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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(guān)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(xié)議,。其中,決定未來全球通信發(fā)展走向的5G毫米波議題是世界各國以及國際組織關(guān)注的重中之重,。

  經(jīng)過一個月的爭論和協(xié)調(diào),國際電信聯(lián)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(nèi)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(tǒng)(IMT)未來發(fā)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(qū)(美洲區(qū))國家和部分地區(qū)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(fā)揮了引領(lǐng)作用的中國代表團議題主要負責人是來自國家無線電監(jiān)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(yīng)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(shù)的進步與5G的到來,,毫米波頻譜擁有連續(xù)可用的超大帶寬等優(yōu)勢,可以滿足5G系統(tǒng)對超大容量和極高速率的傳輸需求,,是5G網(wǎng)絡(luò)未來建設(shè)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(qū)釋放較為困難的情況下,毫米波頻段成為支撐和保障5G熱點應(yīng)用長期發(fā)展的一片“新大陸”,。

  相比以往移動通信系統(tǒng)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(lián)”的新時代。在智慧家庭,、智慧城市,、智慧云端、3D視頻,、遠程醫(yī)療,、虛擬和增強現(xiàn)實以及用于工業(yè)自動化的大規(guī)模機器對機器通信等領(lǐng)域,5G技術(shù)將與其他信息技術(shù)深度融合并廣泛應(yīng)用,。據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)預(yù)計,,在2020 年至2030年期間,移動寬帶數(shù)據(jù)流量將增加10至100倍,,互聯(lián)網(wǎng)上連接的設(shè)備數(shù)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(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)測以及射電天文學等多種無線電業(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)國際規(guī)則或制定保護措施,,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,,還是國際規(guī)則的修改,乃至保護措施的制定,其結(jié)果將對數(shù)萬億美元的信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠影響,?!耙虼耍赪RC-19大會上,,5G毫米波議題是世界各國以及國際組織關(guān)注的重中之重,,也成為他們爭論的主要戰(zhàn)場?!蓖跆贡硎?。

  三大焦點之爭決定未來走向何方

  經(jīng)過大會第一周數(shù)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(shè)備實現(xiàn)難度相對較小等優(yōu)點,是全球5G產(chǎn)業(yè)極力爭取的‘香餑餑’,。雖然全球已經(jīng)就這一頻段達成共識,,但由于該頻段與衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)(無源業(yè)務(wù))相鄰,有可能對他造成干擾,,所以業(yè)界希望通過技術(shù)手段降低干擾的可能性,。”王坦介紹說,?!斑@是一個集總干擾場景,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,,才能驗證其對衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生的實質(zhì)影響?!蓖跆惯M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(jié)果也不相同,再加上各國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)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(shù)指標越嚴格?!蓖跆菇忉屨f,。我國通過大量細致的研究結(jié)論表明,基于ITU-R建議的基礎(chǔ)假設(shè),、仿真條件,,需要對現(xiàn)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(nèi)衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星間業(yè)務(wù),,可能需要對5G基站部署和帶內(nèi)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(guān)注的IMT潛在頻段,。這部分頻譜被細分為三個連續(xù)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(shù)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(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展,,在促進5G發(fā)展的同時,給衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間以及保護其他無線電業(yè)務(wù)正常運轉(zhuǎn)同樣重要,?!?/p>

  焦點三:66GHz-71GHz:給IMT還是給無線局域網(wǎng)?此前在66GHz-71GHz頻段上,,已經(jīng)有移動業(yè)務(wù)為主要劃分,,是否用于5G還在爭論中?!捌鋵?,5G和無線電局域網(wǎng)是兩種不同的技術(shù),經(jīng)驗表明二者的使用場景比較接近,可能難以同頻共用,?!蓖跆菇忉尩溃盀榱诉M一步加快5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐,,我國認為應(yīng)將66GHz-71GHz頻段標識用于5G,,且現(xiàn)階段并不強調(diào)對5G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,?!?/p>

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  5G毫米波頻段標識形成全球解決方案

  WRC-19上,經(jīng)過持續(xù)數(shù)周的白熱化交流,、討論,、磋商以及折中的妥協(xié),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(tǒng)一工作頻段,。王坦介紹,“大量連續(xù)帶寬的毫米波頻譜資源將為5G技術(shù)在相應(yīng)場景下的大規(guī)模應(yīng)用提供有效支撐,,為5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展成熟奠定基礎(chǔ),,從而加速全球5G系統(tǒng)部署和商用步伐?!?/p>

  王坦進一步解釋,,在24.25 GHz-27.5 GHz頻段,為了促進5G技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)發(fā)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(chǎn)業(yè)的實現(xiàn)能力,5G系統(tǒng)帶外輻射限值可以相對寬松,;但2027年9月1日之后,,5G系統(tǒng)帶外限值必須采取嚴格限值,盡可能保護相鄰頻段的衛(wèi)星地球探測(無源),、射電天文等現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù),。同時,大會還請國際電聯(lián)無線電通信部門(ITU-R)相關(guān)研究組適時跟進IMT技術(shù)特征的變化,,并持續(xù)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(qū)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(wèi)星固定業(yè)務(wù)(FSS)應(yīng)用可能,。

  在觀點爭論同樣膠著的66GHz-71GHz頻段,1區(qū)(阿拉伯國家,、非洲,、歐洲、獨聯(lián)體國家)和3區(qū)(亞洲和太平洋地區(qū)的國家)率先達成統(tǒng)一,,支持該頻段標識用于5G,。2區(qū)(美洲區(qū))經(jīng)過激烈的內(nèi)部討論,最終達成一致意見加入腳注,。至此,5G在該頻段實現(xiàn)了全球統(tǒng)一標識,。

  在頻率確定的同時,,標準工作在同步推進。據(jù)悉,,ITU-R負責IMT-2020或5G的有關(guān)工作組(WP5D)正在開展5G候選技術(shù)評估工作,,確保現(xiàn)有候選技術(shù)能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)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(shù)標準化工作也將完結(jié)。屆時,,5G技術(shù)標準將支持5G所有應(yīng)用場景,。

  致力5G頻率研究  助推全球通信跨越發(fā)展

  王坦2012年北京郵電大學博士畢業(yè)后來到中心,一開始就積極投身中國第四代移動通信系統(tǒng)(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(guī)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(fā)展司等相關(guān)司局的指導(dǎo)下,在產(chǎn)業(yè)界和相關(guān)機構(gòu)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(guān)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(lián)1.13議題特設(shè)組TG5/1工作組26GHz頻段有關(guān)報告組主席等職務(wù),。他主導(dǎo)完成的26GHz等頻段5G系統(tǒng)與其它無線電業(yè)務(wù)的兼容性分析工作,,實現(xiàn)了與國際同步以致全球領(lǐng)先的成果,。近年來,王坦參與協(xié)調(diào)我國累計向國際電聯(lián)和亞太電信組織輸出5G頻率有關(guān)文稿50余篇,,為5G毫米波全球頻率協(xié)調(diào)一致以及對現(xiàn)有業(yè)務(wù)的妥善保護做出了不懈努力,。

  “頻率規(guī)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(guān)門會,才終于得到了令各方滿意的結(jié)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(qū)域組織和大國觀點頻繁碰撞,寸步不讓,,遲遲未見妥協(xié),。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(qū)域組織近一周的關(guān)門會并據(jù)理力爭,。該會議每個區(qū)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(guān)門協(xié)調(diào),,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(qū)間協(xié)調(diào)會,,為實現(xiàn)我國權(quán)益積極發(fā)聲協(xié)調(diào),,并取得了令各方認可的結(jié)果。大會最后關(guān)頭,,為了保駕護航這個結(jié)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?shù)谋澈螅且粋€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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