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王坦:从“多国争论”到“全球共识”的 5G毫米波之路

日期:2019-12-25 15:30:17 来源:中国无线电管理网

(本网讯)在埃及沙姆沙伊赫召开的2019年世界无线电通信大会(WRC-19)上,来自165个成员国约3400名代表达成多项协议。其中,决定未来全球通信发展走向的5G毫米波议题是世界各国以及国际组织关注的重中之重。

经过一个月的争论和协调,国际电信联盟(ITU)最终确定为5G毫米波频段“扩容”,各国代表就5G毫米波频谱使用达成共识:全球范围内将24.25 GHz-27.5 GHz(26GHz)、37 GHz-43.5 GHz(40GHz)、66 GHz-71 GHz 共14.75GHz带宽的频谱资源,标识用于5G及国际移动通信系统(IMT)未来发展;在45.5GHz-47GHz频段,部分国家在脚注中标识用于IMT;在47.2GHz-48.2GHz频段,2区(美洲区)国家和部分地区部分国家在脚注中标识用于IMT。其中,中国主推的24.75-27.5GHz,以及部分40GHz毫米波频段喜获全球采纳。

在5G毫米波议题(1.13议题)上积极争取我国立场,充分发挥了引领作用的中国代表团议题主要负责人是来自国家无线电监测中心/国家无线电频谱管理中心的高级工程师——王坦博士。

5G毫米波的前世今生

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。一直以来,毫米波因其传播距离短,穿透性差等缺点一直被视为移动通信的“蛮荒地带”,但随着技术的进步与5G的到来,毫米波频谱拥有连续可用的超大带宽等优势,可以满足5G系统对超大容量和极高速率的传输需求,是5G网络未来建设的重要组成部分。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”。

相比以往移动通信系统主要面向人与人之间的自由沟通,5G开启的是一个“万物互联”的新时代。在智慧家庭、智慧城市、智慧云端、3D视频、远程医疗、虚拟和增强现实以及用于工业自动化的大规模机器对机器通信等领域,5G技术将与其他信息技术深度融合并广泛应用。据国际电信联盟(ITU)预计,在2020 年至2030年期间,移动宽带数据流量将增加10至100倍,互联网上连接的设备数量在2025年将达到500亿台。

为5G 在毫米波频段寻找新增频谱资源是WRC-19大会重要议题之一。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,也成为他们争论的主要战场。”王坦表示。

三大焦点之争决定未来走向何方

经过大会第一周数场专题会议的交流、讨论及磋商,与会各方对26GHz频段、40GHz频段以及66GHz-71GHz频段全部或者部分标识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。

焦点一:26GHz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’。虽然全球已经就这一频段达成共识,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。”王坦介绍说。“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。”王坦进一步介绍,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。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。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。

焦点二:40GHz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。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?我们国家的观点是标识其中的一部分用于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。”

焦点三:66GHz-71GHz:给IMT还是给无线局域网?此前在66GHz-71GHz频段上,已经有移动业务为主要划分,是否用于5G还在争论中。“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,且现阶段并不强调对5G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。”

5G毫米波频段标识形成全球解决方案

WRC-19上,经过持续数周的白热化交流、讨论、磋商以及折中的妥协,直到闭幕式的前一天晚上,各国代表终于就5G毫米波频谱使用达成共识,确定24.25 GHz-27.5 GHz、37 GHz-43.5 GHz或其中的一部分、66 GHz-71 GHz为5G全球统一工作频段。王坦介绍,“大量连续带宽的毫米波频谱资源将为5G技术在相应场景下的大规模应用提供有效支撑,为5G相关产业链的发展成熟奠定基础,从而加速全球5G系统部署和商用步伐。”

王坦进一步解释,在24.25 GHz-27.5 GHz频段,为了促进5G技术应用和现有无线电业务协调发展,大会采取了“两步走”方案:最迟到2027年9月1日之前,考虑到5G毫米波产业的实现能力,5G系统带外辐射限值可以相对宽松;但2027年9月1日之后,5G系统带外限值必须采取严格限值,尽可能保护相邻频段的卫星地球探测(无源)、射电天文等现有无线电业务。同时,大会还请国际电联无线电通信部门(ITU-R)相关研究组适时跟进IMT技术特征的变化,并持续评估这些变化可能对空间电台的影响,以在必要时采取行动。

在37 GHz-43.5 GHz频段,大会在该频段的划分表中加入了一个脚注:各区域和国家可以将整个频段或其中的一部分用于IMT,但要考虑到该频段卫星固定业务(FSS)应用可能。

在观点争论同样胶着的66GHz-71GHz频段,1区(阿拉伯国家、非洲、欧洲、独联体国家)和3区(亚洲和太平洋地区的国家)率先达成统一,支持该频段标识用于5G。2区(美洲区)经过激烈的内部讨论,最终达成一致意见加入脚注。至此,5G在该频段实现了全球统一标识。

在频率确定的同时,标准工作在同步推进。据悉,ITU-R负责IMT-2020或5G的有关工作组(WP5D)正在开展5G候选技术评估工作,确保现有候选技术能够满足5G网络的性能要求。评估工作将于2020年2月初完成,之后全球5G技术标准化工作也将完结。届时,5G技术标准将支持5G所有应用场景。

致力5G频率研究  助推全球通信跨越发展

王坦2012年北京邮电大学博士毕业后来到中心,一开始就积极投身中国第四代移动通信系统(4G)的频率研究工作。几年间,从软件仿真到硬件测试,从频率规划到许可、重耕的研究支撑,他始终在为我国4G商用贡献着自己的力量。

自2013年初全球迈入5G时代之后,王坦积极投身5G研究,在部无线电管理局和信息通信发展司等相关司局的指导下,在产业界和相关机构的大力支持和参与下,依托中国IMT-2020(5G)推进组频谱工作组、WRC-19大会5G毫米波议题(1.13议题)、国家科技重大专项“IMT-2020候选频段分析与评估”等渠道,与相关各方建立了桥梁纽带,全方位开展了5G毫米波的频率研究工作。他还曾成功担任国际电联1.13议题特设组TG5/1工作组26GHz频段有关报告组主席等职务。他主导完成的26GHz等频段5G系统与其它无线电业务的兼容性分析工作,实现了与国际同步以致全球领先的成果。近年来,王坦参与协调我国累计向国际电联和亚太电信组织输出5G频率有关文稿50余篇,为5G毫米波全球频率协调一致以及对现有业务的妥善保护做出了不懈努力。

“频率规划研究工作就像是跑马拉松,四年的研究周期,四周的会议,累计近40个小时的关门会,才终于得到了令各方满意的结果,”王坦说。如今大会已顺利落幕,回望这为期一个月的会议,1.13议题可以说是召开会议最多、争议最大、时间跨度最长的议题。大会前中期,各大区域组织和大国观点频繁碰撞,寸步不让,迟迟未见妥协。大会中后期,他作为中国主要代表,单枪匹马全面参与了1.13六大电信区域组织近一周的关门会并据理力争。该会议每个区域组织仅有3个席位,对1.13各频段最终的“全球组合方案”进行关门协调,讨论极为激烈。大会最后阶段,他还作为中国代表参与了由大会主席亲自主持的最后几轮大区间协调会,为实现我国权益积极发声协调,并取得了令各方认可的结果。大会最后关头,为了保驾护航这个结果获得通过,他一直坚守到全会最后一刻……

WRC-19载誉归来的中国代表团大国担当的背后,是一个个与他一样深植于灵魂、潜滋于血脉、熔铸于骨髓的幕后英雄。


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