朱　穎　中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師許穎國家無線電監(jiān)測中心工程師方箭國家無線電監(jiān)測中心高級工程師

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基于WRC-19 1.13新議題的5G高頻段研究概況及展望

朱穎中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師
許穎國家無線電監(jiān)測中心工程師
方箭國家無線電監(jiān)測中心高級工程師

摘要：分析5G不同場景所需不同的目標(biāo)頻段，闡述高頻段對5G應(yīng)用的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，結(jié)合2015年世界無線電通信大會（WRC-15）研究成果，介紹WRC-19 1.13議題的設(shè)立過程和內(nèi)容，并展望該議題在ITU-R不同研究組的工作。

關(guān)鍵詞：WRC-19 1.13議題；5G；高頻段

1　引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用需求的雙重驅(qū)動下，無線電技術(shù)取得飛速發(fā)展，呈現(xiàn)出移動化、寬帶化、多媒體化的特征。特別是移動通信業(yè)務(wù)，由于其用戶大幅增加，智能終端帶來的爆炸式數(shù)據(jù)流量，用戶的業(yè)務(wù)需求與有限的無線頻率資源間的矛盾不斷增加。根據(jù)愛立信2016年2月的最新報(bào)告統(tǒng)計(jì)，截至2015年，全球移動通信用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到了73億；2010—2015年全球移動數(shù)據(jù)流量以平均65%的速率持續(xù)增長，共產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量120ExaByte（Exa=1015），并預(yù)計(jì)2016—2021年全球移動數(shù)據(jù)流量高達(dá)1200Exa-Byte。

一般而言，引入新技術(shù)提高頻譜效率和拓展新的頻譜資源是滿足移動通信數(shù)據(jù)流量高速增長的兩種重要手段。以多址技術(shù)為例，從1G時(shí)代的FDMA到2G時(shí)代的TDMA，再到3G時(shí)代的CDMA以及4G時(shí)代的OFDMA，都體現(xiàn)著技術(shù)帶來頻譜效率的提升；對于頻率資源使用而言，1G和2G時(shí)代主要集中在1GHz以下頻段，3G時(shí)代將頻率擴(kuò)展到2GHz頻段附近，4G時(shí)代進(jìn)一步擴(kuò)展到2.6、3.5GHz頻段，持續(xù)拓寬可用帶寬。

早在2012年，ITU啟動了5G愿景、未來技術(shù)趨勢和頻譜等研究工作，并于2015年確定發(fā)布了5G工作計(jì)劃。2015年RA-15大會上，ITU將5G確定命名為“IMT-2020”。目前全球各個(gè)國家和地區(qū)都啟動了5G研究工作，部分國家還制定了試驗(yàn)時(shí)間表：日本計(jì)劃在2020年東京奧運(yùn)會之前實(shí)現(xiàn)5G商用，支持東京奧運(yùn)會；韓國將于2018年初開展5G預(yù)商用試驗(yàn)，支持平昌冬奧會；歐盟5GPPP預(yù)計(jì)將于2018年啟動5G技術(shù)試驗(yàn)；美國運(yùn)營商Verizon成立5G技術(shù)論壇，并計(jì)劃于2016年啟動5G外場試驗(yàn)。

無線電頻譜資源作為實(shí)現(xiàn)信息傳輸無處不在的重要載體，對于5G發(fā)展而言同樣尤為重要。目前，5G頻譜研究主要在ITU的框架下開展，與以往歷代移動通信類似，除了引入新技術(shù)之外，5G將尋求更多的頻譜資源，并將潛在可用頻段擴(kuò)展到6GHz以上頻段。

本文分析了5G的目標(biāo)頻段，表明高頻在5G可用頻率中的重要性，重點(diǎn)闡述了2015年世界無線電通信大會（WRC-15）議題10中“高頻段繼續(xù)為IMT尋求頻率”議題（即最終設(shè)立的WRC-191.13議題）的形成過程，并對該議題的后續(xù)工作進(jìn)行了展望分析。

2　5G目標(biāo)頻段分析

5G相對于傳統(tǒng)移動通信，不僅滿足人和人之間的通信，還將滲透到未來社會的各個(gè)領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。由于5G需要滿足人與人、人與物、物與物的信息交互，應(yīng)用場景將更加復(fù)雜和細(xì)化，而不同場景將在容量、覆蓋、性能、鏈接、時(shí)延、可靠性等方面有不同的需求。ITU為5G系統(tǒng)定義了三大類主要應(yīng)用場景：支持增強(qiáng)的移動寬帶場景、海量的機(jī)器間通信場景、超高可靠和超低時(shí)延通信。我國IMT-2020（5G）推進(jìn)組定義了4類主要應(yīng)用場景：連續(xù)廣域覆蓋場景、熱點(diǎn)高容量場景、低時(shí)延高可靠場景、低功耗大連接場景。兩者略有差別，但是本質(zhì)都是分為移動互聯(lián)網(wǎng)和移動物聯(lián)網(wǎng)兩大類，具體如圖1所示。

為達(dá)到上述ITU相關(guān)建議書描述的愿景，5G空口技術(shù)路線可由5G新空口（含低頻空口與高頻空口）和4G演進(jìn)兩部分組成，空口技術(shù)和目標(biāo)頻段對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。5G高頻新空口旨在滿足熱點(diǎn)高容量的場景需求，以實(shí)現(xiàn)5G超高的峰值速率能力，需要較大的連續(xù)帶寬，一般使用6GHz以下頻段；5G低頻新空口旨在滿足連續(xù)廣覆蓋、低時(shí)延高可靠性、海量機(jī)器的通信能力，傳播特性具有較強(qiáng)的穿透和廣域覆蓋能力，目標(biāo)使用6GHz以下甚至更低的頻段；而4G演進(jìn)空口是5G的重要補(bǔ)充，均可以作為上述四種場景的關(guān)鍵技術(shù)，但從目前4G使用頻段而言，其頻段也主要集中在6GHz頻段以下。

圖1　ITU和我國定義的5G應(yīng)用場景圖

圖2　5G技術(shù)路線與場景

總體而言，未來的5G系統(tǒng)將是多種空口技術(shù)的組合，其頻率框架將涵蓋高中低頻段。由于中低頻段在3G、4G有一定技術(shù)的積累，對于5G高頻無線通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)方面，高頻段具有連續(xù)大帶寬等優(yōu)點(diǎn)，然而低頻段適用的關(guān)鍵技術(shù)或?qū)㈦y以直接應(yīng)用，特別在射頻處理技術(shù)方面，因此高頻段對5G應(yīng)用和發(fā)展將帶來極大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

3　高頻段研究概況

考慮到在高頻段范圍內(nèi)尋找連續(xù)大帶寬相比在低頻段內(nèi)尋找具有更大的可能性，因此高頻段是支持超高速超大容量業(yè)務(wù)需求的核心基礎(chǔ)資源。2015年11 月2—27日，2015年WRC-15大會在瑞士日內(nèi)瓦舉行。在為下一屆WRC大會確定新議題的研究討論中，“在高頻段繼續(xù)為IMT尋求頻率”成為了全球各個(gè)國家和區(qū)域組織關(guān)注的焦點(diǎn)議題。

根據(jù)會議收到的文稿情況來看，盡管各國對于在WRC-19為確定IMT頻率設(shè)立新議題并無爭議，但對于議題包括的潛在候選頻段存在很大分歧。全球五大區(qū)域組織向WRC-15就該新議題建議的頻段研究范圍如圖3所示。

除考慮各個(gè)國家和區(qū)域本身的頻率使用因素外，新議題建議研究頻段選取的主要原則可以總結(jié)為：全球/區(qū)域一致，以實(shí)現(xiàn)全球規(guī)模效應(yīng)，降低設(shè)備制造成本；主要業(yè)務(wù)劃分，在《無線電規(guī)則》中已經(jīng)將移動業(yè)務(wù)劃分為主要業(yè)務(wù)，以便進(jìn)一步確定給IMT使用；連續(xù)大帶寬，可實(shí)現(xiàn)超高速超高容量業(yè)務(wù)需求；與原有業(yè)務(wù)的電磁兼容性，易于實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有其他系統(tǒng)的兼容共存；設(shè)備制造能力，每個(gè)頻段有不同的硬件實(shí)現(xiàn)能力，盡量在不同子段均有潛在候選頻段。

經(jīng)過WRC-15大會的多輪討論和協(xié)調(diào)，根據(jù)大多數(shù)國家和組織的意愿，會議通過了WRC-191.13新議題：根據(jù)第238［COM6/20］號決議（WRC-15），審議為國際移動通信（IMT）的未來發(fā)展確定頻段，包括為作為主要業(yè)務(wù)的移動業(yè)務(wù)做出附加劃分的可能性。具體工作包括頻譜需求和候選頻段兩方面。

（1）在WRC-19之前開展并及時(shí)完成適當(dāng)?shù)难芯?，以確定在24.25～86GHz頻率范圍內(nèi)IMT地面部分的頻譜需求，同時(shí)顧及：

●此頻率范圍內(nèi)操作的地面IMT系統(tǒng)的技術(shù)和操作特性，包括通過技術(shù)進(jìn)步和高效頻譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)的IMT演進(jìn)。

●為IMT-2020系統(tǒng)設(shè)想的部署方案以及對高密度城區(qū)和/或高峰時(shí)間段內(nèi)高數(shù)據(jù)流量相關(guān)要求。

●發(fā)展中國家的需求。

●需要頻譜的時(shí)間表。

（2）在WRC-19之前為以下頻段開展并及時(shí)完成適當(dāng)?shù)墓灿煤图嫒菪匝芯浚ㄗ们榭紤]鄰頻），并同時(shí)考慮對這些頻段內(nèi)主要業(yè)務(wù)提供保護(hù)：

●具有移動業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)劃分的各頻段：24.25～27.5、37～40.5、42.5～43.5、45.5～47、47.2～50.2、50.4～52.6、66～76和81～86GHz；以及可能需要提供移動業(yè)務(wù)作為主要業(yè)務(wù)附加劃分的各頻段：31.8～33.4、40.5～42.5和47～47.2GHz。具體如圖4所示。

4　高頻段研究展望

圖3　全球各區(qū)域組織向WRC-15輸入的高頻段建議研究范圍

圖4　WRC-19議題1.13研究頻段

為開展WRC-191.13議題的研究工作，ITU-R臨時(shí)成立任務(wù)組TG5/1。同時(shí)，進(jìn)一步明確ITU-RWP5D工作組負(fù)責(zé)開展并完成24.25～86GHz頻率范圍內(nèi)IMT頻譜需求、IMT地面部分的技術(shù)與操作特性參數(shù)研究，包括保護(hù)準(zhǔn)則和部署場景；ITU-RSG3研究組負(fù)責(zé)共存研究所需的高頻段傳播模型研究；ITU-R其他相關(guān)業(yè)務(wù)的研究組/工作組負(fù)責(zé)共存研究所需的原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)參數(shù)和保護(hù)準(zhǔn)則研究。

在2016年2月召開的WP5D工作組第23次會議中，高頻段IMT頻譜需求以及技術(shù)與操作特性參數(shù)研究正式啟動。關(guān)于頻譜需求預(yù)測，會議初步討論了頻譜需求預(yù)測的研究方法，包括基于業(yè)務(wù)預(yù)測的方法、基于應(yīng)用的方法、基于調(diào)研的方法、以及基于技術(shù)性能的方法等；關(guān)于高頻段技術(shù)與操作特性參數(shù)，會議研究確定所需參數(shù)包含技術(shù)相關(guān)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)部署相關(guān)參數(shù)兩大類，同時(shí)將24.25～86GHz頻段分為24.25～33.4、37～43.5、45.5～52.6和66～86GHz 4組分別考慮。WP5D關(guān)于WRC-191.13議題的工作計(jì)劃見圖5所示，頻譜需求研究和IMT共存參數(shù)的研究需要在2017年3月之前結(jié)束，并提交給TG5/1任務(wù)組用于進(jìn)一步的共存研究。

ITU-RSG3在后續(xù)的研究周期中將向TG5/1任務(wù)組提供相關(guān)研究建議用于共存研究，重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：將原有的小于50GHz頻段的傳播模型拓展至24～86GHz頻段傳播模型研究；考慮位于屋頂以下的IMT基站的地物損耗（clutterloss）；面向室內(nèi)的基站和終端考慮適合的建筑物穿透損耗（buildingentryloss）；基于地面、空間、航空等不同業(yè)務(wù)，考慮不同的傳播路徑類型。根據(jù)WP5D的研究計(jì)劃，SG3研究組也將在2017年3月前完成傳播模型的研究并提交相關(guān)文件給TG5/1。

2016年5月23—25日，TG5/1第一次會議將在瑞士日內(nèi)瓦召開，屆時(shí)將正式啟動高頻段IMT與其他現(xiàn)有業(yè)務(wù)的共存研究。根據(jù)WRC-19第一次準(zhǔn)備會議（CPM19-1）的初步計(jì)劃，TG5/1需要在2018年初完成所有共存研究，并將CPM文件提交至CPM19-2第二次會議。

圖5　ITU-RWP5D工作組關(guān)于WRC-19 1.13議題的工作計(jì)劃

圖6　各研究頻段內(nèi)國內(nèi)主要業(yè)務(wù)劃分情況（已有移動業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)劃分頻段）

圖7　各研究頻段內(nèi)國內(nèi)主要業(yè)務(wù)劃分情況（還未有移動業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)劃分頻段）

以國內(nèi)劃分為例，根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，WRC-191.13議題的11個(gè)研究頻段的主要業(yè)務(wù)劃分情況如圖6和圖7所示，后續(xù)兼容性研究需重點(diǎn)考慮與固定、衛(wèi)星固定、衛(wèi)星間、衛(wèi)星地球探測、無線電導(dǎo)航、無線電定位等業(yè)務(wù)共存。其中，所涉及業(yè)務(wù)主要為空間業(yè)務(wù)，特別是地對空業(yè)務(wù)?？紤]到空間業(yè)務(wù)具有全球化的使用特性，因此未來研究頻段的兼容性分析需要基于全球統(tǒng)籌考慮。

5　結(jié)束語

高頻段是具有非常高容量的未來5G的核心基礎(chǔ)資源，我國IMT產(chǎn)業(yè)應(yīng)充分參與到WRC-191.13議題的各項(xiàng)研究中去，積極推動適合我國5G發(fā)展的頻段。在國內(nèi)，IMT產(chǎn)業(yè)需做好與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的溝通和協(xié)調(diào)工作，提前在國內(nèi)統(tǒng)一觀點(diǎn)，從國家共同利益角度出發(fā)，互相協(xié)助。同時(shí)，在國際上需提前與其他國家和區(qū)域組織溝通協(xié)調(diào)，力爭在WRC-19為我國5G爭取到更多適合的頻段，進(jìn)一步推動我國5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，還需盡早確定我國其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)需要保護(hù)的頻段，力爭在WRC-19保護(hù)這些頻段原有業(yè)務(wù)和應(yīng)用不受影響。

參考文獻(xiàn)

［［1］ Ericsson. Ericsson mobility report - on the pulse of the networked society （mobile world congress edition） ［R/OL］.