5G毫米波频谱三大焦点之争决定未来走向何方——中国通信工业协会
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5G毫米波频谱三大焦点之争决定未来走向何方
日期:2019-12-07     作者:工信部

    “从2020年到2034年,在15年的时间里,对毫米波频谱资源的利用有望推动全球GDP增长5650亿美元。”全球移动通信系统协会(GSMA)首席监管官 John Giusti在为2019年世界无线电通信大会(WRC-19)撰文时,描绘了5G毫米波业务发展广阔的前景。

    毫米波,即波长在1到10毫米之间的电磁波,通常对应的是30GHz至300GHz之间的无线电频谱。这部分频谱拥有连续可用的超大带宽,可以满足5G系统对超大容量和极高速率的传输需求。

    在中低频段(6GHz以下)好用的频谱资源部分地区释放较为困难的情况下,毫米波频段成为支撑和保障5G热点应用长期发展的一片新大陆。WRC-19大会专设的1.13议题,就是为了充分发掘这片新大陆,在24.25GHz~86GHz频段范围的若干个候选频段中为5G寻找新增频段。然而,在24.25GHz~86GHz频段范围内,还存在着卫星通信、地球资源和气候变化监测以及射电天文学等多种无线电业务。为此,该议题的任务还包括在开展兼容性研究的基础上,修改相关国际规则或制定保护措施,避免5G业务与上述无线电业务之间发生干扰,创建和谐共存、共同发展的无线业务生态系统。

    无论是5G毫米波频段的确定,还是国际规则的修改,乃至保护措施的制定,其结果将对数万亿美元的信息通信技术产业产生深远影响。因此,在WRC-19大会上,5G毫米波议题是世界各国以及国际组织关注的重中之重,也成为他们相互博弈的主要战场。

    经过大会第一周数场专题会议的交流、讨论及磋商,与会各方围绕议题的观点碰撞日趋白热化,对26GHz频段(24.25GHz~27.5GHz)、40GHz频段(37GHz~43.5GHz)以及66GHz~71GHz频段全部或着部分标识IMT基本形成共识,但争论的焦点主要集中在这三个频段的使用条件上。

     26GHz频段:带外射频限值是宽还是严? 

    “在十多个候选频段中,26GHz频段(24.25GHz~27.5GHz)具有频点低、带宽大、设备实现难度相对较小等优点,是全球5G产业极力争取的‘香饽饽’。”中国代表团5G毫米波议题主要负责人、国家无线电监测中心王坦博士介绍说。目前,全球已经就24.25GHz~27.5GHz标识为全球统一的5G频段达成共识,但由于该频段与卫星地球探测业务(无源业务)相邻,有可能对他造成干扰,所以业界希望通过技术手段降低干扰的可能性。“制定全球统一的5G基站带外无用射频限值,是降低5G系统干扰可能性的重要技术手段,也是WRC-19 5G毫米波议题的一项重要任务。”王坦说。

    23.6GHz~24GHz是全球卫星地球观测的一个独特频段,比如美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的联合极地卫星系统和欧洲气象业务卫星在该频段上收集大气层中水蒸气分子数据,并据此提供一周的天气预报,也为预测飓风强度及其登陆地点提供重要的信息。一些气象学家担心,5G相关干扰会影响水蒸气数据采集,使天气预报的精确度下降,对国防、渔业、农业乃至公共安全造成不利影响。

    “这是一个集总干扰场景,卫星系统部署在天上,也就是说只有全球大规模部署5G基站后,才能验证其对卫星系统产生的实质影响。”王坦表示,目前难以像地面台站一样进行少量台站之间的干扰试验,只能通过理论仿真计算出5G基站带外无用射频限值。由于计算方法不同,研究结果也不相同,再加上各国相关产业发展战略存在差异,因此各国在5G基站带外无用射频限值上存在较大分歧。

    “限值越大,意味着越宽松。限值越小,表示技术指标越严格。”王坦解释说。为了最大程度降低5G毫米波器件研发难度,美国在提交大会的文稿中对带外无用射频限值的制定上比较宽松,为-28 dBW/200MHz。俄罗斯在提交大会的文稿中对带外无用射频限值最是苛刻,为-49 dBW/200MHz,并提供了部分试验数据作支撑。以法国为代表的欧洲国家在充分考虑到保护欧洲气象业务前提下提出的限值相对较严。非洲和阿拉伯地区由于气象卫星产业话语权相对薄弱,在限值的取值上也相对宽松。

    我国通过大量细致的研究结论表明,基于ITU-R建议的基础假设、仿真条件,需要对现有IMT基站以及终端的带外指标进行适当加严;但考虑到IMT天线在紧邻频仍存在一定程度上的波束赋形效果,最终的邻频带外指标的加严值可以适量减少。

    王坦指出,“不要小看这个小小的限值,限值越严意味着设备器件研发投入的增加,组网成本的提升,频率保护带增加,从而关系到整个5G产业的发展。”同时,限值越宽松会对邻频气象业务带来干扰隐患。一边是关系产业利益,一边关系人类观测自然,如何达成共识是一个难题。

    此外,26GHz频段还存在另一个重要分歧,就是为了保护带内卫星固定业务和卫星间业务,可能需要对5G基站部署和带内射频指标做出限定。目前大会还未针对该部分展开详细讨论。

    40GHz频段:全频段标识还是部分频段明确?

    40GHz频段(37 GHz~43.5GHz)同样是世界各国重点关注的IMT潜在频段。其实,这部分频谱被细分为三个连续的频段,分别是37 GHz~40.5 GHz、40.5 GHz~42.5 GHz,42.5 GHz~43.5 GHz。与26GHz频段的技术性分歧不同,大会各方围绕40GHz频段争论的焦点在于,是把三个频段都标识用于IMT,还是只明确其中的一段?

    有的国家坚持将该频段6.5G带宽的频谱资源全部标识用于IMT,各国可以自己选择全部或某个频段用于5G。还有一部分国家认为可以标识其中一段频率,但具体标识哪一段也存在分歧。一种观点是标识40.5GHz~43.5GHz用于IMT,另一种观点则认为40.5GHz~42.5GHz可以标识用于IMT。

    在40GHz频段范围内,还分布着卫星固定业务、卫星移动业务、卫星地球探测、卫星广播业务、无线电定位业务、射电天文、空间研究等多种无线电业务。“我们国家的观点是标识40.5GHz~43.5 GHz用于IMT。”王坦表示,“中国希望空间和地面产业均衡发展,在促进5G发展的同时,给卫星产业发展空间以及保护其他无线电业务正常运转同样重要。”

    66GHz~71GHz:给IMT还是给无线局域网?

    按照国际电信联盟的《无线电规则》,在66GHz~71GHz频段上,已经有移动业务为主要划分,但是目前全球还未就该频段是否用于5G达成共识。

    在WRC-19大会上,一些国家坚持反对将66GHz~71GHz标识用于IMT。为了支持无线局域网的发展,有的国家在国内已经以频率非许可管理的模式将64GHz~71GHz频段规划给了宽带无线通信系统使用。另外一些国家则保持技术中立的态度,认为可以将该频段标识用于5G,但具体到各国内部划分频率时可以自由选择将该频段用于5G或者无线局域网。

    “其实,5G和无线电局域网是两种不同的技术,经验表明二者的使用场景比较接近,可能难以同频共用。”王坦解释道,“为了进一步加快5G产业发展步伐,我国认为应将66GHz~71GHz频段标识用于5G,且现阶段并不考虑与无线局域网技术共用的问题,以给全球5G产业释放足够的信号。”

    可以预见,在接下来的时间里,世界各国和区域组织还将围绕5G毫米波议题展开拉锯战。“我国代表团将按照既定预案,会上充分表达观点,会下积极展开交流,尽最大努力争取理解和支持,维护我国在毫米波议题的频谱权益。”王坦说。

 
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