美國無(wú)線(xiàn)通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì )發(fā)布《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰略》

　　金晶 中國電子科技集團公司第三十研究所（四川 成都 610000）

　　摘要：2019年4月2日，美國無(wú)線(xiàn)通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì )（CTIA）發(fā)布了《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰略》，該戰略以期通過(guò)制定五年拍賣(mài)計劃、聯(lián)邦頻譜政策、更新頻譜使用流程等手段，幫助美國引領(lǐng)未來(lái)5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以保持其全球無(wú)線(xiàn)通信的領(lǐng)導地位。

　　關(guān)鍵詞：頻譜拍賣(mài)；頻譜激勵；5G；頻譜分配

      2019年4月2日，美國無(wú)線(xiàn)通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì )（CTIA）發(fā)布了《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰略》。該戰略指出，過(guò)去幾年，中國、韓國等國家在5G的頻譜分配、基礎設施建設、技術(shù)創(chuàng )新等領(lǐng)域發(fā)展迅速，但近兩年，美國政府也開(kāi)始認識到5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對于未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信的重要性，加緊布局，激勵創(chuàng )新，力求奪取并保持其在5G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域的領(lǐng)導者地位。

　　CTIA此次發(fā)布的《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰略》，期望通過(guò)以下三項行動(dòng)計劃幫助政府實(shí)現大膽的構想：

      （1）制定一個(gè)為期五年的拍賣(mài)計劃，將更多的高、中、低頻段頻譜賣(mài)給美國的無(wú)線(xiàn)通信運營(yíng)商；

      （2）重新制定聯(lián)邦頻譜政策，采用基于自由市場(chǎng)的原則，借用競爭的力量，加強美國的國家經(jīng)濟和國家安全；

      （3）更新政府的相關(guān)政策和流程，以確保頻譜的最佳使用。

　　上述計劃將釋放重要的頻譜激勵措施，創(chuàng )造就業(yè)機會(huì )，發(fā)展規模經(jīng)濟，幫助美國引領(lǐng)未來(lái)5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　1 5G所面臨的挑戰

      2018年，中國和韓國在5G競賽中處于領(lǐng)先地位，美國緊隨其后。2019年，美國在5G準備方面十分充分，這得益于美國針對5G無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商的大量投資，以及政府的迅速行動(dòng)和領(lǐng)導，這使得美國的商業(yè)5G運營(yíng)商之間相互競爭，以期建成世界上強大、健壯、安全的5G網(wǎng)絡(luò )。預計到2019年底，美國5G網(wǎng)絡(luò )的部署數量將是其下一個(gè)競爭對手的兩倍，屆時(shí)，遍布全美的5G網(wǎng)絡(luò )都將陸續投入使用。

　　但這項工作還遠遠沒(méi)有完成。雖然美國在大多數5G準備度指標中排名很高，但中國和許多其他國家在為5G提供關(guān)鍵的中頻頻譜方面遙遙領(lǐng)先，借助中國明顯的無(wú)線(xiàn)通信基礎設施優(yōu)勢，中國的無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商在全國各地已經(jīng)進(jìn)行了數百次大規模的5G測試。目前，糾正中頻頻譜赤字應該是政府努力的核心，重申以自由市場(chǎng)為原則推動(dòng)5G發(fā)展，將有助于確保美國長(cháng)期的5G領(lǐng)導地位。

　　2 引領(lǐng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)的戰略

      此次發(fā)布的“國家頻譜戰略”指出，特朗普政府所提出的國家愿景便是，保持美國在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的領(lǐng)導地位，并幫助政府建立必要的5G商業(yè)平臺，推動(dòng)美國的5G技術(shù)創(chuàng )新，引領(lǐng)未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？紤]到全球對5G的關(guān)注，美國制定了明確的行動(dòng)計劃，包括以下三個(gè)方面：

      2.1 頻譜拍賣(mài)的五年計劃

      “國家頻譜戰略”中關(guān)鍵的一點(diǎn)是制定一份拍賣(mài)時(shí)間表，用于拍賣(mài)低、中和高頻段頻譜，以推動(dòng)全方位的5G部署和創(chuàng )新。如今，美國政府和聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）已經(jīng)確定了未來(lái)5G發(fā)展所需的每個(gè)關(guān)鍵頻段?，F在的任務(wù)是在未來(lái)五年按照明確的時(shí)間表進(jìn)行操作，確保美國無(wú)線(xiàn)通信運營(yíng)商能夠擁有具有全球競爭力的頻譜，同時(shí)還需要制定有效的網(wǎng)絡(luò )規劃和設計時(shí)間表。需要規劃的不僅僅是國家和地區的無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商，還需要與網(wǎng)絡(luò )設備供應商、設備和手機制造商密切合作。整個(gè)美國的生態(tài)系統都需要知道頻段什么時(shí)候可用，這樣網(wǎng)絡(luò )和設備就可以在頻段可用的情況下盡早為美國消費者提供服務(wù)。FCC應該在2024年之前拍賣(mài)下述頻段。

　　2.1.1 低頻

      低頻頻譜是第一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的基礎，也是美國在全球無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域占據領(lǐng)導地位的基礎。低頻頻譜可長(cháng)距離傳輸并穿透建筑物，被政府機構廣泛使用。為了充分利用5G技術(shù)，運營(yíng)商需要混合使用多種頻段，而低頻是提供基本覆蓋水平、覆蓋更多郊區和村落的關(guān)鍵。最近的一次低頻頻譜拍賣(mài)是2017年拍賣(mài)的600MHz頻率。

　　對新增的1.3 GHz和1.7 GHz頻段頻譜進(jìn)行重新分配，可以幫助美國贏(yíng)得5G競賽，并幫助聯(lián)邦機構升級到更現代化、更高效的系統。美國國會(huì )已經(jīng)指示，到2024年至少要拍賣(mài)30 兆赫的低頻頻譜，“國家頻譜戰略”則宣布到2024年至少要拍賣(mài)100 兆赫的低頻頻譜。

　　1.3 GHz頻段將為下一代無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)提供50 兆赫的頻譜，拍賣(mài)所得將幫助美國聯(lián)邦航空局（FAA）和其他用戶(hù)實(shí)現雷達與相關(guān)系統的更新優(yōu)化。1.7 GHz頻段與2015年拍賣(mài)的AWS-3頻譜相鄰，并為現有的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品提供了巨大的協(xié)同效應。目前，商業(yè)用戶(hù)和政府用戶(hù)對受影響的政府系統都表示了理解，這將有助于系統順利過(guò)渡。

　　2.1.2 中頻

      中頻頻譜是5G的關(guān)鍵組成部分，因為它能夠遠距離傳輸，并提供大容量移動(dòng)通信。如今，日本、韓國、西班牙和英國已經(jīng)將中頻頻譜推向市場(chǎng)，全球對中頻波段的重視凸顯了迅速釋放數百兆赫中頻頻段的重要性。目前，政府將重點(diǎn)放在從3.45-4.2 GHz的頻段上，這是全球統一的5G服務(wù)，也是美國的競爭對手積極擴大對無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商接入的地方。

　　3.45 GHz——2018年，美國國家遠程通信和信息管理局（NTIA）確定了該頻段在5G發(fā)展中的潛在應用。根據“Spectrum Pipeline Act”法案，該頻段的用戶(hù)（多為操作軍用雷達系統的人員）正在進(jìn)行分析，以確定最佳商用無(wú)線(xiàn)技術(shù)如何在不影響作戰的情況下共享該頻譜。FCC也已經(jīng)停止授權該頻段的新用戶(hù)，幫助推進(jìn)未來(lái)新技術(shù)的過(guò)渡，現階段，“國家頻譜戰略”應該為未來(lái)的頻譜拍賣(mài)確定時(shí)間節點(diǎn)。

　　3.5 GHz——FCC于2018年10月完成了對這一頻段授權部分規則的制定，并將于2019年底前進(jìn)行拍賣(mài)。

　　雖然只有70 兆赫，但這是短期內提供中頻接入的最佳機會(huì )。

　　3.7 GHz——這個(gè)500 兆赫的頻段是美國中頻政策的關(guān)鍵，應該是特朗普政府2019年的主要頻譜計劃。FCC正在研究如何為5G重新分配頻段。其他國家也在為5G服務(wù)釋放數百兆赫的頻段，FCC應該盡快行動(dòng)，為美國5G發(fā)展釋放更多頻段。

　　針對3.7 GHz頻段采取行動(dòng)，也將為6 GHz頻段的授權和未授權運營(yíng)商創(chuàng )造新的機會(huì )，并保護現有的關(guān)鍵用戶(hù)。

　　2.1.3 高頻

      高頻頻譜是指頻率在24 GHz以上的頻段，也稱(chēng)為毫米波頻段。幾年前，高頻頻譜被認為無(wú)法應用于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)服務(wù)，但經(jīng)過(guò)大量的研究后發(fā)現，高頻頻譜將成為解鎖5G高速數據傳輸、更密集網(wǎng)絡(luò )聯(lián)合和減少延遲的關(guān)鍵。高頻頻譜對于大容量、數據密集型的5G應用將非常重要。

      美國政府將支持已經(jīng)開(kāi)始拍賣(mài)的頻段，幫助推動(dòng)針對未來(lái)移動(dòng)應用而確定的其他頻段的行動(dòng)，并積極倡導在全球范圍的移動(dòng)端使用這些頻段。作為高頻的領(lǐng)導者，政府需要確保圍繞美國運營(yíng)商目前已經(jīng)投資的頻段建立一個(gè)全球生態(tài)系統。

　　24、26和28 GHz——FCC已經(jīng)完成了28 GHz頻段的拍賣(mài)，并于2019年3月16日開(kāi)始24 GHz頻段的拍賣(mài)。新增的26 GHz頻段在國內和國際上也都獲得了支持，這將創(chuàng )造出近40 千兆赫的連續頻譜塊。同時(shí)創(chuàng )造巨大的規模經(jīng)濟，加快部署，降低消費者成本，提高美國在全球頻譜政策中的領(lǐng)導地位。

　　29、31和32 GHz——允許這些頻段內的移動(dòng)寬帶實(shí)現規模經(jīng)濟和頻譜的有效使用，并符合FCC規則。

　　37、39和42 GHz——FCC于2018年12月制定了37 GHz和39 GHz的拍賣(mài)規則，在2019年底之前完成一大批重要高頻頻譜的拍賣(mài)。政府應該全力支持這些拍賣(mài)活動(dòng)，并確保這些頻譜在全球范圍內的移動(dòng)端使用。單一無(wú)線(xiàn)電芯片可以利用42 GHz、37 GHz和39 GHz頻段，政府應支持全球運營(yíng)商使用這個(gè)完整頻譜塊。

　　47和50 GHz——47 GHz頻段于2019年開(kāi)始拍賣(mài)，新增的50 GHz頻段將為未來(lái)5G業(yè)務(wù)的發(fā)展創(chuàng )建一個(gè)幾乎連續的頻譜塊。

　　2.2 重申基于自由市場(chǎng)原則的頻譜發(fā)展

      由于自由市場(chǎng)政策的推行釋放了美國無(wú)線(xiàn)產(chǎn)業(yè)的競爭能量，美國第一次大規模的5G商用部署正在進(jìn)行，并遠遠超出計劃，也領(lǐng)先于其他國家。此次發(fā)布的“國家頻譜戰略”應該在此基礎上制定前瞻性政策，鼓勵產(chǎn)業(yè)投資和自由市場(chǎng)競爭，并利用美國行業(yè)領(lǐng)導者和企業(yè)家的創(chuàng )造力。

　　在五年計劃和長(cháng)期頻譜規劃方面，“國家頻譜戰略”應確定擁有足夠的許可頻譜，以確保地面無(wú)線(xiàn)服務(wù)（特別是5G）的使用。為了做到這一點(diǎn)，政府應該采取一種靈活的方法，讓頻譜拍賣(mài)贏(yíng)家決定最符合美國消費者利益的服務(wù)?！耙蕾?lài)許可頻譜”這種方法對美國全球無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的領(lǐng)導地位至關(guān)重要，政府應該避免規定業(yè)務(wù)條款或技術(shù)選擇。

　　一系列從根本出發(fā)的頻譜政策推動(dòng)了美國在無(wú)線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，包括：獨家使用許可、靈活使用權、基于自由市場(chǎng)原則確保頻譜得到最充分和最佳的使用、全球的統一、優(yōu)先清理以及對投資有利的技術(shù)規范。

　　下文將對上述政策進(jìn)行詳細闡述。

　　2.2.1 獨家使用許可

      獨家使用許可政策長(cháng)期以來(lái)一直是美國無(wú)線(xiàn)戰略成功的基石，該政策構成了美國今天移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的支柱。獨家使用許可政策為被許可方提供了更多的確定性和可預測性，使他們的投資免受干擾，并使他們能夠充分利用所擁有的頻譜，實(shí)現更有效的使用。此外，獨家使用許可政策有助于確保整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )基礎設施的安全能力。5G網(wǎng)絡(luò )使用的頻譜也具有獨家使用許可權，因此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商能夠最大限度地利用無(wú)線(xiàn)電波，并靈活部署消費者和市場(chǎng)的需求。

　　2.2.2 靈活使用權

      對于任何遵循技術(shù)規范的技術(shù)而言，美國無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商都可以對其進(jìn)行部署，而不是像其他國家那樣，只對特定頻率的特定技術(shù)進(jìn)行部署。靈活的使用權適用于技術(shù)選擇和無(wú)線(xiàn)服務(wù)的商業(yè)模式。靈活使用權通過(guò)允許被許可方使用有助于滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的技術(shù)來(lái)提供移動(dòng)、固定或便攜式服務(wù)，將極大的促進(jìn)投資和創(chuàng )新，因為被許可方能夠通過(guò)提供一種或多種服務(wù)的組合來(lái)實(shí)現差異化。其結果是消費者擁有更多的選擇機會(huì )，運營(yíng)商遭遇更激烈的市場(chǎng)競爭，但同時(shí)也會(huì )激發(fā)更多的技術(shù)創(chuàng )新，以及推進(jìn)頻譜的最佳使用。

　　2.2.3 基于市場(chǎng)的頻譜政策

      頻譜許可證的二級市場(chǎng)交易、新頻譜許可證的拍賣(mài)，以及鼓勵通過(guò)拍賣(mài)來(lái)改變頻譜用途等方式，都為被許可人有效使用頻譜提供了強有力的激勵?；谧杂墒袌?chǎng)的頻譜政策為美國財政部籌集了逾1140億美元的拍賣(mài)所得，并激勵美國無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商在過(guò)去10年實(shí)現了近3000億美元的私人投資。在“MOBILE NOW Act”法案中，國會(huì )已經(jīng)認識到基于市場(chǎng)的頻譜政策在消除數字?zhù)櫆戏矫娴膬r(jià)值所在。

      2.2.4 強調全球統一的頻譜

      頻譜統一便于設備和設備供應商能夠在多個(gè)國家的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品和服務(wù)中使用統一的頻譜，從而實(shí)現規模經(jīng)濟，幫助最大限度地降低成本，增加需求。政府應該專(zhuān)注于鼓勵頻譜頻段的統一，同時(shí)保持美國在5G關(guān)鍵頻段上的靈活性。

　　2.2.5 優(yōu)先清理頻譜

      “國家頻譜戰略”重申，重新分配頻譜，保證頻譜的獨家許可使用是關(guān)鍵，也是清理頻譜的最佳途徑。然而，在某些情況下，現有業(yè)務(wù)對重新分配獨家使用許可構成了挑戰，而共享框架則是重新使用頻譜的最佳方法。在這種情況下，共享機制應該為頻譜許可方提供足夠的權利，以保證擁有足夠的資金來(lái)部署健壯的下一代網(wǎng)絡(luò )。

　　2.2.6 對投資有利的技術(shù)規范

      “國家頻譜戰略”還應該支持5G所需的核心技術(shù)研發(fā)。首先，大塊頻譜將允許更寬的信道化，實(shí)現關(guān)鍵的5G特征——速度比4G網(wǎng)絡(luò )快100倍，并實(shí)現單點(diǎn)延遲。中頻和高頻頻譜都可以容納所需的帶寬，以實(shí)現更快的連接和更低的延遲。5G的中頻和高頻頻譜塊在實(shí)際應用時(shí)應將100 兆赫的信道大小作為最低目標。同樣，連續頻譜塊可實(shí)現更快的數據速率、更低的數據延遲和更高的頻譜效率（在相同數量的頻譜中允許更大的容量）。因此，政府應優(yōu)先考慮5G的連續頻譜，候選頻段最好與現有的商業(yè)頻段相鄰。

　　此外，5G網(wǎng)絡(luò )可以在基站和設備的天線(xiàn)陣列中支持更多的發(fā)射器。一個(gè)4G天線(xiàn)可能有多達8個(gè)發(fā)射器，而5G天線(xiàn)可能由多達128個(gè)發(fā)射器驅動(dòng)，稱(chēng)為多輸入多輸出（或大規模MIMO）天線(xiàn)陣列，它們協(xié)同工作以提供更快的速度和更高的頻譜效率。針對5G識別的頻譜波段將有助于支持大規模MIMO。

　　2.2.7 基站選址

      為了應對不斷增長(cháng)的移動(dòng)數據需求，并解鎖新的5G應用，無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商還需要在未來(lái)幾年里安裝數十萬(wàn)個(gè)小型基站——即背包大小的小型天線(xiàn)。為了加快這一新基礎設施的部署，FCC于2018年采取行動(dòng)，對已有30年歷史、200 英尺（注：1英尺約為0.3米）高的發(fā)射塔基礎設施選址規則進(jìn)行了現代化改造。FCC簡(jiǎn)化了所有無(wú)線(xiàn)選址部署的流程，明確禁止暫停（事實(shí)上的、臨時(shí)的或永久的）選址請求，并在審查過(guò)程中為州和地方的小型基站項目設置了護欄。

　　其他國家也正在積極部署5G基礎設施。最近的一項研究顯示，中國每1萬(wàn)人擁有超過(guò)14個(gè)無(wú)線(xiàn)基站，而美國的這一比例為4.7個(gè)；中國每10 平方英里（注：1平方英里約為2.58 平方千米）擁有超過(guò)5個(gè)無(wú)線(xiàn)基站，而美國的這一比例僅為0.4個(gè)。因此，“國家頻譜戰略”應該支持持續性的改革，鼓勵各級政府及時(shí)清除5G基站部署過(guò)程中存在的障礙。

　　2.3 政府政策和流程的現代化改造

      “智能頻譜”是一項非常好的政府政策，政府期望今后管理頻譜資源的方法可以更現代化，這樣既有利于政府運營(yíng)，又有利于私營(yíng)部門(mén)的發(fā)展。政府機構對頻譜有國家安全和運營(yíng)兩大需求，“國家頻譜戰略”應設法確保聯(lián)邦政府以更高效和前瞻性的方式使用其頻譜資源。

　　將政府持有的頻譜資源重新用于商業(yè)服務(wù)，還能產(chǎn)生數十億美元的收益，這些收益將直接回到釋放頻譜的機構手中，使它們能夠投資于現代化、更高效的無(wú)線(xiàn)系統和技術(shù)開(kāi)發(fā)。這些收益在過(guò)去幫助美國防部進(jìn)行了技術(shù)改造，并將在未來(lái)給整個(gè)聯(lián)邦政府帶來(lái)更多的好處。上述提到的聯(lián)邦機構識別并重新定位關(guān)鍵任務(wù)頻譜的用途，以便FCC拍賣(mài)頻譜，并為政府機構升級無(wú)線(xiàn)系統提供資金支持的這一系列過(guò)程，只有在機構受到激勵時(shí)才會(huì )有效。值得一提的是，2004年的“商業(yè)頻譜增強法案”（CSEA）設立了一項非常好的激勵措施——“頻譜資源重置基金”（SRF），允許各機構從頻譜拍賣(mài)中獲得資金支持，以支付搬遷成本，并探索未來(lái)與頻譜相關(guān)的技術(shù)研發(fā)。

　　隨著(zhù)5G增加了對商用頻譜的需求，政府應該把重點(diǎn)放在符合CSEA標準的頻段上——比如1.3 GHz、1.7 GHz和3.45 GHz——將這些頻段用于拍賣(mài)，并有針對性地增強SRF，以進(jìn)一步激勵聯(lián)邦機構，同時(shí)提供更好的設備和網(wǎng)絡(luò )安全保護?！皣翌l譜戰略”應使政府的頻譜規劃、管理和使用方法現代化，具體做法包括如下。

　　2.3.1 提高聯(lián)邦頻譜的透明度

      頻譜是一種“寶貴的、有限的資源”，必須得到充分、有效的使用。為此，政府應促進(jìn)聯(lián)邦機構與商業(yè)部門(mén)之間的合作，提高聯(lián)邦頻譜的透明度，就像總統備忘錄中要求聯(lián)邦機構審查當前的頻率分配和量化頻譜使用情況一樣。

　　3 結語(yǔ)

      此次CTIA發(fā)布的《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰略》將幫助美國政府制定五年內的頻譜拍賣(mài)計劃，實(shí)現對低、中、高頻段頻譜的重新分配，激勵網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商之間的相互競爭，鼓勵無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的創(chuàng )新研發(fā)，有望保持美國在5G無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。

     本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第15頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處