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需要多少许可频谱才能满足未来对网络容量的需求 ?

信息技术2023-04-17CTIAS***
需要多少许可频谱才能满足未来对网络容量的需求 ?

通知 本报告是根据TheBrattleGroup的约定为CTIA编写的术语,旨在作为一个整体而不是部分阅读和使用。 该报告反映了作者的分析和意见,不一定反映TheBrattleGroup的客户或其他顾问的分析和意见。 分析和意见反映了作者在出版时可获得的信息。 对法院意见的分析反映了作者对各自意见的理解经济内容,并不意味着构成法律咨询。 本报告无任何第三方受益人,Brattle集团不就本报告的内容或因本文所述信息而采取的任何行动或作出的任何决定承担任何责任。 我们要感谢RyanTaylor,SheaPeretz,MeganSullivan和NatalieSelfie对本文的贡献。 CONTENTS 执行摘要3 导言5 能力需求7 无线流量增长7 移动通信组成10 交通卸载12 供给侧投入13 频谱可用性13 当前频谱清单13 使用的频谱和相对有效性16 光谱效率19 构建单元格站点21 缺少更全面的授权频谱宏网络的容量可能会受限24 如果没有新频谱可用,则容量约束和频谱不足24 需求冲击和新频谱可用性对容量约束和频谱的影响赤字25 结论26 附录28 附录A:需求和交通增长28 附录B:基础设施30 附录C:在替代方案下计算频谱赤字31 执行摘要 移动数据需求呈爆炸式增长,在过去七年中下载的聚合数据翻了两番。5G启用的新的创新用途以及6G应用程序的前景,指向移动网络容量的预期需求进一步增加。不幸的是, U.S.频谱格局似乎停滞不前,今年没有明显的频谱重新分配前景,未来几年考虑重新分配的频段不足。频谱管道的缺乏,加上联邦通信委员会(FCC)拍卖机构的失效,增加了陆地无线空间容量受到严重限制的前景,并担心这可能会限制美国S.在这一领域成为领导者的能力。本文研究了这种能力约束,并估计了美国可能的频谱赤字S.在接下来的十年中,决策者将面临缺乏分配额外的全功率许可频谱的情况 。 我们研究了几种潜在的机制,以缓解对移动数据的预计需求与移动网络的估计未来容量之间的差距。显然,调整供需关系的一种方法就是减少网络使用量。受限制的产品或更高的价格可能会限制在容量供应不足的情况下维持网络性能的需求。这种方法将减少创新应用的增长,最终限制经济增长和潜在的美国S.领导力对用户没有任何真正的好处。我们认为政策制定者会寻求避免这种结果。 用于增加移动网络容量的两个历史上有效的途径包括提高频谱效率和添加更多的物理基础设施,诸如基站或蜂窝塔。不幸的是,正如我们在下面分析的那样,这两种选择都接近严重的限制。即使在频谱效率和基础设施部署领域的乐观预期改善下,美国S.仍将面临巨大的容量赤字-留下额外的新移动频谱分配。 对于满足未来的需求至关重要。 在5年内,到2027年底,美国预计将有超过10艾字节/月的产能赤字。在10年内 ,到2032年,这一赤字可能会增长到大约17艾字节/月。 从历史趋势推断,我们预计宏网络上的数据流量预计将在未来5年内增长超过250%,在未来10年内增长超过500%。如果没有新的频谱 频段在未来5-10年内分配给无线使用,我们估计到2027年,美国可能面临频谱赤字大约400兆赫,到2032年,这一赤字将增 如果没有任何新的频谱,到2027年,美国预计将在5年内出现近400兆赫的频谱赤字 。到2032年,这一赤字可能会超过三倍,达到约1400兆赫。 加两倍多,超过1400兆赫,标准化为低中带等效频谱,全功率许可。1为了避免这种缺陷,现在需要开始填充频谱管道的工作。2 1该报告根据具有1-2GHz频率的传播特性,平均功率限制且没有障碍的归一化频谱带分析了频谱赤字-具有其他特性的频段将在弥补容量赤字所需的数量上有所不同。 2作者认识到,在所研究的时间段内,很多事情可能会发生变化,因此我们还使用其他需求预测计算了潜在的频谱赤字。我们发现,在我们研究的所有合理情景下,美国将在2027年出现实质性的频谱赤字,在2032年出现更大的赤字。 Introduction 全球COVID大流行将很大一部分劳动力和学术界从物理工作和学习空间转移到虚拟工作和学习空间,导致对有线和无线网络数据的需求激增。3大大小小的消费者和企业以前所未有的速度使用移动宽带网络,用于各种用途,包括学校作业,购物,娱乐和远程信息处理。4混合工作选项和人们在手机上使用更多数据密集型应用程序的趋势仍在继续。 从2015年到2022年的七年时间里,全球移动流量从每月5艾字节增加到每月93艾字节,增幅超过18倍。6从2021年到2027年的5年内,北美每台智能手机的平均每月数据使用量预计将从15GB增长到52GB -超过三倍的每设备数据消耗。75G带来的新的创新用途,物联网(IoT)设备的激增,增强的移动宽带,增强和虚拟现实应用,正在急剧增加对移动网络容量的需求。8这些趋势引发了严重容量限制和频谱短缺的幽灵 3布鲁斯·杜伊森,“5G和大流行时代:看美国”,2020年4月27日,上一次访问2022年12月15日,RCR无线新闻, https://www.rcrwireleess.com/20200427/opinion/readerforum/5g-and-the-age-of-大流行-reader-论坛。 4Karthikeyengar,GauravK.Upadhyaya,RajuVaishya和VijayJain,“COVID-19与智能手机技术在当前大流行中的应用”,糖尿病与代谢综合征:临床研究与评论,第14卷(5),9月至10月,2020,https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1871402120301521?通过%3Dihub。 5爱立信,“移动性报告”,爱立信,2022年6月,最后访问时间为2022年8月16日,p。15,可在https://www上获得。爱立信.com/49d3a0/资产/本地/报告-论文/移动-报告/文件/2022/ericsso-移动-报告-2022年6月。pdf(“爱立信移动性报告,2022年6月”)。注意:1exabyte等于10亿GB。看,亚历山大·S。Gillis,“什么是Exabyte?”TechTarget,上一次访问2022年8月21日,https://www。techtarget.com/searchstorage/defiitio/exabyte。 6See,EricssonMobilityReport,June2022,atpp.17-19.NotethatEricssonreportsthemobiletrafficnumberforNorthAmericaandnotjusttheU.S... 7See,EricssonMobilityReport,June2022,atpp.17-19.NotethatEricssonreportsthemobiletrafficnumberforNorthAmericaandnotjusttheUS.Howeverthevastmajorityofthetrafficisbased.Seealso,GSMA,"The移动经济-北美2022“,2022年12月25日访问,p。13,https://www.gsma.com/mobileeconomy/wp-content/uploads/2022/09/290922-Mobile-经济-北美-2022.pdf。 8爱立信,“爱立信移动性报告”,2022年11月,最后访问时间为2022年12月19日,p。22,https://www。爱立信 .com/4ae28d/assets/local/reports-papers/mobility-report/docmets/2022/ericsso-mobility-report-11-2022。pdf(“爱立信移动性报告,2022年11月”)。另请参阅,NomaM.Alam,MarRace和KmarBalachadra,“中频带频谱-为5G奠定坚实的基础”,爱立信,2022年7月4日,上一次访问2022年12月15日,https://www。爱立信.com/e/blog/6/2022/中频段频谱为5G奠定了坚实的基础(“中频段频谱-为5G奠定了坚实的基础”)。 并担心这可能会限制美国成为数据密集型5G应用领导者的能力。9 工程师提醒我们,有几种方法可以避免无线网络的容量限制,例如通过安装更多设备或将更多频谱注入网络。10在本文中,我们考虑了相互关联和互补的工具,这些工具可以帮助解决移动网络容量需求和供应之间的差距,估计非频谱输入在多大程度上可以满足需求。我们发现,即使在高度乐观的情况下,也缺乏非频谱途径,留下更多的全功率许可频谱作为满足预期无线需求的最有效方法。 本文旨在确定需要多少额外的全功率许可频谱才能缩小无线服务需求与网络容量预测之间的预计差距 。第二节讨论了对数据的需求以及未来5至10年数据需求的预期增长。第三节介绍了当今可用的频谱库存,并简要讨论了用于满足需求的各种供应方因素。第四节讨论了频谱赤字估计,得出的结论是,即使在乐观的情况下,美国也将在五年内面临约400兆赫的赤字,在十年内增长到超过1,423兆赫。11 此分析表明,如果U.S.无线网络将能够提供足够的容量来满足不断增长的需求。即使使用保守的投入和在最乐观的情况下,期望非频谱投入来弥补产能不足也是不可行的。随着对基础设施的积极投资以及对频谱效率的合理预期改进,我们估计,为了满足五年内的需求,工业在未来5年内仍将需要大约400兆赫的频谱,十年内将需要超过1400兆赫的频谱。该估计被归一化为独占许可的广域全功率谱,具有1-2GHz的传播特性。具有其他特性的频谱将改变分析-例如,如果频谱仅在较低的功率水平下可用,则需要更多的功率来满足需求。 9RogerEntner,“美国被频谱限制所困扰”,激烈的无线,2022年4月22日,激烈的无线,https://www.fiercewireless.com/wireless/us-hamstrung-spectrum-constraints-entner. 10RichardNClark,“扩展移动无线容量:技术和经济带来的挑战”,电信政策38(8-9)(2014年9月):693-708,第694-695页,https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308596113001900(“扩展移动无线容量”)。另见,爱立信移动性报告,2022年11 11我们将这些数字标准化为已获得全功率,灵活移动使用许可的低中频带频谱的等效性。 容量需求 分析无线流量的历史增长使我们能够预测未来趋势。我们估计了不同代无线技术的流量增长及其组成 ,这对于分析随着时间的推移预期的效率增益以及网络卸载的潜在趋势非常重要。 无线流量的增长 如今,移动设备的无处不在、增加的每用户数据消耗以及更多的数据需求应用已经导致移动业务的爆炸式增长,并且因此,需要移动网络的更大容量来适应这种业务增长。爱立信表示,每台智能手机移动数据流量的增长可归因于三个主要驱动因素:“设备功能的提高,数据密集型内容的增加以及由于部署网络性能的持续改善而导致的数据消费增长。."12在北美,移动数据需求预计将大幅增加,这将受到“无限数据计划和改进的5G网络覆盖和容量”等新服务的推动,这些服务将吸引新的5G用户。13 为了预测基于设施的运营商的美国宏网络的容量需求或“网络上的流量”,我们转向思科的视觉网络指数(VNI)数据来审查历史数据需求,并使用这些数据来支持我们对未来移动数据需求的估计。14VNI报告提供了互联网用户、移动用户、 12见爱立信移动性报告,2022年11月,第1页。22.尽管家庭宽带用户中固定无线接入的爆炸性增长,但本文试图从移动的角度量化许可频谱的赤字。出于目前的目的,我们排除了对固定无线的需求,因