广播数字红利进展

郭永明，田 添，李军芳

(国家无线电频谱管理研究所，陕西西安710061)

0 引言

移动通信的快速发展依赖于大量的频谱资源，这使得原本就有限的、宝贵的频谱资源供给更加紧张。随着TD-LTE的产业化不断推进，世界各国近年来一直都在研究和寻找满足TD-LTE发展所需的频谱。

一直以来，国际和国内无线电管理部门把700 MHz频段划分给了广播电视业务［1］。目前用于数字电视制式的数字压缩系统可以用来在单个模拟频道所用的频谱上传输多个(最多6个，取决于编码和调制技术)标准数字电视频道［2］。一般一个地区有4个或5个地面模拟业务，因此，通过数字化将其纳入单个数字电视频道会大大降低使用的频谱总量。在由模拟电视向数字电视转换的过程中，VHF和UHF波段中按照标称频谱用量安排原有模拟节目后大大节约了频谱资源的使用，释放了许多被占用的频谱，这种因采用模数转换技术而节约的频谱资源一般被称为数字红利(Digital Dividend)［3－5］。

模数电视转换能够节省约80%的频谱资源，其所带来的数字红利如果用于IMT后将实现IMT通信广覆盖，相对于2．6 GHz频段节约2/3的投资成本。

1 国外模数电视转换进展情况

由于世界各国模数电视转换进程不同以及高清电视发展问题，数字红利用于IMT的进展较为缓慢。截至2012年，全球模数电视转换的进展情况如下［6－9］:

①美国。美国在2005年通过的数字电视转换和公共安全法案，规定了美国模/数转换后释放频谱的分配。至少释放了108 MHz频谱，其中24 MHz划分给公共安全业务，另外84 MHz已通过2次拍卖被划分给商业业务，实现了应用的多样化。

目前，美国政府又与加拿大和墨西哥在关于使用700 MHz频段的建设框架上达成协议，此举被视为在部署LTE无线宽带服务的重大进步。

②日本。日本频谱政策的一个目的就是推动无线宽带的发展，明确UHF频段上数字电视释放的频谱将会被分配给移动无线系统。日本在2011年7月前就实现了电视的模数转换，将模拟电视使用的90～108 MHz、170～222 MHz和470～770 MHz这3个频段转换到现在数字电视使用的222～710 MHz频段，共释放了130 MHz的频谱资源，如图1所示。其中718～748 MHz共30 MHz规划给了蜂窝电话，配对的下行频率为773～803 MHz。

图1 日本数字红利的再规划情况

③英国。英国政府于2010年7月宣布，计划在2011年底进行700 MHz频谱的拍卖。英国预留8 MHz频率用于政府公共服务，并为新业务尽量保留频段，保证全国的数字地面电视运营商都能获得合适的成段频谱资源以及移动宽带的应用。英国明确将释放的频谱，第1块会被划分给本地电视;第2块会被划分给无线麦克风使用;其他频谱在全国范围内将被划分给其他的用户/业务。

2013年2月20日英国通信监管机构Ofcom公布了4G频谱拍卖的最终结果。此次拍卖的频谱资源共有 250 MHz，分别在700 MHz和 2.6 GHz这2个频段上。低频段的700 MHz频段来自模拟地面电视关闭后的“数字红利”，是进行大范围无线覆盖的理想频段;高频段的2.6 GHz频率则用于更快速的数据传输。两者的结合能够让4G网络在广度和深度两方面更好地应对城市中不断增长的数据需求。

④法国。法国2008年10月公布了“2012数字法国”计划，法国政府承诺将广播电视模数转换所节省的部分频谱分配给宽带移动服务使用。法国电信管理部门对“数字红利”进行了深入研究，其结论是将空闲出的频谱一部分给移动宽带服务将比仅仅留给数字电视服务会产生更多经济价值。

⑤澳大利亚［10］。澳大利亚通讯及媒体管理局(ACMA)是开发无线电频谱块(APT 700 MHz计划)的主要推动者。APT 700 MHz计划确定了703～803 MHz中的45 MHz成对频谱，非常适合移动宽带使用。这一计划已经被第3代合作伙伴计划(3GPP)采纳，作为LTE服务的标准。2013年，ACMA将分配使用APT频段计划的700 MHz频段，作为红利频谱拍卖的一部分。APT 700 MHz频段计划有机会成为移动宽带中统一性最高的频段，其范围几乎覆盖全世界，而且是唯一低于1 GHz、服务于潜在用户多达数亿的市场的频段。

⑥欧盟的其他国家［11］。西班牙在2011年8月举行的新一轮LTE频谱拍卖中，拍卖的是位于700 MHz、900 MHz和2．6 GHz频段上的58个片区的频谱，共获得超过16．5亿欧元的收益。瑞典政府在2011年2月拍卖了原来用于广电的700 MHz频段，重新规划900 MHz频段，用于移动通信的频谱将达到1 047 MHz。另外，芬兰、卢森堡、荷兰、比利时、奥地利、丹麦、马耳他和斯洛文尼亚等国都已完成电视的数字化转换，释放700 MHz频谱“数字红利”皆在计划与进行中。

⑦亚太国家和地区。2010年，APT推出了面向700 MHz频段的2x 45 MHz频段计划，以便实现频段调和并确保各国及其消费者均可获益于规模经济以及更低的设备和手机成本。据GSMA的研究，如亚太各国政府将“数字红利”频谱用于移动宽带通信，到2020年亚太地区的GDP将增加近7 300亿美元，税收将增加1 300多亿美元。GSMA研究报告选取韩国、印度、印度尼西亚和马来西亚进行了详细研究表明，将700 MHz频段分配给IMT长期演进会使得互联网连接的普及水平出现大幅增长，尤其是在农村地区。通过为移动领域分配700 MHz频段，亚太各国可以享受重大的社会经济利益并为数百万人提供所需的低成本移动服务。

2013年3月，印度决定推荐采用APT频段计划方案，将700 MHz频段分配给移动通信业务。2012年4月，智利电信监管机构Subtel表示，为实现适用于LTE网络的700 MHz频段的部署以及2013年该频谱的拍卖计划，智利政府已经决定采用APT频段计划。在此之前，包括马来西亚、巴布亚新几内亚和新加坡等在内的很多亚太国家和地区以及很多拉美国家都已经采用或考虑采用APT频段计划。

2 我国模数电视转换进展情况

我国广播电视信道每个频道带宽为8 MHz，具体频道规划如图2所示，标准电视频道编号为“DS”，是分配给电视专用的频道，允许开路电视(和有线电视)使用，记有DS1～DS68个频道，划分为I、III、IV和V几个波段。有线电视增补频道编号为“Z”，是原本分配给其他业务的无线电频段，但由于有线电视在电缆中传输不会干扰空中信号，因此也可以设置有线电视频道，记有Z1－Z7个频道［12］。

图2 中国广播电视信道规划情况

在470～798 MHz频段，我国广播电视共规划了36个8 MHz带宽电视频道。其中DS49(798～806 MHz)虽规划了频道号，但作为国家备份频率没有使用。

截止2009年，在我国近4亿的电视用户中(包括模拟及数字电视用户)，除了1．6亿是有线电视用户之外，其他2亿多户收看电视的主要方式就是地面电视，因其涉及面广、影响大，地面数字电视服务定位为公益服务，无论是卫星和有线是否覆盖，地面数字电视都是必备的一些手段。地面数字电视需求最多的用户群体是在有线电视通达不到的乡村居民用户，还有城乡结合部的一些用户。我国模数电视转换推进的步骤如下:

①2013～2015年，争取在全国县级(含)以上城镇以高、标清方式播出地面数字电视，并逐步开始优化省会城市以及地市和县的覆盖网络。

②到2018年底，全国地级(含)以上城市地面电视完成向数字化过渡。全国县级(含)以上城镇的中央电视台第1套、第7套和本省第1套、本地第1套地面数字电视广播节目人口覆盖率达到模拟电视的水平且地面数字接收机基本普及后，开始逐步停播模拟电视。

③到2020年，全国地面数字电视广播覆盖网基本建成，提供中央电视台第1套、第7套和本省第1套、本地第1套电视节目等高清、标清公共服务节目，地面数字电视综合覆盖率达到现有模拟电视覆盖水平且地面数字电视接收机基本普及后，全面关闭地面模拟电视信号，完成地面电视向数字化过渡。

2020年实现地面模拟电视信号停止播出，地面电视实现由模拟到数字的战略转型。

3 700 MHz频段目前使用情况

根据文献［1］中的规定，我国在698～806 MHz频段的规划如图3所示。

图3 698～806 MHz频段的规划

①地面无线电视广播。地面无线电视广播在电视广播中仍然占有重要地位，在中国约4亿的电视广播用户中有3亿用户是通过无线信号收看电视节目的，在有线网络未覆盖的乡村和边远地区以及有线网络覆盖有困难的地区地面无线电视广播甚至是唯一的方式。地面电视的UHF频段核准频率范围是470～566 MHz和606～806 MHz。

700 MHz频段中的614～806 MHz涵盖了地面无线电视广播的26～49频道，频道间隔为8 MHz，没有待分配的闲置频率。另外，从2002年起，一些城市也利用700 MHz频段开展公交车辆的移动电视试验，比如上海市利用 DS39频道(718.0～726.0 MHz)，北京市利用 DS48频道(790.0～798.0 MHz)进行了移动电视试验，目前已经在全国其他城市推广。

②通用无线遥控设备。2005年9月5日信息产业部无线电管理局下发信部无［2005］423号文件《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》，其中规定通用无线遥控设备的使用频率:470～566 MHz和614～787 MHz;占用带宽:不大于1.0 MHz;发射功率限值:5 mW(e.r.p)。

③无线传声器和民用无线电计量仪表等类型设备。2005年9月5日信息产业部无线电管理局下发信部无［2005］423号文件《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》，其中规定无线传声器和民用无线电计量仪表等类型设备的使用频率:470～510 MHz和 630～787 MHz;占用带宽:不大于200 kHz;发射功率限值:50 mW(e.r.p)。

④各类民用设备的无线控制装置。2005年9月5日信息产业部无线电管理局下发信部无［2005］423号文件《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》，其中规定各类民用设备的无线控制装置的使用频率:779～787 MHz;发射功率限值:10 mW(e.r.p)。

⑤接力通信系统。国标《100－1 000 MHz接力通信系统的容量系列波道配置及设备的主要技术要求》中规定了接力通信系统的使用频率:798～806 MHz和 843～851 MHz;占用带宽:不大于2 MHz;射频输出功率限值:10 W［13］。

4 700 MHz频谱占用度测试情况

694～806 MHz是地面模拟电视频段(包括DS36～DS49标准频道)。以陕西省为例，对694～806 MHz注册与非注册频点占用情况进行统计。由于广播电台台站数据的特殊性，尚未得到相关台站数据信息，故在此频段未进行注册与非注册频点的统计，只进行了占用与未占用频点的统计［14］。对统计结果进行分析，得到结论以下:

①陕西省694～806 MHz频段平均占用度为27.70%;

②宝鸡市、渭南市、咸阳市和榆林市频段占用度略低，小于10%，西安市、商洛市和汉中市频段占用度较高，大于50%，其他地市频段占用度为10%～50%;

③694～806 MHz频段以带宽为8 MHz的模拟电视信号为主，且频段占用度较高;

④除西安市、汉中市等个别城市外，无论在时间上和频段上，其他地市频谱利用率均较低，存在较大的频谱空间可被再利用［15］;

⑤694～806 MHz频段占用度主要由模拟电视信号频段占用度决定，其他频点信号占用度对该频段占用度影响甚微;

⑥加快模拟电视信号向数字电视信号转变可以节约更大的频谱空间，释放出的频率可考虑用于IMT系统。

5 结束语

我国是一个人口众多、地域辽阔的发展中国家，各地区的经济发展水平差异较大，再加上各种技术、政治的因素，使我国的模拟电视向数字电视的过渡期不可能很短，过渡过程也可能较复杂。因此，对我国模数转化和频率释放分配提出了以下的预测和建议:

①我国可释放频谱预测。鉴于目前我国有线电视频道数(北京:55个，上海:67个，广州:63个)为60个左右，在模拟电视向数字电视转型后，考虑到广告、新闻和娱乐等专业频道业务需求，参照有线电视频道数目，预计最多需要60个数字电视频道。我国目前电视系统占用UHF的频率带宽为296 MHz，在保证相同节目数量的前提下，如果频率使用效率提高一倍，则模数转换后可以释放的频率约为140 MHz。如果采用复用技术传输标清电视节目，假设共有60套数字电视节目，同一个频道可以传输4～5套标清电视节目，则可以释放大约70～80 MHz的频率。

②我国释放频谱分配方案的建议。对于广播电视而言，数字化不但带来电视传输质量的飞跃，同时可以将一部分700 MHz频段释放出来，无论从系统成本还是覆盖性能方面考虑，模数转换释放的频谱较为适合移动通信业务。如上述国外模数电视转换进展情况所述，国际上普遍将部分释放的频谱用于IMT，根据我国IMT发展情况，我国也应该遵循这一基本规律和趋势。

［1］ 中华人民共和国频率划分规定［S］，2013．

［2］ GB 20600－2006．数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制［S］，2006．

［3］ SAEED M，HONG W，RAFIQUE K．Realizing Digital Dividend in a Wireless World Challenges and Opportunities［C］∥Information Science and Service Science(NISS)，2011 5th International Conference on New Trends in．IEEE，2011:255 －259．

［4］ NIDAL K．White Space Spectrum in The US ［R］．The 12th Meeting of the APT Wireless Group(AWG-12)/INF-02．

［5］ TANNER G．The Digital Dividend As a Case Study in Spectrum Re-farming［J］．Telecommunications Journal of Australia，2013，63(1):3 －5．

［6］ BEEK V D J，RIIHIJARVI J，ACHTZEHN A，et al．UHF White Space in Europe-a Quantitative Study into the Potential of the 470-790 MHz Band［C］∥New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks(DySPAN)，2011 IEEE Symposium on．IEEE，2011:1 －9．

［7］ ITU-R JTG5-6，R07-JTG5．6-091118-TD-0052．List of Broadcasting Service Characteristics for Use in Sharing Studies in the Band 790 －862 MHz［R］，2010．

［8］ ITU-R．List of IMT Systems Characteristics for Use in Sharing Studies in the Band 790-862 MHz［R］．ITU-R JTG5-6，R07-JTG5，6-091118-TD-0051．2010．

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［10］ FREYENS B P，LONEY M．Opportunities for White Space Usage in Australia［C］∥Wireless Communication，Vehicular Technology，Information Theory and Aerospace ＆Electronic Systems Technology(Wireless VITAE)，2011 2nd International Conference on．IEEE，2011:1 －5．

［11］ BEEK Van De J，RIIHIJARVI J，ACHTZEHN A，et al．TV White Space in Europe［J］．Mobile Computing，IEEE Transactions on，2012，11(2):178 －188．

［12］GY/Y 237－2008．VHF/UHF频段地面数字电视广播频率规划准则［S］，2008．

［13］ GB/T 13621－1999．100－1 000 MHz接力通信系统的容量系列波道配置及设备的主要技术要求［S］，1999．

［14］ ITU-R SM．2256．频谱占用率测量和评估［R］，2012．

［15］ITU-R SM．1046-2．无线电系统频谱使用和效率的定义［R］，2006．