基于WRC-19 1.13新议题的5G高频段研究概况及展望

朱　颖　中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师许颖国家无线电监测中心工程师方箭国家无线电监测中心高级工程师



基于WRC-19 1.13新议题的5G高频段研究概况及展望

朱颖中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师
许颖国家无线电监测中心工程师
方箭国家无线电监测中心高级工程师

摘要：分析5G不同场景所需不同的目标频段，阐述高频段对5G应用的机遇和挑战，结合2015年世界无线电通信大会（WRC-15）研究成果，介绍WRC-19 1.13议题的设立过程和内容，并展望该议题在ITU-R不同研究组的工作。

关键词：WRC-19 1.13议题；5G；高频段

1　引言

进入21世纪以来，在技术创新和应用需求的双重驱动下，无线电技术取得飞速发展，呈现出移动化、宽带化、多媒体化的特征。特别是移动通信业务，由于其用户大幅增加，智能终端带来的爆炸式数据流量，用户的业务需求与有限的无线频率资源间的矛盾不断增加。根据爱立信2016年2月的最新报告统计，截至2015年，全球移动通信用户数已经达到了73亿；2010—2015年全球移动数据流量以平均65%的速率持续增长，共产生数据流量120ExaByte（Exa=1015），并预计2016—2021年全球移动数据流量高达1200Exa-Byte。

一般而言，引入新技术提高频谱效率和拓展新的频谱资源是满足移动通信数据流量高速增长的两种重要手段。以多址技术为例，从1G时代的FDMA到2G时代的TDMA，再到3G时代的CDMA以及4G时代的OFDMA，都体现着技术带来频谱效率的提升；对于频率资源使用而言，1G和2G时代主要集中在1GHz以下频段，3G时代将频率扩展到2GHz频段附近，4G时代进一步扩展到2.6、3.5GHz频段，持续拓宽可用带宽。

早在2012年，ITU启动了5G愿景、未来技术趋势和频谱等研究工作，并于2015年确定发布了5G工作计划。2015年RA-15大会上，ITU将5G确定命名为“IMT-2020”。目前全球各个国家和地区都启动了5G研究工作，部分国家还制定了试验时间表：日本计划在2020年东京奥运会之前实现5G商用，支持东京奥运会；韩国将于2018年初开展5G预商用试验，支持平昌冬奥会；欧盟5GPPP预计将于2018年启动5G技术试验；美国运营商Verizon成立5G技术论坛，并计划于2016年启动5G外场试验。

无线电频谱资源作为实现信息传输无处不在的重要载体，对于5G发展而言同样尤为重要。目前，5G频谱研究主要在ITU的框架下开展，与以往历代移动通信类似，除了引入新技术之外，5G将寻求更多的频谱资源，并将潜在可用频段扩展到6GHz以上频段。

本文分析了5G的目标频段，表明高频在5G可用频率中的重要性，重点阐述了2015年世界无线电通信大会（WRC-15）议题10中“高频段继续为IMT寻求频率”议题（即最终设立的WRC-191.13议题）的形成过程，并对该议题的后续工作进行了展望分析。

2　5G目标频段分析

5G相对于传统移动通信，不仅满足人和人之间的通信，还将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。由于5G需要满足人与人、人与物、物与物的信息交互，应用场景将更加复杂和细化，而不同场景将在容量、覆盖、性能、链接、时延、可靠性等方面有不同的需求。ITU为5G系统定义了三大类主要应用场景：支持增强的移动宽带场景、海量的机器间通信场景、超高可靠和超低时延通信。我国IMT-2020（5G）推进组定义了4类主要应用场景：连续广域覆盖场景、热点高容量场景、低时延高可靠场景、低功耗大连接场景。两者略有差别，但是本质都是分为移动互联网和移动物联网两大类，具体如图1所示。

为达到上述ITU相关建议书描述的愿景，5G空口技术路线可由5G新空口（含低频空口与高频空口）和4G演进两部分组成，空口技术和目标频段对应关系如图2所示。5G高频新空口旨在满足热点高容量的场景需求，以实现5G超高的峰值速率能力，需要较大的连续带宽，一般使用6GHz以下频段；5G低频新空口旨在满足连续广覆盖、低时延高可靠性、海量机器的通信能力，传播特性具有较强的穿透和广域覆盖能力，目标使用6GHz以下甚至更低的频段；而4G演进空口是5G的重要补充，均可以作为上述四种场景的关键技术，但从目前4G使用频段而言，其频段也主要集中在6GHz频段以下。

图1　ITU和我国定义的5G应用场景图

图2　5G技术路线与场景

总体而言，未来的5G系统将是多种空口技术的组合，其频率框架将涵盖高中低频段。由于中低频段在3G、4G有一定技术的积累，对于5G高频无线通信系统的研究和设计方面，高频段具有连续大带宽等优点，然而低频段适用的关键技术或将难以直接应用，特别在射频处理技术方面，因此高频段对5G应用和发展将带来极大的机遇和挑战。

3　高频段研究概况

考虑到在高频段范围内寻找连续大带宽相比在低频段内寻找具有更大的可能性，因此高频段是支持超高速超大容量业务需求的核心基础资源。2015年11 月2—27日，2015年WRC-15大会在瑞士日内瓦举行。在为下一届WRC大会确定新议题的研究讨论中，“在高频段继续为IMT寻求频率”成为了全球各个国家和区域组织关注的焦点议题。

根据会议收到的文稿情况来看，尽管各国对于在WRC-19为确定IMT频率设立新议题并无争议，但对于议题包括的潜在候选频段存在很大分歧。全球五大区域组织向WRC-15就该新议题建议的频段研究范围如图3所示。

除考虑各个国家和区域本身的频率使用因素外，新议题建议研究频段选取的主要原则可以总结为：全球/区域一致，以实现全球规模效应，降低设备制造成本；主要业务划分，在《无线电规则》中已经将移动业务划分为主要业务，以便进一步确定给IMT使用；连续大带宽，可实现超高速超高容量业务需求；与原有业务的电磁兼容性，易于实现与现有其他系统的兼容共存；设备制造能力，每个频段有不同的硬件实现能力，尽量在不同子段均有潜在候选频段。

经过WRC-15大会的多轮讨论和协调，根据大多数国家和组织的意愿，会议通过了WRC-191.13新议题：根据第238［COM6/20］号决议（WRC-15），审议为国际移动通信（IMT）的未来发展确定频段，包括为作为主要业务的移动业务做出附加划分的可能性。具体工作包括频谱需求和候选频段两方面。

（1）在WRC-19之前开展并及时完成适当的研究，以确定在24.25～86GHz频率范围内IMT地面部分的频谱需求，同时顾及：

●此频率范围内操作的地面IMT系统的技术和操作特性，包括通过技术进步和高效频谱技术实现的IMT演进。

●为IMT-2020系统设想的部署方案以及对高密度城区和/或高峰时间段内高数据流量相关要求。

●发展中国家的需求。

●需要频谱的时间表。

（2）在WRC-19之前为以下频段开展并及时完成适当的共用和兼容性研究（酌情考虑邻频），并同时考虑对这些频段内主要业务提供保护：

●具有移动业务为主要业务划分的各频段：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动业务作为主要业务附加划分的各频段：31.8～33.4、40.5～42.5和47～47.2GHz。具体如图4所示。

4　高频段研究展望

图3　全球各区域组织向WRC-15输入的高频段建议研究范围

图4　WRC-19议题1.13研究频段

为开展WRC-191.13议题的研究工作，ITU-R临时成立任务组TG5/1。同时，进一步明确ITU-RWP5D工作组负责开展并完成24.25～86GHz频率范围内IMT频谱需求、IMT地面部分的技术与操作特性参数研究，包括保护准则和部署场景；ITU-RSG3研究组负责共存研究所需的高频段传播模型研究；ITU-R其他相关业务的研究组/工作组负责共存研究所需的原有业务系统参数和保护准则研究。

在2016年2月召开的WP5D工作组第23次会议中，高频段IMT频谱需求以及技术与操作特性参数研究正式启动。关于频谱需求预测，会议初步讨论了频谱需求预测的研究方法，包括基于业务预测的方法、基于应用的方法、基于调研的方法、以及基于技术性能的方法等；关于高频段技术与操作特性参数，会议研究确定所需参数包含技术相关参数和网络部署相关参数两大类，同时将24.25～86GHz频段分为24.25～33.4、37～43.5、45.5～52.6和66～86GHz 4组分别考虑。WP5D关于WRC-191.13议题的工作计划见图5所示，频谱需求研究和IMT共存参数的研究需要在2017年3月之前结束，并提交给TG5/1任务组用于进一步的共存研究。

ITU-RSG3在后续的研究周期中将向TG5/1任务组提供相关研究建议用于共存研究，重点考虑以下几个方面：将原有的小于50GHz频段的传播模型拓展至24～86GHz频段传播模型研究；考虑位于屋顶以下的IMT基站的地物损耗（clutterloss）；面向室内的基站和终端考虑适合的建筑物穿透损耗（buildingentryloss）；基于地面、空间、航空等不同业务，考虑不同的传播路径类型。根据WP5D的研究计划，SG3研究组也将在2017年3月前完成传播模型的研究并提交相关文件给TG5/1。

2016年5月23—25日，TG5/1第一次会议将在瑞士日内瓦召开，届时将正式启动高频段IMT与其他现有业务的共存研究。根据WRC-19第一次准备会议（CPM19-1）的初步计划，TG5/1需要在2018年初完成所有共存研究，并将CPM文件提交至CPM19-2第二次会议。

图5　ITU-RWP5D工作组关于WRC-19 1.13议题的工作计划

图6　各研究频段内国内主要业务划分情况（已有移动业务为主要业务划分频段）

图7　各研究频段内国内主要业务划分情况（还未有移动业务为主要业务划分频段）

以国内划分为例，根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，WRC-191.13议题的11个研究频段的主要业务划分情况如图6和图7所示，后续兼容性研究需重点考虑与固定、卫星固定、卫星间、卫星地球探测、无线电导航、无线电定位等业务共存。其中，所涉及业务主要为空间业务，特别是地对空业务。考虑到空间业务具有全球化的使用特性，因此未来研究频段的兼容性分析需要基于全球统筹考虑。

5　结束语

高频段是具有非常高容量的未来5G的核心基础资源，我国IMT产业应充分参与到WRC-191.13议题的各项研究中去，积极推动适合我国5G发展的频段。在国内，IMT产业需做好与其他相关产业的沟通和协调工作，提前在国内统一观点，从国家共同利益角度出发，互相协助。同时，在国际上需提前与其他国家和区域组织沟通协调，力争在WRC-19为我国5G争取到更多适合的频段，进一步推动我国5G产业发展。此外，还需尽早确定我国其他相关产业需要保护的频段，力争在WRC-19保护这些频段原有业务和应用不受影响。

参考文献

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