5G毫米波頻譜三大焦點之爭決定未來走向何方

“從2020年到2034年，在15年的時間里，對毫米波頻譜資源的利用有望推動全球GDP增長5650億美元。”全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）首席監(jiān)管官 John Giusti在為2019年世界無線電通信大會（WRC-19）撰文時，描繪了5G毫米波業(yè)務(wù)發(fā)展廣闊的前景。

毫米波，即波長在1到10毫米之間的電磁波，通常對應(yīng)的是30GHz至300GHz之間的無線電頻譜。這部分頻譜擁有連續(xù)可用的超大帶寬，可以滿足5G系統(tǒng)對超大容量和極高速率的傳輸需求。

在中低頻段（6GHz以下）好用的頻譜資源部分地區(qū)釋放較為困難的情況下，毫米波頻段成為支撐和保障5G熱點應(yīng)用長期發(fā)展的一片新大陸。WRC-19大會專設(shè)的1.13議題，就是為了充分發(fā)掘這片新大陸，在24.25GHz～86GHz頻段范圍的若干個候選頻段中為5G尋找新增頻段。然而，在24.25GHz～86GHz頻段范圍內(nèi)，還存在著衛(wèi)星通信、地球資源和氣候變化監(jiān)測以及射電天文學(xué)等多種無線電業(yè)務(wù)。為此，該議題的任務(wù)還包括在開展兼容性研究的基礎(chǔ)上，修改相關(guān)國際規(guī)則或制定保護(hù)措施，避免5G業(yè)務(wù)與上述無線電業(yè)務(wù)之間發(fā)生干擾，創(chuàng)建和諧共存、共同發(fā)展的無線業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。

無論是5G毫米波頻段的確定，還是國際規(guī)則的修改，乃至保護(hù)措施的制定，其結(jié)果將對數(shù)萬億美元的信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，在WRC-19大會上，5G毫米波議題是世界各國以及國際組織關(guān)注的重中之重，也成為他們相互博弈的主要戰(zhàn)場。

經(jīng)過大會第一周數(shù)場專題會議的交流、討論及磋商，與會各方圍繞議題的觀點碰撞日趨白熱化，對26GHz頻段（24.25GHz～27.5GHz）、40GHz頻段（37GHz～43.5GHz）以及66GHz～71GHz頻段全部或著部分標(biāo)識IMT基本形成共識，但爭論的焦點主要集中在這三個頻段的使用條件上。

26GHz頻段：帶外射頻限值是寬還是嚴(yán)？

“在十多個候選頻段中，26GHz頻段（24.25GHz～27.5GHz）具有頻點低、帶寬大、設(shè)備實現(xiàn)難度相對較小等優(yōu)點，是全球5G產(chǎn)業(yè)極力爭取的‘香餑餑’。”中國代表團(tuán)5G毫米波議題主要負(fù)責(zé)人、國家無線電監(jiān)測中心王坦博士介紹說。目前，全球已經(jīng)就24.25GHz～27.5GHz標(biāo)識為全球統(tǒng)一的5G頻段達(dá)成共識，但由于該頻段與衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)（無源業(yè)務(wù)）相鄰，有可能對他造成干擾，所以業(yè)界希望通過技術(shù)手段降低干擾的可能性。“制定全球統(tǒng)一的5G基站帶外無用射頻限值，是降低5G系統(tǒng)干擾可能性的重要技術(shù)手段，也是WRC-19 5G毫米波議題的一項重要任務(wù)。”王坦說。

23.6GHz～24GHz是全球衛(wèi)星地球觀測的一個獨特頻段，比如美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)和歐洲氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星在該頻段上收集大氣層中水蒸氣分子數(shù)據(jù)，并據(jù)此提供一周的天氣預(yù)報，也為預(yù)測颶風(fēng)強(qiáng)度及其登陸地點提供重要的信息。一些氣象學(xué)家擔(dān)心，5G相關(guān)干擾會影響水蒸氣數(shù)據(jù)采集，使天氣預(yù)報的精確度下降，對國防、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)乃至公共安全造成不利影響。

“這是一個集總干擾場景，衛(wèi)星系統(tǒng)部署在天上，也就是說只有全球大規(guī)模部署5G基站后，才能驗證其對衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生的實質(zhì)影響。”王坦表示，目前難以像地面臺站一樣進(jìn)行少量臺站之間的干擾試驗，只能通過理論仿真計算出5G基站帶外無用射頻限值。由于計算方法不同，研究結(jié)果也不相同，再加上各國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略存在差異，因此各國在5G基站帶外無用射頻限值上存在較大分歧。

“限值越大，意味著越寬松。限值越小，表示技術(shù)指標(biāo)越嚴(yán)格。”王坦解釋說。為了最大程度降低5G毫米波器件研發(fā)難度，美國在提交大會的文稿中對帶外無用射頻限值的制定上比較寬松，為-28 dBW/200MHz。俄羅斯在提交大會的文稿中對帶外無用射頻限值最是苛刻，為-49 dBW/200MHz，并提供了部分試驗數(shù)據(jù)作支撐。以法國為代表的歐洲國家在充分考慮到保護(hù)歐洲氣象業(yè)務(wù)前提下提出的限值相對較嚴(yán)。非洲和阿拉伯地區(qū)由于氣象衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)話語權(quán)相對薄弱，在限值的取值上也相對寬松。

我國通過大量細(xì)致的研究結(jié)論表明，基于ITU-R建議的基礎(chǔ)假設(shè)、仿真條件，需要對現(xiàn)有IMT基站以及終端的帶外指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)加嚴(yán)；但考慮到IMT天線在緊鄰頻仍存在一定程度上的波束賦形效果，最終的鄰頻帶外指標(biāo)的加嚴(yán)值可以適量減少。

王坦指出，“不要小看這個小小的限值，限值越嚴(yán)意味著設(shè)備器件研發(fā)投入的增加，組網(wǎng)成本的提升，頻率保護(hù)帶增加，從而關(guān)系到整個5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”同時，限值越寬松會對鄰頻氣象業(yè)務(wù)帶來干擾隱患。一邊是關(guān)系產(chǎn)業(yè)利益，一邊關(guān)系人類觀測自然，如何達(dá)成共識是一個難題。

此外，26GHz頻段還存在另一個重要分歧，就是為了保護(hù)帶內(nèi)衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星間業(yè)務(wù)，可能需要對5G基站部署和帶內(nèi)射頻指標(biāo)做出限定。目前大會還未針對該部分展開詳細(xì)討論。

40GHz頻段：全頻段標(biāo)識還是部分頻段明確？

40GHz頻段（37 GHz～43.5GHz）同樣是世界各國重點關(guān)注的IMT潛在頻段。其實，這部分頻譜被細(xì)分為三個連續(xù)的頻段，分別是37 GHz～40.5 GHz、40.5 GHz～42.5 GHz，42.5 GHz～43.5 GHz。與26GHz頻段的技術(shù)性分歧不同，大會各方圍繞40GHz頻段爭論的焦點在于，是把三個頻段都標(biāo)識用于IMT，還是只明確其中的一段？

有的國家堅持將該頻段6.5G帶寬的頻譜資源全部標(biāo)識用于IMT，各國可以自己選擇全部或某個頻段用于5G。還有一部分國家認(rèn)為可以標(biāo)識其中一段頻率，但具體標(biāo)識哪一段也存在分歧。一種觀點是標(biāo)識40.5GHz～43.5GHz用于IMT，另一種觀點則認(rèn)為40.5GHz～42.5GHz可以標(biāo)識用于IMT。

在40GHz頻段范圍內(nèi)，還分布著衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)、衛(wèi)星地球探測、衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)、無線電定位業(yè)務(wù)、射電天文、空間研究等多種無線電業(yè)務(wù)。“我們國家的觀點是標(biāo)識40.5GHz～43.5 GHz用于IMT。”王坦表示，“中國希望空間和地面產(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展，在促進(jìn)5G發(fā)展的同時，給衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間以及保護(hù)其他無線電業(yè)務(wù)正常運轉(zhuǎn)同樣重要。”

66GHz～71GHz:給IMT還是給無線局域網(wǎng)？

按照國際電信聯(lián)盟的《無線電規(guī)則》，在66GHz～71GHz頻段上，已經(jīng)有移動業(yè)務(wù)為主要劃分，但是目前全球還未就該頻段是否用于5G達(dá)成共識。

在WRC-19大會上，一些國家堅持反對將66GHz～71GHz標(biāo)識用于IMT。為了支持無線局域網(wǎng)的發(fā)展，有的國家在國內(nèi)已經(jīng)以頻率非許可管理的模式將64GHz～71GHz頻段規(guī)劃給了寬帶無線通信系統(tǒng)使用。另外一些國家則保持技術(shù)中立的態(tài)度，認(rèn)為可以將該頻段標(biāo)識用于5G，但具體到各國內(nèi)部劃分頻率時可以自由選擇將該頻段用于5G或者無線局域網(wǎng)。

“其實，5G和無線電局域網(wǎng)是兩種不同的技術(shù)，經(jīng)驗表明二者的使用場景比較接近，可能難以同頻共用。”王坦解釋道，“為了進(jìn)一步加快5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，我國認(rèn)為應(yīng)將66GHz～71GHz頻段標(biāo)識用于5G，且現(xiàn)階段并不考慮與無線局域網(wǎng)技術(shù)共用的問題，以給全球5G產(chǎn)業(yè)釋放足夠的信號。”

可以預(yù)見，在接下來的時間里，世界各國和區(qū)域組織還將圍繞5G毫米波議題展開拉鋸戰(zhàn)。“我國代表團(tuán)將按照既定預(yù)案，會上充分表達(dá)觀點，會下積極展開交流，盡最大努力爭取理解和支持，維護(hù)我國在毫米波議題的頻譜權(quán)益。”王坦說。

5G毫米波頻譜三大焦點之爭決定未來走向何方

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