在国际电信联盟2019年世界无线电通信大会(WRC-19)上,各国代表就5G毫米波频谱使用达成共识。本文对相关频段大会决议文件做了梳理,重点对其中的决议、建议等部分进行阐述和分析,以期为后续工作提供参考。
2019年11月22日,历时四个星期的国际电信联盟(ITU)2019年世界无线电通信大会(WRC-19)在埃及沙姆沙伊赫落下帷幕。来自国际电联193个成员国、900个部门成员以及国际组织、设备制造商、电信运营商和行业组织等近4000名代表参加了会议。作为全球无线电频谱和卫星轨道资源使用立法缔约的最重要的国际会议,大会就移动通信、高空平台通信、铁路和交通通信、低轨星座卫星使用规则等多项重要议题达成共识,其结果将影响未来十到二十年全球数万亿美元计的无线电技术、应用及与相关产业融合发展,为联合国推进数字经济、缩小数字鸿沟等诸多可持续发展目标发挥重要作用。其中,对未来全球通信发展有重要影响的5G毫米波议题是世界各国以及国际组织关注的重点议题。
一、WRC-19大会5G毫米波全球结论
二、各频段规则修订分析
在十多个候选频段中,26GHz频段具有频点低、带宽大、设备实现难度相对较小等优点,是全球5G产业极力争取的重中之重,其同、邻频其它无线电业务情况最为复杂,也最具有代表性,是本文分析的重点。
最终大会做出决议,该频段部署IMT基站时,应采取实际措施以确保室外基站的发射天线通常指向水平线以下,机械指向需在水平线或以下。同时,在该频段内,IMT基站单个波束在对地静止卫星轨道偏离7.5度范围内的e.i.r.p.不得超过30dBW/200MHz。
此外,大会鼓励主管部门采取措施使得5G基站大阵列天线方向图保持在ITU-RM.2101建议书所规定的近似包络范围内。这是因为,5G大阵列天线的波束包络形状对5G基站旁瓣向天空方向辐射功率有决定性的影响。
与此同时,大会还请ITU-R酌情定期审查IMT系统(包括基站密度)和空间业务系统不断发展的技术和操作特性对兼容共用的影响,并在制定和/或修订ITU-R建议书/报告时考虑这些审查的结果,此外,如有必要,还应采取措施以减轻对空间电台接收的干扰风险。这项措施的主要目的是希望建立一种长效审查机制,因为5G系统未来部署规模存在不确定性,且实际部署情况与早期开展兼容共用的模型难免有不一致的地方。
4. 保护地面电台
如图2所示,该频段涉及的其它业务的地面电台主要包括:邻频射电天文台,同频卫星地球探测与空间研究业务地球站,这几类是地球站接收可能受到5G系统的干扰。此外,卫星固定业务(地对空)地球站的发射可能对5G系统接收产生干扰,但由于卫星固定业务也是主要业务,且有规划或使用的情况,所以也产生了和5G系统的协调问题。
图4给出了5G基站干扰卫星地球站接收示意图,地面电台之间的干扰场景相对较为直观,通常以一定隔离距离以开展协调、实施保护。这里提到的几类业务的干扰场景均与此类似。
由于毫米波频段传播距离受限,这类地面电台之间的干扰通常属于国内问题,大会决议则重点对边境协调地区提出了要求。决议指出,为实现跨境协调,必要时应通过双边协议,保护25.5-27GHz频段的卫星地球探测与空间研究业务地球站和23.6-24GHz频段的射电天文台并促进24.65-25.25GHz和27-27.5GHz频段的卫星固定业务地球站与IMT台站的共存。
此外,大会鼓励主管部门实施IMT的相关条款时确保这些地球站现有设台的持续使用和其未来发展。同时,请ITU-R制定、更新有关建议书、报告以避免卫星地球探测、空间研究、射电天文业务台站受到来自IMT系统的有害干扰,并协助主管部门减轻卫星固定业务地球站对工作在24.65-25.25GHz和27-27.5GHz频段对IMT台站的干扰。
40GHz频段同样是世界各国重点关注的IMT潜在频段。根据是否有移动业务划分,这部分频谱又被细分为三个连续的频段,分别是37-40.5GHz、40.5-42.5GHz,42.5-43.5GHz。其中,40.2-42.5GHz在WRC-19之前全球并未统一有移动业务的划分。与26GHz频段的技术性分歧相对不同的是,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部分。
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。在40GHz频段范围内,还分布着各类其它无线电业务,如图5所示。本文认为,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。
最终,大会决定新增脚注5.BCD113,将37-43.5GHz频段或其中的一部分标识给IMT,同时规定第COM4/9号决议(WRC-19)适用。与26GHz脚注不同的是,该脚注额外指出,鉴于37.5-42.5GHz频段内可能部署FSS地球站以及1区的39.5-40GHz频段、所有各区的40-40.5GHz频段以及2区的40.5-42GHz频段内可能部署卫星固定业务高密度应用(参见第5.516B款),各主管部门应酌情进一步考虑对这些频段内IMT的可能限制。由此可见,大会最终对平衡40GHz频段地面、空间业务发展给出了明确的提醒。
在针对具体业务的保护措施方面,该频段多数内容与26GHz频段采取了一致的表述。下面仅对不同之处进行阐述。
1. 保护36-37GHz邻频卫星地球探测等业务
与26GHz频段不同的是,36-37GHz频段本身并不是禁止一切发射的无源频段,因此与第750号决议、脚注5.338A不直接相关。但该频段的干扰场景与26GHz类似,同样需要限定5G系统的带外发射指标。大会最终决定将限值直接写入该频段决议正文,同时给出了强制值和建议值。其中强制值又分为窄带和宽带两个测量维度的要求:−43dBW/MHz及36-37GHz整个频段内的−23dBW/GHz。建议值为-30dBW/GHz。
2. 针对平衡空间和地面业务
除了在标识脚注中提到空间业务之外,大会还请主管部门确保在考虑将频谱用于IMT时,应充分考虑用于以泛在方式在各未指定点上部署的地球站和网关的频谱需求,同时考虑依据第5.516B款在1区的39.5-40GHz频段、所有区的40-40.5GHz频段、2区的40.5-42GHz频段和1区的47.5-47.9GHz频段内为HDFSS确定的频谱。此外,在1区,鼓励各主管部门考虑在40.5-43.5GHz频段内实施IMT,以便更好地满足40.5GHz以下的其他业务的需求,并考虑到1区中37.5-40.5GHz频段内对FSS的保护。
针对47.2-48.2GHz频段,由于该频段需要保护的业务主要是卫星固定业务(地对空),与42.5-43.5GHz频段类似,所以大会将47.2-48.2GHz频段的结论并入了40GHz频段的决议当中,本文不再对细节进行阐述。在该频段的标识问题上,由于全球观点有分歧,所以大会最终形成了部分地区和国家的脚注标识。2区国家和部分欧洲、非洲国家以及少量亚洲国家加入了脚注。从长远看,由于美国已经在国内将该频段规划用于5G,且于近期开展了该频段的拍卖工作[3],该频段未来在全球有进一步扩大使用范围的可能。
相比26GHz和40GHz频段,45.5-47GHz频段并没有受到来自全球的普遍关注。在兼容共用研究阶段,该频段收到的研究输入较少,部分业务由于缺乏参数提供,甚至没有开展研究。经过大会讨论,最终该频段形成了部分国家的脚注标识5.F113。与47.2-48.2GHz频段相比,仅有个别欧洲国家和部分非洲国家加入了脚注。
与上述频段不同的是,该频段脚注中进一步要求,一是使用IMT应考虑第5.553款;二是有关航空移动业务和无线电导航业务,将该频段用于实施IMT取决于根据第9.21款与相关主管部门达成的协议,且不得对这些业务造成有害干扰或要求其提供保护。同时规定第COM4/10号决议(WRC-19)适用。针对前者,该频段本身有脚注5.553,要求地面移动业务对空间业务实施保护。也即该频段部署的IMT系统处于相对较低的保护地位。同时,通过第9.21款与相关主管部门开展协调,也给该频段实际投入使用带来了一定的困难。经验表明,IMT系统与航空移动与无线电导航业务在同一地理区域通常较难以实现同频共用。
该频段作为第三个全球达成一致意见的频段,其主要协调的内容和26GHz、40GHz有着显著不同。在《无线电规则》现有频率划分表中,该频段上已有移动业务的主要划分,有的国家拟考虑将此频段用于免授权的其它宽带无线接入技术例如Wi-Fi。另一些国家则保持技术中立的态度,认为可以考虑将该频段标识用于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或者其它宽带无线接入技术。因此,讨论的焦点在于,新增脚注以及决议中是否应对其它宽带无线接入技术的地位进行认可。
经过大会讨论,最终在该频段形成的脚注5.J113中,并未提及任何其它宽带无线接入技术。而脚注所对应的第COM4/7号决议(WRC-19),针对主管部门可能采取的不同考虑做了明确的区分:希望实施IMT的主管部门将该频段提供用于IMT的地面部分;而希望在该频段内同时实施IMT和其他移动业务应用的主管部门,应考虑IMT与这些应用之间的共存。
此外,大会还请ITU-R酌情制定建议书和/或报告,以协助各主管部门通过发展IMT和移动业务的其他应用之间(包括其他无线接入系统),以及移动业务和其他业务的应用之间的共存机制,确保有效利用该频段。
WRC-19大会为上述5G毫米波频段均新增了脚注和决议,对相关内容进行概要汇总。
三、其它频段情况
以下频段经大会讨论,决定不考虑用于IMT。
47-47.2/48.2-50.2/50.4-52.6GHz频段。47-47.2GHz频段为业余业务,全球普遍没有开展研究。48.2-50.2/50.4-52.6GHz频段紧邻卫星地球探测(无源)业务,需考虑IMT带外限值和一定的频率保护带;此外,该频段也是卫星固定业务(地对空)的重要频段,需兼顾空地发展,因此将该频段用于IMT的空间可能很有限。
71-76/81-86GHz频段。由于频段较高,研究不够充分,全球普遍兴趣不高。有在未来大会继续考虑研究用于IMT的可能性。
四、后续工作探讨
国际上,ITU-R在2020-2023年研究周期将考虑WRC-19大会提出的相关工作,包括制定5G毫米波频率安排、制修订相关建议书或报告以协助主管部门处理兼容共用问题,以及酌情审查相关系统技术参数的变化情况。此外,随着全球产业的投入和发展,在WRC-23大会,针对45.5-47/47.2-48.2GHz频段的脚注标识,可能会有更多国家希望加入。
在国内,一方面,WRC-19大会对《无线电规则》进行修订后,通常我国无线电主管部门将启动对《中华人民共和国无线电频率划分规定》的修订工作,将国际规则“本地化”,并可能在现有大会决议和建议的基础上采取更进一步的措施,包括制定相关国内法规等。同时,根据工业和信息化部2020年初召开的工作会议精神,年内我国无线电主管部门拟适时制定或发布5G系统毫米波部分频段频率使用的规则,为后续频率工作奠定基础。
参考文献 [1] WRC-19 identifies additional frequency bands for 5G, https://news.itu.int/wrc-19-agrees-to-identify-new-frequency-bands-for-5g/ [2] 世界无线电通信大会 2019 (WRC-19) 临时最后文件,10月28日-11月22日,埃及沙姆沙伊赫,https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/act/R-ACT-WRC.13-2019-PDF-C.pdf [3] FCC, CLOCK PHASE OF AUCTION 103 CONCLUDES, Jan 30, 2020, https://www.fcc.gov/document/clock-phase-auction-103-concludes