融合頻譜的管理

名稱:融合頻譜的管理
融合頻譜的管理
一、前言
現在，世界各國的無線電管理部門正在制定發展戰略，以便根據各種先進的移動和固定無線通信業務的要求提供頻譜。在進入２１世紀之際，這對於經濟持續增長、提高生產率以及改善公眾安全是至關重要的。與此同時，各國的有關部門最近也在制定戰略，以發展較高清晰度和更有效利用頻譜的電視業務。
「融合」即意味著「一起使用」。在過去幾年中，許多專家已經提出了移動通信、廣播及計算機業務及其技術的融合。然而，除了少數以下要提到的外，對融合頻譜的管理卻較少加以注意。所有成功的頻譜管理，包括融合頻譜的管理，都要求管理者有遠見卓識及正確導向。在迎接數字電視（ＤＴＶ）到來之際，世界各國的管理部門得到了一個獨特的機會來實踐其頻譜管理的遠見卓識和正確導向，這就是將頻譜用於數字電視和各種移動通信業務的相互補充。本文的目的是對廣播和移動通信之間的一些關鍵問題進行審視，並提出一些對各管理部門在實施融合頻譜管理過程可能有所幫助的建議。所提出的建議有助於提高有限的頻譜資源的管理效率。
亞洲國家的有關部門可以在這方面起主導作用，為各該國的民眾、各行各業、以及各政府部門在進入２１世紀時採用最先進的無線通信技術來改善公眾安全，並為提供更優質的廣播信息搭建一個良好的舞台。
二、變革中的移動通信
８０年代以前，大量可用的頻譜都分配給了電視廣播。然而，隨著社會移動性的增加以及技術進步對這種移動性所作的響應，就產生了對能支持移動通信的新的頻譜管理政策的需求。在８０年代和９０年代初，低於１ＧＨｚ的頻譜分配促進並實現了現代移動通信的各種技術的發展，滿足了各個ＩＴＵ區域的用戶需求。隨後，在各個ＩＴＵ區域，又在１至２ＧＨｚ範圍內為各種蜂窩類業務分配了更多頻譜，以擴大系統容量，並促進各業務提供商之間的競爭。
政府與業界在安排足夠頻譜供移動通信使用方面的共識取得了巨大的成就。由於及時的頻譜分配而使得各種無線通信解決方案快速增長，日趨多樣性，從而也促進了經濟的發展，增進了人生和財產安全的保障，並在世界範圍內提高了消費者的生活質量。在一些國家中，竟有超過半數的人口在使用行動電話。
對用於保障公眾安全的通信的頻譜的需求也日益增加。美國蜂窩電話工業協會的統計表明，在過去十年中，無線撥打「９１１」公眾緊急求救電話的數量增加了１５倍。這使得維護公眾安全的機構的工作量也大大增加了，這些機構往往使用自己的專用無線通信系統來對公眾的求救做出響應。這也就增加了對用於公眾安全的頻譜的需求。
維護公眾安全的機構不僅要提供日常的安全保護，也要在出現自然災害或其他危機時提供安全保護。專用公眾安全通信系統使得警察、救火隊員以及緊急醫療救護人員能迅速、有效地對犯罪、交通事故和空難、自然災害以及其他特別事件作出反應。為負責公眾安全的無線通信系統特別分配頻譜就能確保即使是在災害發生時蜂窩系統因公眾通信劇增而阻塞時該系統也能正常工作。從政府管理的角度講，電力、水利、石油、機嘗鐵路以及某些工廠通常並不被歸類於「公眾安全」之列，但他們是與公眾安全息息相關的要害部門。這些用戶也常常依賴自已的無線通信系統來更有效地為公眾服務。
隨著無線通信解決方案在世界各地日趨成熟，這些業務正在進入轉變期。在早期，無線通信的各種方案和有關的頻譜管理主要是集中在提供話音通信的各種選擇。隨著數字無線通信技術的廣泛應用以及有線互聯網的日趨普及，越來越多的注意力集中到如何通過無線通信來傳遞大信息量的文件，包括數據、靜止圖像、以至類似電影的視頻信息。頻譜分配是發展和實施這種通信的重要環節，就像７０年代無線話音通信對頻譜的需求一樣。如果有關部門能審時度勢並及時採取行動來為各類用戶分配頻譜，則消費者、公眾安全機構以及商家都可以從中得到好處。
國際電聯和大多數國家的無線電管理部門目前都將注意力集中到為ＩＭＴ－２０００第三代系統在１．７至３．０ＧＨｚ間分配頻譜。在實施數字電視的過程中騰出來的頻譜也可以用於公眾安全和其它要害部門所須的無線解決方案，並作為在１．７至３．０ＧＨｚ為ＩＭＴ－２０００所分配的頻譜的補充。
三、數字電視
使電視能與其他形式的*媒體競爭的願望導至數字電視在許多國家取得長足的進步。亞洲、歐洲和美洲都已開發了數字電視標準。各廠家也不斷推出新的技術以支持數位元組目的製作、發射和接收。雖然總的趨勢是各國都在向數字電視方向發展，但各國所處的發展階段是不同的。
日本正在通過衛星、電纜和地面廣播數字電視。同時，日本已預計到模擬地面電視將會在２００７年至２０１０年間停止使用。新加坡自１９９９年５月起就採用了歐洲的數字視頻廣播（ＤＶＢ）標準，並正在加以部署。香港也在採用一種數字地面電視（ＤＴＴ）標準，並通過徵求意見書表達了擬加速實施ＤＴＴ、以更快地為其它應用騰出頻譜的願望。在澳大利亞的悉尼、墨爾本、布里斯班、阿得雷德及帕斯等城市，從２００１年１月１日起，已開始了地面數字電視廣播。普華永道公司關於２０００年歐洲數字電視的報告提到數字電視的家庭普及率在德國為６．２％，在英國為８．２％，在法國為１９．２％，在義大利為４．６％，在西班牙為１１．２％。在歐洲，地面及衛星業務都在為爭取數字電視觀眾而競爭。在美洲，加拿大已採用了數字電視標準，其頻道分配計劃已顯示出加拿大擬騰出一些頻譜來用於廣播以外的其他目的。巴西最近也對多種數字電視標準進行了測試。智利已為進行數字電視的試驗、技術規範的定義、優先開通該業務的城市以及在２００５年將業務覆蓋全國制定了相應的計劃。正如本文第四節所做的案例分析所顯示的，美國也已確定了有關的標準和頻道分配計劃。此外，美國一些電視台也已開始數字電視廣播，並騰出一些頻譜以作它用。
數字電視將向觀眾提供更優質的圖像和聲音。以上信息所提到的是一些例子，說明世界範圍內數字電視的發展現狀和趨勢。隨著越來越多的國家為數字電視確定標準並制定發展計劃，數字電視機的產量會大大增加，競爭也會日趨劇烈。這也將反過來加速數字電視的使用，並擴大騰出更多頻譜的機會。
四、融合頻譜的管理案例研究
１．簡介
因為需要為無線通信提供更多頻譜，美國聯邦通信委員會（ＦＣＣ）制定了一項政策，在實施數字電視的同時，將從電視頻道騰出的頻譜重新分配，重點考慮給移動和固定無線通信使用。在將此項考慮付諸實施后，不僅能使現有的模擬電視台能採用數字電視，還能騰出１０８ＭＨｚ帶寬的頻譜。這樣，公眾將會從數字電視以及更多的頻譜分配中獲益。
在經過多年的轉變后，電視將會在由第２至第５１頻道的核心頻段工作。在自７４６到８０６ＭＨｚ範圍內（電視第６０至６９頻道）的６０ＭＨｚ帶寬的頻譜將會被重新分配，而自６９８到７４６ＭＨｚ範圍內（電視第５２至５９頻道）的４８ＭＨｚ帶寬的頻譜也會接著被分配。關於７４６到８０６ＭＨｚ的６０ＭＨｚ頻譜的分配方案已經確定，並已開始就其中一些頻段頒發許可證。下面還將詳述在頻譜管理及具體實施方面迄今為止所取得的進展。
２．模擬電視的狀況
部署數字電視並將頻譜騰出供作它用受到現存的模擬電視的制約。在美國，大約有１５００座電視台，通過第２至６９頻道播齣節目。每個頻道按照６０年前制定的ＮＴＳＣ模擬標準佔用６ＭＨｚ頻譜。此外，基於歷史的原因，有４００ＭＨｚ頻譜是分配給電視行業的。美國的頻道分配計劃也是根據過去的接收機特性來作出的，該特性極大地限制了在同一地區的在用的每個ＵＨＦ頻道中部署６個ＵＨＦ頻道。這就意味著在一個城市中，電視波段中ＵＨＦ部分每部署６ＭＨｚ就有多達４８ＭＨｚ頻譜閑置。大多數亞洲國家的情形大致相同。在美國，向數字電視過渡提供了一個改善電視質量和頻譜利用率的好機會。在亞洲，也是這樣。
當電視波段跨越很廣闊的頻譜範圍時，電視台通常會儘可能採用較低的頻道，因為較低的頻道一般說來覆蓋較好。這樣一來，在美國，與其它部分頻譜相比，現有的電視波段中７４６至８０６ＭＨｚ部分（電視頻道第６０至６９頻道）就很少被用到。在亞洲國家，儘管大多數國家使用ＰＡＬ制式，情況也相似。目前，共有約９５個模擬電視台在使用這些頻道，包括已建台和在建台。
３．數字電視計劃
為促進數字電視的發展並節約頻譜，美國聯邦通信委員會（ＦＣＣ）將第２至第５１頻道作為電視的核心頻道。ＦＣＣ還制訂了一個數字電視頻道分配計劃，用於為每個合格的電視台臨時提供一個附加的６ＭＨｚ頻道以供從模擬電視向數字電視過渡。對於每個電視台，無論是現在的模擬頻道還是新的數字頻道，都總有一個會安排在第２至第５１核心頻道上。在從模擬向數字轉變結束時（大約到２００６年），每個電視台必須交還它的兩個頻道中的一個。１９９７年８月通過的的立法規定，在向數字電視轉變時期終止的日期（由ＦＣＣ確定）到來后，持有７４６至８０６ＭＨｚ波段電視廣播許可證的任何人都不得再繼續使用此波段頻率。那時，所有的模擬電視都將停止廣播，而且所有在７４６至８０６ＭＨｚ波段範圍內的臨時數字電視廣播也將轉到其它頻段。最終結果是數字電視將使用第２至第５１頻道，而第５２至第６９電視頻道（６９８至８０６ＭＨｚ）的頻譜將全部騰出來供其它應用。
ＦＣＣ開發了一個專用的計算機軟體來生成試驗用頻道分配計劃。為服務於大約１５００個電視台，用軟體來做這項工作，速度最快，效率最高。ＦＣＣ首先假定一個電視台的數字信號發射天線與模擬信號發射天線會處於同一塔上。該軟體允許用戶指定在同頻道和相鄰頻道電視台之間對各種地理間隔的要求。同頻道和相鄰頻道的數字電視台的間距可以比目前的模擬電視台的間距小些。因此，ＦＣＣ需要對數字對數字的間距以及數字對模擬的間距進行處理。該軟體還包括對某些非最佳方案進行折衷處理。例如，在檢查各種解決方案時，ＦＣＣ設置了嚴格的條件，使得一個電視台的兩個頻道不能都落在第２至第５１的核心頻道之外。雖然各國實際使用的參數可能不盡相同，但這種方法對其他國家有關部門來說仍有參考意義。
以下列出了ＦＣＣ實施數字電視的過程的重要里程碑：
１９９６年１２月ＦＣＣ決定採用ＡＴＳＣ制式。
１９９７年４月ＦＣＣ公布頻道分配表草案以及數字電視業務條例。
１９９８年２月ＦＣＣ公布正式頻道分配表。
１９９８年５月為第１－１０市場中的聯網台站確定數字電視應用實施期限。
１９９８年８月為第１１－３０市場中的聯網台站確定數字電視應用實施期限。
１９９８年１１月在最前列的１０個市場中，從第２６電視台開始，志願播出數字電視，包括非商業電視台。
１９９９年５月規定在最前列的１０個市場中的商業電視台必須播送一個數字信號。
１９９９年１１月規定在最前列的３０個市場中的商業電視台必須播送一個數字信號。
２００２年５月所有剩下的商業電視台都必須轉成數字電視台。
２００３年４月各電視台必須在數字電視頻道上同時播出至少５０％的ＮＴＳＣ節目。
２００３年５月所有非商業的公眾電視台都必須轉成數字電視台。
２００４年４月各電視台必須在數字電視頻道上同時播出至少７５％的ＮＴＳＣ節目。
２００５年４月各電視台必須在數字電視頻道上同時播出１００％的ＮＴＳＣ節目，直至模
擬業務終止、其中的一個頻道交還。
２００６年１２月各電視台終止播出模擬信號並交還兩個頻道中的一個。
根據需要，可能會按上述日期給某些個案一些寬限期。然而，到２０００年１２月為止，ＦＣＣ已處理了８８９項關於建設數字電視設施的申請，有１３０個擁有數字電視許可證的電視廣播台已在播送數字電視節目，另有４３個電視台也在進行實驗廣播或根據特別許可進行廣播。
４．頻譜的清退
在電視第６０至第６９頻道之間的６０兆赫頻譜中，有３０兆赫已分配給商業用戶。該頻譜各頻點的使用許可證預計會在２００１年內頒發。此外，有２４兆赫頻譜已規劃供公眾安全使用，其中約一半頻譜用於窄帶話音業務，另一半則用於寬頻數據和圖像業務。公眾安全業務對全體人民的安全保障都是很重要的。無線通信技術使得保障公眾安全的機構能快速傳遞信息、與其他部門進行協調並對即將到來的危險發出警告。隨著電信技術的複雜性越來越高，它對提高公眾安全保障機構的工作效率的貢獻也越來越大。公眾安全保障機構已推薦了互操作性好的、用於話音通信的數字標準，並已被ＦＣＣ所接受。用於寬頻數據的標準也在制定中。這些用於公眾安全的頻譜使用許可證預計在２００２年內開始頒發。
剩下的６ＭＨｚ頻譜會留給頻帶管理人員，使他們能幫助管理那些用於調度的、非蜂窩系統的頻譜。此６ＭＨｚ範圍內的頻率使用許可證最近已開始發放。這部分頻譜預計會用於滿足那些需要有自己的專用系統、但又不屬於公眾安全部門的運營者的需要。以下列出各頻段的許可證發放情況：
７４６－７４７與７７６－７７７ＭＨｚ配對，分配給頻帶管理員（ＢａｎｄＭａｎａｇｅｒ）
７４７－７５２與７７７－７８２ＭＨｚ配對，分配給商業運營者
７５２－７６２與７８２－７９２ＭＨｚ配對，分配給商業運營者
７６２－７６４與７９２－７９４ＭＨｚ配對，分配給頻帶管理員（ＢａｎｄＭａｎａｇｅｒ）
７６４－７７６與７９４－８０６ＭＨｚ配對，分配給公眾安全部門使用。
５．臨時頻譜共享
在開始採取行動將電視廣播從７４６至８０６ＭＨｚ移出以前，新的業務將會按地理位置的不同來和原來的電視台共享頻譜。然而，所採用的保護標準極大妨礙了近期內在有電視台的地方將頻譜用於移動和固定無線通信業務。各電視台越快地清出所佔用的７４６至８０６ＭＨｚ之間的頻率，該頻譜就能越快地供商業、公眾安全以及頻帶管理人員使用。ＦＣＣ目前正在非正式討論加速將電視從所佔的７４６至８０６ＭＨｚ移出的其他辦法。
五、ＩＴＵ（國際電聯）的意見
國際上，７４６至８０６ＭＨｚ通常用於廣播、移動和固定無線通信業務。依照不同地區、以及同一地區的不同國家，移動和固定無線通信業務可能會被按次要業務來處理。對於第三區（亞洲），ＩＴＵ規定在此頻帶上移動業務與廣播及固定業務並列為主要業務。這種規定對融合頻譜管理以及電視頻譜的清理是很有利的。
六、結論
由於在廣播與無線通信之間頻譜分配的不平衡是顯而易見的，它們將不再會是各走各的路了。隨著無線頻譜被越來越廣泛地使用，其資源也越來越稀缺。然而，隨著技術的發展，採用融合的頻譜管理，就可以彌補資源的不足。亞洲各國的無線電管理部門可能會願意考慮融合頻譜管理所帶來的好處，特別是在各國已規劃向數字電視過渡的時候。各國無線電管理部門在這方面發揮其領導作用，就可以在規劃和實施數字電視的同時，為本國民眾提供更多的頻譜來發展各種無線通信業務。（作者：（美國）斯圖亞特、莫里斯）(斯圖亞特·莫里斯中國無線電管理)