn)有LTE商用網(wǎng)絡(luò)快20倍以上。
小基站挖掘頻譜潛力
除了通過技術(shù)手段提升頻譜效率外，運營商越來越熱衷通過部署小型基站來緩解頻譜與數(shù)據(jù)流量之間的矛盾。有專家表示，通過技術(shù)來提高無線頻譜使用率的空間是有限的，比如說可以在原有基礎(chǔ)上提高到三四倍，但是這至多能滿足一段時間內(nèi)的需求，而數(shù)據(jù)流量每30個月就能翻一番，所以三四倍的提高很快就能用盡，頻譜資源緊張的問題很快又會凸顯。
業(yè)界有一種聲音認為，真正的問題不是通過技術(shù)來提高使用量，而是建立更多的小型基站。比如原來一個基站覆蓋100平方公里的基站，現(xiàn)在用10個基站替代它，那么每個基站覆蓋10平方公里，原來的100平方公里的地方就擁有了相對于原來10倍的容量。如果不斷縮小單個基站的覆蓋面積，那么整個系統(tǒng)的容量就會不斷增加。而更理想的是人們能分別建立各自的基站，將其接入互聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)在家或在辦公室的時候，這個電話連接上自己的基站，而并沒有上載到主網(wǎng)絡(luò)上。不僅節(jié)省了費用，而且挖掘了頻譜使用的潛力。
目前，業(yè)界已經(jīng)充分認識到了小基站的重要性。以中國移動為例，其已經(jīng)在某些南方省市展開Femto部署試點，并已經(jīng)展開TD-LTE的小基站部署研究。
■他山之石
國外運營商紛紛關(guān)閉2G網(wǎng)絡(luò)釋放頻譜
近日，美國電信運營商AT&T宣布將于2017年以前關(guān)閉其2G無線網(wǎng)絡(luò)，以重新劃分頻譜推出更多先進服務(wù)。數(shù)據(jù)顯示，截至今年6月份，AT&T大約有12%的用戶(約為840萬人)仍在使用2G手機?？梢灶A(yù)見，未來幾年2G用戶將會進一步消失。目前在AT&T的用戶中，大多數(shù)都在使用3G網(wǎng)絡(luò)，同時其也積極在全美部署4G網(wǎng)絡(luò)。
事實上，除了美國的AT&T，芬蘭、日本、新西蘭、韓國等國的電信運營商都有了關(guān)閉2G網(wǎng)絡(luò)的時間表。當(dāng)前，電信運營商面臨著4G網(wǎng)絡(luò)頻譜短缺的困境，關(guān)閉舊的2G網(wǎng)絡(luò)，釋放出更多的頻譜資源供下一代網(wǎng)絡(luò)使用，將有助于運營商加快網(wǎng)絡(luò)升級的步伐。全球2G網(wǎng)絡(luò)時代終結(jié)的日子不遠了。
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