省频谱：有限频谱承载无限流量
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进入移动互联网时代，运营商可能很快面临“频谱危机”。日益增长的无线数据需求最终将使频谱资源消耗殆尽。有报告称，2015年，我国移动通信频率总需求接近1000MHz，目前已划分用于IMT系统的频率共547MHz。如不分配新频率，到2015年，中国将出现420MHz的频谱缺口。而据工业和信息化部无线电管理局局长谢飞波表示，我国未来公众移动通信系统总的频谱需求将至少为1400MHz，从目前的频率规划情况看，还存在较大缺口。
如何应对频谱危机?业界主要存在两种声音：一种声音是通过新技术提高频谱效率，让每Hz承载更多的Bit;而另一种声音则更加直接，通过部署小基站增加网络密度，提升网络容量。
在历届北京通信展中，涌现了众多优秀的“省频谱”解决方案，业界正运用集体智慧来应对即将到来的频谱危机。
认知无线电备受关注
在众多提升频谱效率的新技术中，最受关注、也最被寄予厚望的是认知无线电技术，它也被称为无线通信领域的下一个大事件。认知无线电技术的基本出发点是：在已授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下，为了提高频谱利用率，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机”的方式工作在已授权的频段内。在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用的能力。
应用认知无线电技术，手机可以自动搜索可用的无线电频谱，然后选择其中最好的加以利用。例如，某国政府为某空军轰炸训练基地预留了部分频谱，但某一天该基地没有任何轰炸训练，认知无线电技术就可以允许手机搜索到开放的频道并转换至该频道。
频谱短缺的现实使能够利用空闲频谱的认知无线电技术受到了空前的关注。工业和信息化部电信研究院郎保真表示，近年来，随着移动宽带等无线电技术的快速发展和广泛应用，可以使用的频谱资源越来越少，急需更多的频谱;与此同时，有些频段的无线电业务由于开展得不充分，频谱利用率较低，甚至还存在频谱资源闲置的状况。认知无线电技术可有效提升频谱资源的利用效率，缓解频谱资源供求紧张的矛盾。
在我国，认知无线电技术还处在发展初级阶段，各项理论和技术处于研究探索中。关于认知无线电技术的研究工作已经在我国的一些高等学府进行，例如清华大学、北京邮电大学正在展开认知无线电的研究和小规模试验。郎保真表示，由于无线环境日益复杂，认知无线电在技术上实现上十分复杂。在我国，认知无线电还没有实际应用。预计它的应用将会在今后五年到十年中出现。
在国外，认知无线电技术发展得则更加迅速。一个由谷歌、微软高管等组成的总统建议委员会于2012年6月提交了一份报告，探讨如何利用计算机化的无线电技术提升频谱利用效率，而这份报告中提到的技术正是认知无线电技术。一家名为xG Technology的美国公司已经为美国军方开发了一种认知无线电技术，能够用于军事基地通信。这项技术能够扫描开放的频道并清除繁忙频道的干扰，从而允许更多人同时使用。
而在以往的北京通信展中，诺基亚西门子通信推出的灵动网络构架和上海贝尔展示的LightRadio解决方案中，也涉及到了认知无线电技术的实际应用。有专家在展会现场则表示，这是对认知无线电技术很好的实践。
LTE频谱效率更高
其实，无线系统的演进一直伴随着频谱效率的提升。从2G到3G，从3G到LTE，从LTE到LTE-A，每一次网络制式的演进都以频谱效率提升为标志。目前，不论TD-LTE还是FDD LTE，采用20MHz带宽，平均速率可以达到30Mbps，频谱效率达到1.5(bits)/Hz。未来，这一数值还将大幅提升。IMT-Advanced的关键目标是：100 MHz频宽、下行1 Gbps的传输速率，频谱效率将达到10(bits)/Hz。
英国电信监管部门Ofcom披露的研究结果表明，即将于2013年在英国推广的4G网络提供给用户的带宽将达到3G网络的3倍。Ofcom的首席技术官表示，早期标准配置的4G移动网络的频谱效率将是目前3G标准网络的3.3倍。具体而言，用户在早期4G网络下载一个视频所需要的时间，约为目前3G网络的1/3。
无线网络的演进包含了一系列能够提高频谱效率的技术，例如在LTE标准的关键技术中，OFDM、智能天线都能提升频谱效率，而这方面的新技术也是业界创新的重点。在2012年世界移动通信大会上，华为向全球展示了面向未来的Beyond LTE技术，可实现单站点30Gbps的峰值速率，比现有LTE商用网络快20倍以上。
小基站挖掘频谱潜力
除了通过技术手段提升频谱效率外，运营商越来越热衷通过部署小型基站来缓解频谱与数据流量之间的矛盾。有专家表示，通过技术来提高无线频谱使用率的空间是有限的，比如说可以在原有基础上提高到三四倍，但是这至多能满足一段时间内的需求，而数据流量每30个月就能翻一番，所以三四倍的提高很快就能用尽，频谱资源紧张的问题很快又会凸显。
业界有一种声音认为，真正的问题不是通过技术来提高使用量，而是建立更多的小型基站。比如原来一个基站覆盖100平方公里的基站，现在用10个基站替代它，那么每个基站覆盖10平方公里，原来的100平方公里的地方就拥有了相对于原来10倍的容量。如果不断缩小单个基站的覆盖面积，那么整个系统的容量就会不断增加。而更理想的是人们能分别建立各自的基站，将其接入互联网，当在家或在办公室的时候，这个电话连接上自己的基站，而并没有上载到主网络上。不仅节省了费用，而且挖掘了频谱使用的潜力。
目前，业界已经充分认识到了小基站的重要性。以中国移动为例，其已经在某些南方省市展开Femto部署试点，并已经展开TD-LTE的小基站部署研究。
■他山之石
国外运营商纷纷关闭2G网络释放频谱
近日，美国电信运营商AT&T宣布将于2017年以前关闭其2G无线网络，以重新划分频谱推出更多先进服务。数据显示，截至今年6月份，AT&T大约有12%的用户(约为840万人)仍在使用2G手机。可以预见，未来几年2G用户将会进一步消失。目前在AT&T的用户中，大多数都在使用3G网络，同时其也积极在全美部署4G网络。
事实上，除了美国的AT&T，芬兰、日本、新西兰、韩国等国的电信运营商都有了关闭2G网络的时间表。当前，电信运营商面临着4G网络频谱短缺的困境，关闭旧的2G网络，释放出更多的频谱资源供下一代网络使用，将有助于运营商加快网络升级的步伐。全球2G网络时代终结的日子不远了。
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