毫米波也瘋狂，5G毫米波頻譜風(fēng)波

毫米波是今年的黑馬之一，5G通信、雷達(dá)中不乏毫米波應(yīng)用。因此對(duì)于毫米波，想必大家早已耳熟能詳。本文對(duì)于毫米波的介紹，主要在于講解各國(guó)對(duì)毫米波頻譜的爭(zhēng)搶，主要內(nèi)容如下。

“從2020年到2034年，在15年的時(shí)間里，對(duì)毫米波頻譜資源的利用有望推動(dòng)全球GDP增長(zhǎng)5650億美元。”全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)(GSMA)首席監(jiān)管官JohnGiusti在為2019年世界無線電通信大會(huì)(WRC-19)撰文時(shí)，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(zhǎng)在1到10毫米之間的電磁波，通常對(duì)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(duì)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(diǎn)應(yīng)用長(zhǎng)期發(fā)展的一片新大陸。WRC-19大會(huì)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(gè)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(cè)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(guó)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(guó)際規(guī)則的修改，乃至保護(hù)措施的制定，其結(jié)果將對(duì)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(huì)上，5G毫米波議題是世界各國(guó)以及國(guó)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(chǎng)。

經(jīng)過大會(huì)第一周數(shù)場(chǎng)專題會(huì)議的交流、討論及磋商，與會(huì)各方圍繞議題的觀點(diǎn)碰撞日趨白熱化，對(duì)26GHz頻段(24.25GHz～27.5GHz)、40GHz頻段(37GHz～43.5GHz)以及66GHz～71GHz頻段全部或者部分標(biāo)識(shí)IMT基本形成共識(shí)，但爭(zhēng)論的焦點(diǎn)主要集中在這三個(gè)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(gè)候選頻段中，26GHz頻段(24.25GHz～27.5GHz)具有頻點(diǎn)低、帶寬大、設(shè)備實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，是全球5G產(chǎn)業(yè)極力爭(zhēng)取的‘香餑餑’。”中國(guó)代表團(tuán)5G毫米波議題主要負(fù)責(zé)人、國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心王坦博士介紹說。目前，全球已經(jīng)就24.25GHz～27.5GHz標(biāo)識(shí)為全球統(tǒng)一的5G頻段達(dá)成共識(shí)，但由于該頻段與衛(wèi)星地球探測(cè)業(yè)務(wù)(無源業(yè)務(wù))相鄰，有可能對(duì)它造成干擾，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-195G毫米波議題的一項(xiàng)重要任務(wù)。”王坦說。

23.6GHz～24GHz是全球衛(wèi)星地球觀測(cè)的一個(gè)獨(dú)特頻段，比如美國(guó)國(guó)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(bào)，也為預(yù)測(cè)颶風(fēng)強(qiáng)度及其登陸地點(diǎn)提供重要的信息。一些氣象學(xué)家擔(dān)心，5G相關(guān)干擾會(huì)影響水蒸氣數(shù)據(jù)采集，使天氣預(yù)報(bào)的精確度下降，對(duì)國(guó)防、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)乃至公共安全造成不利影響。

“這是一個(gè)集總干擾場(chǎng)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(yàn)證其對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)影響。”王坦表示，目前難以像地面臺(tái)站一樣進(jìn)行少量臺(tái)站之間的干擾試驗(yàn)，只能通過理論仿真計(jì)算出5G基站帶外無用射頻限值。由于計(jì)算方法不同，研究結(jié)果也不相同，再加上各國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略存在差異，因此各國(guó)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。為了最大限度降低5G毫米波器件研發(fā)難度，美國(guó)在帶外無用射頻限值的制定上比較寬松，并在國(guó)內(nèi)已經(jīng)完成了部分頻段的拍賣。

盡管在國(guó)內(nèi)遭到美國(guó)航空航天局、國(guó)家海洋和大氣管理局以及美國(guó)氣象學(xué)會(huì)成員的反對(duì)，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)仍然通過努力，使美洲國(guó)家同意將5G基站帶外無用射頻限值定為-28dBW/200MHz。韓國(guó)、文萊、柬埔寨、老撾、新加坡等國(guó)家都與美國(guó)持相同的觀點(diǎn)。

與其他國(guó)家相比，俄羅斯在提交大會(huì)的文稿中對(duì)帶外無用射頻限值最是苛刻，為-49dBW/200MHz，并提供了部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)作支撐。以法國(guó)為代表的歐洲國(guó)家在充分考慮到保護(hù)歐洲氣象業(yè)務(wù)前提下提出的限值是-42dBW/200MHz。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(duì)薄弱，在限值的取值上也相對(duì)寬松，為-32dBW/200MHz。

我國(guó)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(duì)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的波束賦形效果，最終的鄰頻帶外指標(biāo)的加嚴(yán)值可以少量減小，所以建議在-44dBW/200MHz左右的范圍內(nèi)取值。

王坦指出：“不要小看這個(gè)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)帶的增加，從而關(guān)系整個(gè)5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”同時(shí)，限值越寬松越會(huì)對(duì)鄰頻氣象業(yè)務(wù)帶來干擾隱患。一邊關(guān)系產(chǎn)業(yè)利益，一邊關(guān)系人類觀測(cè)自然，如何達(dá)成共識(shí)是一個(gè)難題。

此外，26GHz頻段還存在另一個(gè)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(duì)5G基站部署和帶內(nèi)射頻指標(biāo)做出限定。目前大會(huì)還未針對(duì)該部分展開詳細(xì)討論。

40GHz頻段：全頻段標(biāo)識(shí)還是部分頻段明確?

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

以美國(guó)領(lǐng)銜的美洲國(guó)家堅(jiān)持將該頻段6.5G帶寬的頻譜資源全部標(biāo)識(shí)用于IMT，各國(guó)可以自己選擇全部或某個(gè)頻段用于5G。歐洲和以俄羅斯為代表的獨(dú)聯(lián)體國(guó)家認(rèn)為可以標(biāo)識(shí)其中一段頻率，但具體標(biāo)識(shí)哪一段也存在分歧。歐洲各國(guó)的觀點(diǎn)是標(biāo)識(shí)40.5GHz～43.5GHz用于IMT，而俄羅斯則認(rèn)為可以將40.5GHz～42.5GHz標(biāo)識(shí)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(dòng)業(yè)務(wù)、衛(wèi)星地球探測(cè)、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(guó)家的觀點(diǎn)是只標(biāo)識(shí)40.5GHz～43.5GHz用于IMT。”王坦表示，“中國(guó)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(shí)，給衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展空間以及保護(hù)其他無線電業(yè)務(wù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)同樣重要。”

66GHz～71GHz:給IMT還是給無線局域網(wǎng)?

按照國(guó)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(dòng)業(yè)務(wù)為主要?jiǎng)澐?，但是目前全球還未就該頻段是否用于5G達(dá)成共識(shí)。

在WRC-19大會(huì)上，美國(guó)堅(jiān)持反對(duì)將66GHz～71GHz標(biāo)識(shí)用于IMT。早在2016年，美國(guó)就在國(guó)內(nèi)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，無線局域網(wǎng)是主要潛在技術(shù)之一。為了促進(jìn)支持IEEE802.11ad以及后續(xù)演進(jìn)的IEEE802.11ay協(xié)議的無線局域網(wǎng)的發(fā)展，美國(guó)將64GHz～71GHz頻段作為57GHz～64GHz頻段的擴(kuò)展，形成了14GHz帶寬的連續(xù)頻譜資源用于無線局域網(wǎng)。

歐洲郵電主管部門大會(huì)(CEPT)和非洲電信聯(lián)盟(ATU)保持技術(shù)中立的態(tài)度，認(rèn)為可以將該頻段標(biāo)識(shí)用于5G，但具體到各國(guó)內(nèi)部劃分頻率時(shí)可以自由選擇將該頻段用于5G或者無線局域網(wǎng)。在亞太地區(qū)，澳大利亞和日本等國(guó)家也持類似的觀點(diǎn)。

“其實(shí)，5G和無線局域網(wǎng)是兩種不同的技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)表明二者的使用場(chǎng)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(guó)認(rèn)為應(yīng)將66GHz～71GHz頻段標(biāo)識(shí)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(hào)。”

可以預(yù)見，在接下來近三周的時(shí)間里，世界各國(guó)和區(qū)域組織還將圍繞5G毫米波議題展開拉鋸戰(zhàn)。“我國(guó)代表團(tuán)將按照既定預(yù)案，在會(huì)上充分表達(dá)觀點(diǎn)，會(huì)下積極展開交流，盡最大努力爭(zhēng)取理解和支持，維護(hù)我國(guó)在毫米波議題的頻譜權(quán)益。”王坦說。

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