谢 刚，王 坦，曾昱祺

（1.华北电力大学，北京 102206；2.国家无线电监测中心，北京 100037）

1 引言

频谱资源作为新一代战略资源，其规划与5G移动通信系统紧密相关。已召开的WRC-15大会议题主要面向6GHz以下频段，而即将召开的WRC-19大会则面向6GHz以上毫米波频段，其中全球研究的焦点主要集中在26GHz（24.25-27.5GHz）和40GHz（37-43.5GHz）两个频段。

在5G毫米波频率规划方面，美国于2016年7月率先发布了《用于移动业务的24GHz以上频段》的执行公告[1]，规划了27.5-28.35GHz、37-40GHz和64-71GHz频段。接下来于2017年11月、2018年6月先后发布了第二次[2]以及第三次执行公告[3]，进一步规划了24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz和47.2-48.2GHz频段，并对先前规划做出了补充修改。2018年11月15日，美国联邦通讯委员会（FCC）成功召开了美国第一次5G频谱拍卖会，共计安排发放3072张28GHz频段牌照，并预计2018年年底完成24GHz频段牌照的拍卖。同时，FCC还计划在2019年拍卖40GHz频段用于5G商用。而欧盟已宣布将24.25-27.5GHz频段作为5G移动通信系统最为优先选择的频段，同时积极推动40GHz频段规划用于5G通信。

目前，我国工信部已就26GHz和40GHz等频段可能用于5G进行公开征求意见。40GHz频段作为毫米波频段研究的下一个频段，同样有着较宽的可用频谱，其5G系统与其他业务共存形势相对较好。2018年8月10日，GSA（Global mobile Suppliers Association）在其“5G网络频谱：全球许可进展”报告[4]中表示全球42个国家和地区的监管机构正在积极进行5G频谱规划，图1表明了不同频段规划的国家数目，其中可看出40GHz频段是国际毫米波频段研究热点。

本文意在通过分析美国5G频段规划报告中40GHz频段，为我国5G毫米波频段规划工作提供参考。图2表明了美国5G频率规划报告中40GHz频段规划工作进度，分为三个阶段：征求意见、提出规划以及补充修改；表1为报告中美国地理区域单位概念。

2 39GHz频段（38.6-40GHz）

2.1 背景

目前该频段划分给非联邦的固定业务、固定卫星业务和移动业务，其中在39.5-40GHz频段内有划分给专用系统的联邦卫星固定业务（FSS）和卫星移动业务（MSS）。FCC认为39GHz频段的宽带宽有助于满足持续增长的移动数据需求，授权移动业务于该频段。由于卫星业务对地面业务的影响较小，FCC提议该频段地面和卫星业务共存。美国最新频率划分表39GHz频段的使用详情如表2所示：

图1 不同频段规划的国家数目

图2 40GHz频段规划工作进度图

表1 基础地理区域单位

表2 39GHz频段美国频率划分表

2.2 授权机制

FCC在39GHz频段上使用地理区域许可来授权。美国5G频率规划将“PEA”作为39GHz频段许可证的基础地理区域单位，有以下优势：（1）执照持有者能灵活购买目标容量区域。相对于以BTA或EA作为区域单位来授权，建立较小的许可区域有利于执照持有者根据市场力量和客户需求制定部署决策。（2）PEA可以嵌入到EA中，也可以分解为多个县，允许运营商将其组合或划分为目标许可区域。组合和分区的能力给执照持有者带来了便利，有助于快速部署执照。

2.3 非联邦卫星地面业务共存

美国5G频率规划报告指出，不同于28GHz频段地球站的地对空卫星业务，39GHz频段地球站将授权空对地卫星业务，需要重点考虑地面业务对地球站接收端的干扰问题。美国EchoStar公司表明其地球站需要半径2千米的禁区，禁区面积大约是28GHz频段地球站禁区的138倍。美国48个州的平均PEA面积约为18，692平方千米，因此，禁区将覆盖平均面积的0.0674%。如果人口均匀分布，相当于仅覆盖了基本单元内不到0.1%的人口。此外，卫星运营商可以通过构建人工场地防护罩或利用自然地形特征来大幅减少所需禁区 大小。另外，FCC以先到先得的方式授权39GHz频段地球站，满足以下条件：一是地球站申请人必须在其地球站周围定义一个保护区，使用合理方法证明指定的保护区不大于保护其地球站所需的保护区。二是每个PEA中授权最多三个保护区，申请人必须证明PEA中现有不超过两个保护区。三是申请人必须证明保护区覆盖总计不会超过PEA人口的0.1%。四是申请人必须证明保护区不侵犯任何重大事件地点，主干道，洲际公路或美国公路，城市公共交通路线，客运铁路或游轮港口。五是球站申请人必须与授权区域执照持有者协调，以确保保护区不存在地面业务。

2.4 频段安排

FCC将在39GHz频段内创建7个200MHz带宽的分区。FCC认为该信道大小能够充分利用数据吞吐量产生足够数量的信道以同时对多个运营商接入。FCC修改了基于成对频谱块的频段规划来实现时分双工（TDD）。FCC采用的规范将允许任何类型的双工，执照持有者可以通过获取和配对多个频谱块来实现频分双工（FDD）。

3 37GHz频段（37-38.6GHz）

3.1 背景

美国37GHz频段除了有限数量的联邦业务之外，没有非联邦地面业务或移动业务。FCC发现允许该频段内的固定和移动业务有很多优势：包含1600MHz的连续频谱，可以支持高数据速率；与39GHz频段相邻，允许运营商在两个频段上聚合频谱；在全球有着共同的固定和移动划分，允许运营商实现规模运营。

然而FCC表示由于该频段具有联邦和非联邦拨款，因此制定移动业务的规范将具有挑战性。37GHz频段主要划分给固定和移动业务，供联邦和非联邦使用；部分37GHz频段划分给空间研究业务（SRS），作为联邦使用（37-38GHz）和固定卫星业务（FSS）的主要基础；37GHz频段与36-37GHz频段相邻，地球探测卫星业务（EESS）和SRS中的无源传感器位于此频段。为了满足这些不同需求，灵活的规范框架能够尽可能地提供服务。美国最新频率划分表37GHz频段的使用详情如表3所示：

表3 37GHz频段美国频率划分表

3.2 授权机制

FCC采用以下授权方案：在频带的37.6-38.6GHz部分（高频段）中，使用地理区域许可来授权；在频带的37-37.6GHz部分（低频段）中，没有特定的授权制度，而是联邦和非联邦用户之间协调共享该频段，其中非联邦用户使用共享访问许可证（SAL）来获得授权。在高频段，37GHz频段和39GHz频段在同一框架下获得授权，具有相同的技术和授权机制，有利于37GHz和39GHz频段的执照持有者聚合频谱块；在低频段，有助于进一步促进联邦和非联邦用户之间的共享，并使联邦用户和消费者有机会加速上市和降低部署技术成本。

FCC决定在37GHz高频段（37.6-38.6GHz）上采用PEA作为地理区域授权单位，有以下优势：与39GHz 频段保持一致，这将允许运营商使用2400MHz（37.6-40GHz）的连续频谱，灵活地购买目标区域满足自身需求；以PEA为授权单位既可以使大小型运营商降低协调难度，也可以激励投资来促进部署。

在37GHz低频段，FCC认为必须进一步制定在联邦与非联邦用户或非联邦用户之间的协调共享机制。协调共享机制实际上是促进协调访问所必需的监管、技术或程序工具，其用来授权特定用户在特定地点使用特定频谱带宽。协调共享机制必须满足以下规定：能够获得有关设备类型、协调位置的信号轮廓以及所求带宽与可用带宽的信息；能够定期更新协调位置的状态（开/关或授权/未授权）；能够将这类信息纳入联邦和非联邦固定和移动业务。

3.3 卫星地面业务共存

美国5G频段规划将37GHz频段划分给联邦和非联邦固定业务和移动业务，部分频段也划分给联邦空间研究业务（SRS），但仅限于空对地业务。FCC发现很多联邦站点使用了该频段，NTIA声明FCC需要保护这些站点免受37-38GHz频段的地面和FSS业务的影响，其中包括该频段的14个专用站点和3个科学站点。

FCC表示非联邦业务和移动业务可以在一定条件下与SRS下行链路业务共享37-38GHz频段，其内容如下：一是将在专用站点建立协调区，并且在美国划分表中添加需要保护的站点位置和各自的协调区位置。二是采用相关条例要求该频段内地球站不会对专用站点造成有害干扰，并且双方应协商处理干扰问题。

因此，非联邦固定和移动业务可以与国防部业务共享37-38.6GHz频段。而关于联邦使用37GHz频段的问题，FCC将通过条例在协调基础上增加未来站点的能力，其中包括NTIA为14个专用站点和3个科学站点建议的协调区。

3.4 频段安排

FCC提议把37GHz高频段划分为5个200MHz的分区。对于37GHz低频段，FCC没有制定出频段安排，而是由联邦组织和非联邦组织共同协调使用，且联邦业务和非联邦业务的优先级相同。

4 40-42GHz频段

目前，美国频率划分表表示40-42GHz频段用于卫星相关业务。其中，40-40.5GHz频段划分给了非联邦的FSS（空对地）、MSS（空对地）以及联邦各种卫星空间研究；40.5-41GHz频段划分给了联邦和非联邦的FSS（空对地）和MSS（空对地），以及广播卫星业务（BSS）；41-42GHz频段划分给了非联邦的FSS（空对地）和BSS业务。目前并没有解决该频段与卫星业务共存问题，FCC表示暂时不考虑该频段5G业务，但卫星业务得到批准。2018年10月25日，美国太空探索技术公司（SpaceX）[9]、电信卫星公司（Telesat）[10]、LeoSat公司[11]以及Kepler公司[12]等分别向FCC提交的申请得到批复。FCC表示只要符合该频段的授权规定，允许在37.5-42GHz频段进行市场接入，但一切操作必须遵守该频段频谱共享规范。

美国最新频率划分表40-42GHz频段的使用详情如表4所示：

表4 40-42GHz频段美国频率划分表

5 42-43.5GHz频段

5.1 背景

目前42-42.5GHz频段主要用于非联邦使用的固定和移动业务，尚未制定地面业务规范。而相邻42.5-43.5GHz频段已经被划分用于联邦和非联邦使用的射电天文（RAS）业务，以及联邦固定业务，固定卫星（地对空）和移动业务（航空移动业务除外）。由于考虑42.5GHz-43.5GHz频段其他业务可能会干扰到射电天文（RAS）观测，FCC拒绝为该频段提出进一步的频率规划。美国最新频率划分表42-43.5GHz频段的使用详情如表5所示：

表5 42-43.5GHz频段美国频率划分表

5.2 授权机制

美国5G频率规划报告中，FCC提议在42-42.5GHz频段上授权固定和移动业务，但前提是必须保证相邻信道RAS观测不受到干扰。FCC建议在该频段上使用地理区域许可来授权，且其基本单位为PEA。并且FCC决定与37GHz频段一样建立一个联邦与非联邦用户可以共享该频段的机制。FCC寻求对此提案以及替代方案发表评论。而对于42.5-43.5GHz频段，FCC表示保留授权非联邦固定业务的规划。

5.3 频段安排

对于42-42.5GHz频段安排，目前FCC没有给出确定的方案。FCC提出两种方案：将500MHz带宽分成两个250MHz的分区或多个100MHz的分区。FCC倾向于采用第二种方案，因为这个方案符合频谱最大化效率的行业标准，同时感兴趣的各行业能够在需要更大频段时聚合这些分区。

并且FCC认识到建立一个中间频带能更好的保护RAS观测免受干扰。如果采用保护频带的方案，采用什么频段最为合适？对于这些问题，FCC积极向广大运营商征求意见。

6 思考与总结

随着美国三份5G频率规划报告的发布，美国最先将5G毫米波频段规划展现给全世界。FCC从一开始向运营商征求意见，接着权衡利弊确定频段的使用规定，包括授权机制，共存方案以及频段安排，最后根据反馈意见对规定进行补充修改。这三个阶段层次分明，步步推进，有序合理地将频谱规划工作落到实处。通过分析美国40GHz频段规划过程，本文认为美国频谱规划有以下特点：

（1）公共利益优先考虑，各运营商利益共同发展。美国FCC认真听取各大运营商反馈意见，权衡利弊，在不损害公众利益的前提下，采纳合理的意见协调各运营商的不同利益，谋求共同发展。

（2）因地制宜协调规划不同频段。40GHz频段有着较大带宽，各个频段现存情况有着很大差异，需要分别考虑适合的规划方案。如上文所说，FCC在37GHz高频段采用地理区域许可来授权执照，而在37GHz低频段采用联邦与非联邦协调共享机制来授权执照。

（3）重视候选频段间业务频谱共享。频谱资源是新一代有限的战略资源，业务间的频谱共享是必然趋势——卫星业务与5G业务之间的互补、融合。例如美国40GHz频段资源已经有很多卫星及联邦用户在使用，FCC考虑在这些频段上授权移动业务，对卫星业务和地面业务共存进行分析，希望在互不干扰的情况下，共享宝贵的频谱资源。综上所述，美国通过一套频率规划管理流程，积极听取公众反馈意见，稳步推进了相关频谱规划工作，这为美国在5G毫米波频段及早完成部分频率规划提供了有力保障。■