剖析影响全球频谱预测工作发展的关键因素

        导读：剖析影响全球频谱预测工作发展的关键因素。频谱资源的需求量与业务密集程度紧密相关。通常情况下频谱需求大体上由业务最密集场景的平均需求决定。

        参考《中国频谱分析仪市场分析预测与前景预测报告(2012-2016)》

        按照ITU-R5D工作组计划，IMT频谱需求预测工作已经进入关键阶段，并将于2013年7月份向上级机构提交初步结果。一方面，从国际层面来看，现有研究结论有待进一步精细化、准确化、合理化；另一方面，从我国研究进展来看，为了充分结合我国国情，加强对现网数据的体现，预测工作有待进一步推进，为中长期频率规划做准备。通过对现有预测方法的归纳与总结，下文对频谱预测工作中的关键因素进行分析，以期为后续研究工作提供借鉴意义。
3.1场景选择
         频谱资源的需求量与业务密集程度紧密相关。通常情况下频谱需求大体上由业务最密集场景的平均需求决定。以M.1768为例，其将评估场景分为“城市、郊区、乡村”，如图3所示，在三者的频谱需求中求得最大值，作为总的频谱需求。预测结果显示，“城区”频谱需求远高于后两种场景。俄罗斯和GSMA的方法也具有相似结论。
         在这种情况下，可以推断，郊区与乡村等地区业务量的增加不会对频谱需求总量产生实质性的影响。相反，还可能引入误差。其一，如果先对业务总量进行预测，再将其分流到城市等多种场景中，那么不同的分流比例会给结果带来较大差别，精确的分流比例难以计算，这将不利于获得城市场景的真实业务需求情况；其二，城市的发展程度千差万别，现有方法对城市场景的定义较为宽泛，难以代表一个国家或地区城市频谱的实际使用情况。因此，在预测中对城市场景进行更加深入的分析，将是解决频谱需求问题的捷径。

图3M.1768方法中的3种场景

3.2基准数据选择
         在未来业务量的预测上，通常方法是先确定基准年(或月等其他时间周期)，获得基准年的业务统计数据，然后以基准年为起点，对业务量增长倍数进行预测。因此，基准年的选择与业务量增长倍数的预测相互关联、密不可分。
         现有预测方法通常是将历史数据统计、社会调查与曲线拟合算法相结合，完成业务量增长倍数的预测。部分方法中引入了“平均年度增长”的概念，将未来若干年的业务量增长倍数平均为年度增长。这种方式具有一定的参考价值，但在计算中要对数值大小保持谨慎。尤其是当相邻几年增长率波动较大时，这种方式会引入误差。
例如，假设以2010年为基准年，总业务量为单位1，以预测2012年总业务量为目标。
         •情况一：通过业务量预测，得到2011年业务量增长2倍，结果为2；2012年仍增长2倍，业务量为4。此时，如果使用“平均年度增长”的概念，可以得到年均增长为2倍。此时，若保持“平均年度增长”不变，选择2011年为基准年，以总业务量2为基准数据，那么2012年的业务量仍为4，与上述结论相同。
         •情况二：通过业务量预测，得到2011年业务量增长4倍，结果为4；而2012年无任何增长，业务量仍为4。易知“平均年度增长”仍为2倍(即每年增加2倍)。此时，若以“平均年度增长”为准则，选择2011年为基准年，以业务量4为基准数据，那么2012年数据将为4×2=8倍，这与前者结论相差较大。
         当前，各预测方法中普遍认为，2010-2020年总业务量增长率将呈现“先增后降”的趋势。因此，在计算中应当首先确定基准年与基准数据，再对增长倍数进行估算，避免因使用“平均年度增长”而引入的误差。
3.3总业务量增长倍数
         合理、准确地预测总业务量增长倍数是预测工作的重要前提。总业务量的增长倍数与频谱需求的最终预测结果大体上呈线性正相关，是任何一个预测方法的关键输入参数之一。表2给出了部分预测结果示例。在2013年1月的ITU-R5D工作组会议上，爱立信、英特尔、诺基亚和诺西等公司提案认为，2020年全球总业务量较2010年的增长倍数为44～87倍，日本提案预测该倍数为43.9～80.3倍。相比之下，我国人口众多，未来IMT业务量发展潜力极大。依据CCSA的预测报告，我国总业务量在2010-2015年增长35～40倍，在2015-2020年增长15～20倍。类似的，工信部电信研究院预测方法中对我国2020年业务量较2010年增长倍数的预测约为621倍。由此可见，不同国家或组织机构的业务量预测结果范围跨度较大。
                                                                                                                       表2业务量预测结果示例

图4业务量到部署分流示意

3.5WLAN占总业务量的比例
         WLAN作为一种非IMT的主流宽带无线接入技术，在步行/静止等室内外热点的承载能力日益凸显。大体上，其对业务量的分流比例与IMT的频谱需求反相关。当前一些观点认为，未来WLAN对热点地区的分流比例将占据15%～30%。近些年来，我国WLAN业务迅猛发展，管理部门为WLAN规划的频段资源也在增加。现有预测方法对未来网络融合的趋势考虑仍存在不足，非IMT的宽带无线接入技术对业务量的分流能力有待进一步挖掘。
3.6基站数与覆盖面积
         基站数量的增加是缓解频谱需求的重要手段，然而，基站数量的绝对增长难以与频谱需求建立直接联系。基站数量与覆盖面积是体现不同部署场景对业务量承载能力的重要因素。在部署分流一定的前提下，每种部署类型的基站数量越少，单位覆盖面积越大，则频率复用就越少，频谱需求越高。在典型城区环境中，不同类基站的覆盖距离情况大概如下：宏基站(约400m)＞微基站(约200m)＞毫微基站(约40m)＞热点基站(约10m)。
         事实上，运营商基站数量的持续增加，需要综合考虑两点：一方面，城区密集地区的基站建设密度已经较高，难以继续部署宏基站或微基站，未来或将仅部署小基站等类型的基站；另一方面，随着郊区、乡村的城市化建设，这些地区将会建设一批数量可观的基站，使得全国基站总数显著增加。然而，这些地区的业务量，远不及频谱需求最强烈的大城市地区，即这类地区新增的基站数量并未对总频谱需求产生实质性影响。因此，在预测方法中，基站数量增加的因素，需要结合场景进行更深入的分析。
3.7频谱效率
频谱效率与频谱需求约呈反比关系。频谱效率是表征单位基站承载业务吞吐量的能力。ITU-R给出的2020年不同场景下的频谱效率评估值见表3。
                                                                                                                        表32020年城市频谱效率评估结果