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與標準研究所工程師許穎國家無線電監測中心工程師方箭國家無線電監測中心高級工程師

?

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與標準研究所工程師
許穎國家無線電監測中心工程師
方箭國家無線電監測中心高級工程師

摘要：分析5G不同場景所需不同的目標頻段，闡述高頻段對5G應用的機遇和挑戰，結合2015年世界無線電通信大會（WRC-15）研究成果，介紹WRC-19 1.13議題的設立過程和內容，并展望該議題在ITU-R不同研究組的工作。

關鍵詞：WRC-19 1.13議題；5G；高頻段

1　引言

進入21世紀以來，在技術創新和應用需求的雙重驅動下，無線電技術取得飛速發展，呈現出移動化、寬帶化、多媒體化的特征。特別是移動通信業務，由于其用戶大幅增加，智能終端帶來的爆炸式數據流量，用戶的業務需求與有限的無線頻率資源間的矛盾不斷增加。根據愛立信2016年2月的最新報告統計，截至2015年，全球移動通信用戶數已經達到了73億；2010—2015年全球移動數據流量以平均65%的速率持續增長，共產生數據流量120ExaByte（Exa=1015），并預計2016—2021年全球移動數據流量高達1200Exa-Byte。

一般而言，引入新技術提高頻譜效率和拓展新的頻譜資源是滿足移動通信數據流量高速增長的兩種重要手段。以多址技術為例，從1G時代的FDMA到2G時代的TDMA，再到3G時代的CDMA以及4G時代的OFDMA，都體現著技術帶來頻譜效率的提升；對于頻率資源使用而言，1G和2G時代主要集中在1GHz以下頻段，3G時代將頻率擴展到2GHz頻段附近，4G時代進一步擴展到2.6、3.5GHz頻段，持續拓寬可用帶寬。

早在2012年，ITU啟動了5G愿景、未來技術趨勢和頻譜等研究工作，并于2015年確定發布了5G工作計劃。2015年RA-15大會上，ITU將5G確定命名為“IMT-2020”。目前全球各個國家和地區都啟動了5G研究工作，部分國家還制定了試驗時間表：日本計劃在2020年東京奧運會之前實現5G商用，支持東京奧運會；韓國將于2018年初開展5G預商用試驗，支持平昌冬奧會；歐盟5GPPP預計將于2018年啟動5G技術試驗；美國運營商Verizon成立5G技術論壇，并計劃于2016年啟動5G外場試驗。

無線電頻譜資源作為實現信息傳輸無處不在的重要載體，對于5G發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，除了引入新技術之外，5G將尋求更多的頻譜資源，并將潛在可用頻段擴展到6GHz以上頻段。

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

2　5G目標頻段分析

5G相對于傳統移動通信，不僅滿足人和人之間的通信，還將滲透到未來社會的各個領域，以用戶為中心構建全方位的信息生態系統，最終實現“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，應用場景將更加復雜和細化，而不同場景將在容量、覆蓋、性能、鏈接、時延、可靠性等方面有不同的需求。ITU為5G系統定義了三大類主要應用場景：支持增強的移動寬帶場景、海量的機器間通信場景、超高可靠和超低時延通信。我國IMT-2020（5G）推進組定義了4類主要應用場景：連續廣域覆蓋場景、熱點高容量場景、低時延高可靠場景、低功耗大連接場景。兩者略有差別，但是本質都是分為移動互聯網和移動物聯網兩大類，具體如圖1所示。

為達到上述ITU相關建議書描述的愿景，5G空口技術路線可由5G新空口（含低頻空口與高頻空口）和4G演進兩部分組成，空口技術和目標頻段對應關系如圖2所示。5G高頻新空口旨在滿足熱點高容量的場景需求，以實現5G超高的峰值速率能力，需要較大的連續帶寬，一般使用6GHz以下頻段；5G低頻新空口旨在滿足連續廣覆蓋、低時延高可靠性、海量機器的通信能力，傳播特性具有較強的穿透和廣域覆蓋能力，目標使用6GHz以下甚至更低的頻段；而4G演進空口是5G的重要補充，均可以作為上述四種場景的關鍵技術，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應用場景圖

圖2　5G技術路線與場景

總體而言，未來的5G系統將是多種空口技術的組合，其頻率框架將涵蓋高中低頻段。由于中低頻段在3G、4G有一定技術的積累，對于5G高頻無線通信系統的研究和設計方面，高頻段具有連續大帶寬等優點，然而低頻段適用的關鍵技術或將難以直接應用，特別在射頻處理技術方面，因此高頻段對5G應用和發展將帶來極大的機遇和挑戰。

3　高頻段研究概況

考慮到在高頻段范圍內尋找連續大帶寬相比在低頻段內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務需求的核心基礎資源。2015年11 月2—27日，2015年WRC-15大會在瑞士日內瓦舉行。在為下一屆WRC大會確定新議題的研究討論中，“在高頻段繼續為IMT尋求頻率”成為了全球各個國家和區域組織關注的焦點議題。

根據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。

除考慮各個國家和區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為：全球/區域一致，以實現全球規模效應，降低設備制造成本；主要業務劃分，在《無線電規則》中已經將移動業務劃分為主要業務，以便進一步確定給IMT使用；連續大帶寬，可實現超高速超高容量業務需求；與原有業務的電磁兼容性，易于實現與現有其他系統的兼容共存；設備制造能力，每個頻段有不同的硬件實現能力，盡量在不同子段均有潛在候選頻段。

經過WRC-15大會的多輪討論和協調，根據大多數國家和組織的意愿，會議通過了WRC-191.13新議題：根據第238［COM6/20］號決議（WRC-15），審議為國際移動通信（IMT）的未來發展確定頻段，包括為作為主要業務的移動業務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之前開展并及時完成適當的研究，以確定在24.25～86GHz頻率范圍內IMT地面部分的頻譜需求，同時顧及：

●此頻率范圍內操作的地面IMT系統的技術和操作特性，包括通過技術進步和高效頻譜技術實現的IMT演進。

●為IMT-2020系統設想的部署方案以及對高密度城區和/或高峰時間段內高數據流量相關要求。

●發展中國家的需求。

●需要頻譜的時間表。

（2）在WRC-19之前為以下頻段開展并及時完成適當的共用和兼容性研究（酌情考慮鄰頻），并同時考慮對這些頻段內主要業務提供保護：

●具有移動業務為主要業務劃分的各頻段：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務作為主要業務附加劃分的各頻段：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臨時成立任務組TG5/1。同時，進一步明確ITU-RWP5D工作組負責開展并完成24.25～86GHz頻率范圍內IMT頻譜需求、IMT地面部分的技術與操作特性參數研究，包括保護準則和部署場景；ITU-RSG3研究組負責共存研究所需的高頻段傳播模型研究；ITU-R其他相關業務的研究組/工作組負責共存研究所需的原有業務系統參數和保護準則研究。

在2016年2月召開的WP5D工作組第23次會議中，高頻段IMT頻譜需求以及技術與操作特性參數研究正式啟動。關于頻譜需求預測，會議初步討論了頻譜需求預測的研究方法，包括基于業務預測的方法、基于應用的方法、基于調研的方法、以及基于技術性能的方法等；關于高頻段技術與操作特性參數，會議研究確定所需參數包含技術相關參數和網絡部署相關參數兩大類，同時將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關于WRC-191.13議題的工作計劃見圖5所示，頻譜需求研究和IMT共存參數的研究需要在2017年3月之前結束，并提交給TG5/1任務組用于進一步的共存研究。

ITU-RSG3在后續的研究周期中將向TG5/1任務組提供相關研究建議用于共存研究，重點考慮以下幾個方面：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、航空等不同業務，考慮不同的傳播路徑類型。根據WP5D的研究計劃，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瓦召開，屆時將正式啟動高頻段IMT與其他現有業務的共存研究。根據WRC-19第一次準備會議（CPM19-1）的初步計劃，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工作組關于WRC-19 1.13議題的工作計劃

圖6　各研究頻段內國內主要業務劃分情況（已有移動業務為主要業務劃分頻段）

圖7　各研究頻段內國內主要業務劃分情況（還未有移動業務為主要業務劃分頻段）

以國內劃分為例，根據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，WRC-191.13議題的11個研究頻段的主要業務劃分情況如圖6和圖7所示，后續兼容性研究需重點考慮與固定、衛星固定、衛星間、衛星地球探測、無線電導航、無線電定位等業務共存。其中，所涉及業務主要為空間業務，特別是地對空業務。考慮到空間業務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籌考慮。

5　結束語

高頻段是具有非常高容量的未來5G的核心基礎資源，我國IMT產業應充分參與到WRC-191.13議題的各項研究中去，積極推動適合我國5G發展的頻段。在國內，IMT產業需做好與其他相關產業的溝通和協調工作，提前在國內統一觀點，從國家共同利益角度出發，互相協助。同時，在國際上需提前與其他國家和區域組織溝通協調，力爭在WRC-19為我國5G爭取到更多適合的頻段，進一步推動我國5G產業發展。此外，還需盡早確定我國其他相關產業需要保護的頻段，力爭在WRC-19保護這些頻段原有業務和應用不受影響。

參考文獻

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