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王坦:從“多國爭論”到“全球共識”的 5G毫米波之路

2019-12-27
來源:中國無線電管理
關鍵詞: 王坦 5G毫米波

  在埃及沙姆沙伊赫召開的2019年世界無線電通信大會(WRC-19)上,來自165個成員國約3400名代表達成多項協議。其中,決定未來全球通信發展走向的5G毫米波議題是世界各國以及國際組織關注的重中之重。

  經過一個月的爭論和協調,國際電信聯盟(ITU)最終確定為5G毫米波頻段“擴容”,各國代表就5G毫米波頻譜使用達成共識:全球范圍內將24.25 GHz-27.5 GHz(26GHz)、37 GHz-43.5 GHz(40GHz)、66 GHz-71 GHz 共14.75GHz帶寬的頻譜資源,標識用于5G及國際移動通信系統(IMT)未來發展;在45.5GHz-47GHz頻段,部分國家在腳注中標識用于IMT;在47.2GHz-48.2GHz頻段,2區(美洲區)國家和部分地區部分國家在腳注中標識用于IMT。其中,中國主推的24.75-27.5GHz,以及部分40GHz毫米波頻段喜獲全球采納。

  在5G毫米波議題(1.13議題)上積極爭取我國立場,充分發揮了引領作用的中國代表團議題主要負責人是來自國家無線電監測中心/國家無線電頻譜管理中心的高級工程師——王坦博士。

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  5G毫米波的前世今生

  毫米波,即波長在1到10毫米之間的電磁波,通常對應的是30GHz至300GHz之間的無線電頻譜。一直以來,毫米波因其傳播距離短,穿透性差等缺點一直被視為移動通信的“蠻荒地帶”,但隨著技術的進步與5G的到來,毫米波頻譜擁有連續可用的超大帶寬等優勢,可以滿足5G系統對超大容量和極高速率的傳輸需求,是5G網絡未來建設的重要組成部分。在中低頻段(6GHz以下)好用的頻譜資源部分地區釋放較為困難的情況下,毫米波頻段成為支撐和保障5G熱點應用長期發展的一片“新大陸”。

  相比以往移動通信系統主要面向人與人之間的自由溝通,5G開啟的是一個“萬物互聯”的新時代。在智慧家庭、智慧城市、智慧云端、3D視頻、遠程醫療、虛擬和增強現實以及用于工業自動化的大規模機器對機器通信等領域,5G技術將與其他信息技術深度融合并廣泛應用。據國際電信聯盟(ITU)預計,在2020 年至2030年期間,移動寬帶數據流量將增加10至100倍,互聯網上連接的設備數量在2025年將達到500億臺。

  為5G 在毫米波頻段尋找新增頻譜資源是WRC-19大會重要議題之一。大會專設的1.13議題,就是為了充分發掘這片新大陸,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,還存在著衛星通信、地球資源和氣候變化監測以及射電天文學等多種無線電業務。為此,該議題的任務還包括在開展兼容性研究的基礎上,修改相關國際規則或制定保護措施,避免5G業務與上述無線電業務之間發生干擾,創建和諧共存、共同發展的無線業務生態系統。

  無論是5G毫米波頻段的確定,還是國際規則的修改,乃至保護措施的制定,其結果將對數萬億美元的信息通信技術產業產生深遠影響。“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注的重中之重,也成為他們爭論的主要戰場。”王坦表示。

  三大焦點之爭決定未來走向何方

  經過大會第一周數場專題會議的交流、討論及磋商,與會各方對26GHz頻段、40GHz頻段以及66GHz-71GHz頻段全部或者部分標識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。

  焦點一:26GHz頻段:帶外射頻限值是寬還是嚴?“在十多個候選頻段中,26GHz頻段(24.25GHz-27.5GHz)具有頻點低、帶寬大、設備實現難度相對較小等優點,是全球5G產業極力爭取的‘香餑餑’。雖然全球已經就這一頻段達成共識,但由于該頻段與衛星地球探測業務(無源業務)相鄰,有可能對他造成干擾,所以業界希望通過技術手段降低干擾的可能性。”王坦介紹說。“這是一個集總干擾場景,衛星系統部署在天上,也就是說只有全球大規模部署5G基站后,才能驗證其對衛星系統產生的實質影響。”王坦進一步介紹,目前難以像地面臺站一樣進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,研究結果也不相同,再加上各國相關產業發展戰略存在差異,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,表示技術指標越嚴格。”王坦解釋說。我國通過大量細致的研究結論表明,基于ITU-R建議的基礎假設、仿真條件,需要對現有IMT基站以及終端的帶外指標進行適當加嚴;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的加嚴值可以適量減少。此外,26GHz頻段還存在另一個重要分歧,就是為了保護帶內衛星固定業務和衛星間業務,可能需要對5G基站部署和帶內射頻指標做出限定。

  焦點二:40GHz頻段:全頻段標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注的IMT潛在頻段。這部分頻譜被細分為三個連續的頻段,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,是把三個頻段都標識用于IMT,還是只明確其中的一段?我們國家的觀點是標識其中的一部分用于IMT。”王坦表示,“中國希望空間和地面產業均衡發展,在促進5G發展的同時,給衛星產業發展空間以及保護其他無線電業務正常運轉同樣重要。”

  焦點三:66GHz-71GHz:給IMT還是給無線局域網?此前在66GHz-71GHz頻段上,已經有移動業務為主要劃分,是否用于5G還在爭論中。“其實,5G和無線電局域網是兩種不同的技術,經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,“為了進一步加快5G產業發展步伐,我國認為應將66GHz-71GHz頻段標識用于5G,且現階段并不強調對5G與無線局域網技術共用的問題,以給全球5G產業釋放足夠的信號。”

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  5G毫米波頻段標識形成全球解決方案

  WRC-19上,經過持續數周的白熱化交流、討論、磋商以及折中的妥協,直到閉幕式的前一天晚上,各國代表終于就5G毫米波頻譜使用達成共識,確定24.25 GHz-27.5 GHz、37 GHz-43.5 GHz或其中的一部分、66 GHz-71 GHz為5G全球統一工作頻段。王坦介紹,“大量連續帶寬的毫米波頻譜資源將為5G技術在相應場景下的大規模應用提供有效支撐,為5G相關產業鏈的發展成熟奠定基礎,從而加速全球5G系統部署和商用步伐。”

  王坦進一步解釋,在24.25 GHz-27.5 GHz頻段,為了促進5G技術應用和現有無線電業務協調發展,大會采取了“兩步走”方案:最遲到2027年9月1日之前,考慮到5G毫米波產業的實現能力,5G系統帶外輻射限值可以相對寬松;但2027年9月1日之后,5G系統帶外限值必須采取嚴格限值,盡可能保護相鄰頻段的衛星地球探測(無源)、射電天文等現有無線電業務。同時,大會還請國際電聯無線電通信部門(ITU-R)相關研究組適時跟進IMT技術特征的變化,并持續評估這些變化可能對空間電臺的影響,以在必要時采取行動。

  在37 GHz-43.5 GHz頻段,大會在該頻段的劃分表中加入了一個腳注:各區域和國家可以將整個頻段或其中的一部分用于IMT,但要考慮到該頻段衛星固定業務(FSS)應用可能。

  在觀點爭論同樣膠著的66GHz-71GHz頻段,1區(阿拉伯國家、非洲、歐洲、獨聯體國家)和3區(亞洲和太平洋地區的國家)率先達成統一,支持該頻段標識用于5G。2區(美洲區)經過激烈的內部討論,最終達成一致意見加入腳注。至此,5G在該頻段實現了全球統一標識。

  在頻率確定的同時,標準工作在同步推進。據悉,ITU-R負責IMT-2020或5G的有關工作組(WP5D)正在開展5G候選技術評估工作,確保現有候選技術能夠滿足5G網絡的性能要求。評估工作將于2020年2月初完成,之后全球5G技術標準化工作也將完結。屆時,5G技術標準將支持5G所有應用場景。

  致力5G頻率研究  助推全球通信跨越發展

  王坦2012年北京郵電大學博士畢業后來到中心,一開始就積極投身中國第四代移動通信系統(4G)的頻率研究工作。幾年間,從軟件仿真到硬件測試,從頻率規劃到許可、重耕的研究支撐,他始終在為我國4G商用貢獻著自己的力量。

  自2013年初全球邁入5G時代之后,王坦積極投身5G研究,在部無線電管理局和信息通信發展司等相關司局的指導下,在產業界和相關機構的大力支持和參與下,依托中國IMT-2020(5G)推進組頻譜工作組、WRC-19大會5G毫米波議題(1.13議題)、國家科技重大專項“IMT-2020候選頻段分析與評估”等渠道,與相關各方建立了橋梁紐帶,全方位開展了5G毫米波的頻率研究工作。他還曾成功擔任國際電聯1.13議題特設組TG5/1工作組26GHz頻段有關報告組主席等職務。他主導完成的26GHz等頻段5G系統與其它無線電業務的兼容性分析工作,實現了與國際同步以致全球領先的成果。近年來,王坦參與協調我國累計向國際電聯和亞太電信組織輸出5G頻率有關文稿50余篇,為5G毫米波全球頻率協調一致以及對現有業務的妥善保護做出了不懈努力。

  “頻率規劃研究工作就像是跑馬拉松,四年的研究周期,四周的會議,累計近40個小時的關門會,才終于得到了令各方滿意的結果,”王坦說。如今大會已順利落幕,回望這為期一個月的會議,1.13議題可以說是召開會議最多、爭議最大、時間跨度最長的議題。大會前中期,各大區域組織和大國觀點頻繁碰撞,寸步不讓,遲遲未見妥協。大會中后期,他作為中國主要代表,單槍匹馬全面參與了1.13六大電信區域組織近一周的關門會并據理力爭。該會議每個區域組織僅有3個席位,對1.13各頻段最終的“全球組合方案”進行關門協調,討論極為激烈。大會最后階段,他還作為中國代表參與了由大會主席親自主持的最后幾輪大區間協調會,為實現我國權益積極發聲協調,并取得了令各方認可的結果。大會最后關頭,為了保駕護航這個結果獲得通過,他一直堅守到全會最后一刻……

  WRC-19載譽歸來的中國代表團大國擔當的背后,是一個個與他一樣深植于靈魂、潛滋于血脈、熔鑄于骨髓的幕后英雄。


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