美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會發(fā)布《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰(zhàn)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，美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會（CTIA）發(fā)布了《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略以期通過制定五年拍賣計劃、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5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以保持其全球無線通信的領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　關(guān)鍵詞：頻譜拍賣；頻譜激勵；5G；頻譜分配

      2019年4月2日，美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會（CTIA）發(fā)布了《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略指出，過去幾年，中國、韓國等國家在5G的頻譜分配、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新等領(lǐng)域發(fā)展迅速，但近兩年，美國政府也開始認(rèn)識到5G無線網(wǎng)絡(luò)對于未來無線通信的重要性，加緊布局，激勵創(chuàng)新，力求奪取并保持其在5G無線通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者地位。

　　CTIA此次發(fā)布的《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰(zhàn)略》，期望通過以下三項行動計劃幫助政府實現(xiàn)大膽的構(gòu)想：

      （1）制定一個為期五年的拍賣計劃，將更多的高、中、低頻段頻譜賣給美國的無線通信運營商；

      （2）重新制定聯(lián)邦頻譜政策，采用基于自由市場的原則，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，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟，幫助美國引領(lǐng)未來5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　1 5G所面臨的挑戰(zhàn)

      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(zhǔn)備方面十分充分，這得益于美國針對5G無線運營商的大量投資，以及政府的迅速行動和領(lǐng)導(dǎo)，這使得美國的商業(yè)5G運營商之間相互競爭，以期建成世界上強大、健壯、安全的5G網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計到2019年底，美國5G網(wǎng)絡(luò)的部署數(shù)量將是其下一個競爭對手的兩倍，屆時，遍布全美的5G網(wǎng)絡(luò)都將陸續(xù)投入使用。

　　但這項工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成。雖然美國在大多數(shù)5G準(zhǔn)備度指標(biāo)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，借助中國明顯的無線通信基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢，中國的無線運營商在全國各地已經(jīng)進行了數(shù)百次大規(guī)模的5G測試。目前，糾正中頻頻譜赤字應(yīng)該是政府努力的核心，重申以自由市場為原則推動5G發(fā)展，將有助于確保美國長期的5G領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　2 引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略

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

      2.1 頻譜拍賣的五年計劃

      “國家頻譜戰(zhàn)略”中關(guān)鍵的一點是制定一份拍賣時間表，用于拍賣低、中和高頻段頻譜，以推動全方位的5G部署和創(chuàng)新。如今，美國政府和聯(lián)邦通信委員會（FCC）已經(jīng)確定了未來5G發(fā)展所需的每個關(guān)鍵頻段?，F(xiàn)在的任務(wù)是在未來五年按照明確的時間表進行操作，確保美國無線通信運營商能夠擁有具有全球競爭力的頻譜，同時還需要制定有效的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計時間表。需要規(guī)劃的不僅僅是國家和地區(qū)的無線運營商，還需要與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商、設(shè)備和手機制造商密切合作。整個美國的生態(tài)系統(tǒng)都需要知道頻段什么時候可用，這樣網(wǎng)絡(luò)和設(shè)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(yīng)該在2024年之前拍賣下述頻段。

　　2.1.1 低頻

      低頻頻譜是第一代無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)，也是美國在全球無線通信領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位的基礎(chǔ)。低頻頻譜可長距離傳輸并穿透建筑物，被政府機構(gòu)廣泛使用。為了充分利用5G技術(shù)，運營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(qū)和村落的關(guān)鍵。最近的一次低頻頻譜拍賣是2017年拍賣的600MHz頻率。

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

　　1.3 GHz頻段將為下一代無線通信服務(wù)提供50 兆赫的頻譜，拍賣所得將幫助美國聯(lián)邦航空局（FAA）和其他用戶實現(xiàn)雷達與相關(guān)系統(tǒng)的更新優(yōu)化。1.7 GHz頻段與2015年拍賣的AWS-3頻譜相鄰，并為現(xiàn)有的無線產(chǎn)品提供了巨大的協(xié)同效應(yīng)。目前，商業(yè)用戶和政府用戶對受影響的政府系統(tǒng)都表示了理解，這將有助于系統(tǒng)順利過渡。

　　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(yuǎn)距離傳輸，并提供大容量移動通信。如今，日本、韓國、西班牙和英國已經(jīng)將中頻頻譜推向市場，全球?qū)χ蓄l波段的重視凸顯了迅速釋放數(shù)百兆赫中頻頻段的重要性。目前，政府將重點放在從3.45-4.2 GHz的頻段上，這是全球統(tǒng)一的5G服務(wù)，也是美國的競爭對手積極擴大對無線運營商接入的地方。

　　3.45 GHz——2018年，美國國家遠(yuǎn)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(yīng)用。根據(jù)“Spectrum Pipeline Act”法案，該頻段的用戶（多為操作軍用雷達系統(tǒng)的人員）正在進行分析，以確定最佳商用無線技術(shù)如何在不影響作戰(zhàn)的情況下共享該頻譜。FCC也已經(jīng)停止授權(quán)該頻段的新用戶，幫助推進未來新技術(shù)的過渡，現(xiàn)階段，“國家頻譜戰(zhàn)略”應(yīng)該為未來的頻譜拍賣確定時間節(jié)點。

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

　　雖然只有70 兆赫，但這是短期內(nèi)提供中頻接入的最佳機會。

　　3.7 GHz——這個500 兆赫的頻段是美國中頻政策的關(guān)鍵，應(yīng)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(shù)百兆赫的頻段，F(xiàn)CC應(yīng)該盡快行動，為美國5G發(fā)展釋放更多頻段。

　　針對3.7 GHz頻段采取行動，也將為6 GHz頻段的授權(quán)和未授權(quán)運營商創(chuàng)造新的機會，并保護現(xiàn)有的關(guān)鍵用戶。

　　2.1.3 高頻

      高頻頻譜是指頻率在24 GHz以上的頻段，也稱為毫米波頻段。幾年前，高頻頻譜被認(rèn)為無法應(yīng)用于移動無線服務(wù)，但經(jīng)過大量的研究后發(fā)現(xiàn)，高頻頻譜將成為解鎖5G高速數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)密集型的5G應(yīng)用將非常重要。

      美國政府將支持已經(jīng)開始拍賣的頻段，幫助推動針對未來移動應(yīng)用而確定的其他頻段的行動，并積極倡導(dǎo)在全球范圍的移動端使用這些頻段。作為高頻的領(lǐng)導(dǎo)者，政府需要確保圍繞美國運營商目前已經(jīng)投資的頻段建立一個全球生態(tài)系統(tǒng)。

　　24、26和28 GHz——FCC已經(jīng)完成了28 GHz頻段的拍賣，并于2019年3月16日開始24 GHz頻段的拍賣。新增的26 GHz頻段在國內(nèi)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(xù)頻譜塊。同時創(chuàng)造巨大的規(guī)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(dǎo)地位。

　　29、31和32 GHz——允許這些頻段內(nèi)的移動寬帶實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟和頻譜的有效使用，并符合FCC規(guī)則。

　　37、39和42 GHz——FCC于2018年12月制定了37 GHz和39 GHz的拍賣規(guī)則，在2019年底之前完成一大批重要高頻頻譜的拍賣。政府應(yīng)該全力支持這些拍賣活動，并確保這些頻譜在全球范圍內(nèi)的移動端使用。單一無線電芯片可以利用42 GHz、37 GHz和39 GHz頻段，政府應(yīng)支持全球運營商使用這個完整頻譜塊。

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

　　2.2 重申基于自由市場原則的頻譜發(fā)展

      由于自由市場政策的推行釋放了美國無線產(chǎn)業(yè)的競爭能量，美國第一次大規(guī)模的5G商用部署正在進行，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出計劃，也領(lǐng)先于其他國家。此次發(fā)布的“國家頻譜戰(zhàn)略”應(yīng)該在此基礎(chǔ)上制定前瞻性政策，鼓勵產(chǎn)業(yè)投資和自由市場競爭，并利用美國行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和企業(yè)家的創(chuàng)造力。

　　在五年計劃和長期頻譜規(guī)劃方面，“國家頻譜戰(zhàn)略”應(yīng)確定擁有足夠的許可頻譜，以確保地面無線服務(wù)（特別是5G）的使用。為了做到這一點，政府應(yīng)該采取一種靈活的方法，讓頻譜拍賣贏家決定最符合美國消費者利益的服務(wù)。“依賴許可頻譜”這種方法對美國全球無線領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要，政府應(yīng)該避免規(guī)定業(yè)務(wù)條款或技術(shù)選擇。

　　一系列從根本出發(fā)的頻譜政策推動了美國在無線技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，包括：獨家使用許可、靈活使用權(quán)、基于自由市場原則確保頻譜得到最充分和最佳的使用、全球的統(tǒng)一、優(yōu)先清理以及對投資有利的技術(shù)規(guī)范。

　　下文將對上述政策進行詳細(xì)闡述。

　　2.2.1 獨家使用許可

      獨家使用許可政策長期以來一直是美國無線戰(zhàn)略成功的基石，該政策構(gòu)成了美國今天移動網(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(yù)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，實現(xiàn)更有效的使用。此外，獨家使用許可政策有助于確保整個無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(quán)，因此無線網(wǎng)絡(luò)運營商能夠最大限度地利用無線電波，并靈活部署消費者和市場的需求。

　　2.2.2 靈活使用權(quán)

      對于任何遵循技術(shù)規(guī)范的技術(shù)而言，美國無線運營商都可以對其進行部署，而不是像其他國家那樣，只對特定頻率的特定技術(shù)進行部署。靈活的使用權(quán)適用于技術(shù)選擇和無線服務(wù)的商業(yè)模式。靈活使用權(quán)通過允許被許可方使用有助于滿足市場需求的技術(shù)來提供移動、固定或便攜式服務(wù)，將極大的促進投資和創(chuàng)新，因為被許可方能夠通過提供一種或多種服務(wù)的組合來實現(xiàn)差異化。其結(jié)果是消費者擁有更多的選擇機會，運營商遭遇更激烈的市場競爭，但同時也會激發(fā)更多的技術(shù)創(chuàng)新，以及推進頻譜的最佳使用。

　　2.2.3 基于市場的頻譜政策

      頻譜許可證的二級市場交易、新頻譜許可證的拍賣，以及鼓勵通過拍賣來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。基于自由市場的頻譜政策為美國財政部籌集了逾1140億美元的拍賣所得，并激勵美國無線運營商在過去10年實現(xiàn)了近3000億美元的私人投資。在“MOBILE NOW Act”法案中，國會已經(jīng)認(rèn)識到基于市場的頻譜政策在消除數(shù)字鴻溝方面的價值所在。

      2.2.4 強調(diào)全球統(tǒng)一的頻譜

      頻譜統(tǒng)一便于設(shè)備和設(shè)備供應(yīng)商能夠在多個國家的無線產(chǎn)品和服務(wù)中使用統(tǒng)一的頻譜，從而實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，幫助最大限度地降低成本，增加需求。政府應(yīng)該專注于鼓勵頻譜頻段的統(tǒng)一，同時保持美國在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(zhàn)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(xiàn)有業(yè)務(wù)對重新分配獨家使用許可構(gòu)成了挑戰(zhàn)，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(yīng)該為頻譜許可方提供足夠的權(quán)利，以保證擁有足夠的資金來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(guī)范

      “國家頻譜戰(zhàn)略”還應(yīng)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，實現(xiàn)關(guān)鍵的5G特征——速度比4G網(wǎng)絡(luò)快100倍，并實現(xiàn)單點延遲。中頻和高頻頻譜都可以容納所需的帶寬，以實現(xiàn)更快的連接和更低的延遲。5G的中頻和高頻頻譜塊在實際應(yīng)用時應(yīng)將100 兆赫的信道大小作為最低目標(biāo)。同樣，連續(xù)頻譜塊可實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率、更低的數(shù)據(jù)延遲和更高的頻譜效率（在相同數(shù)量的頻譜中允許更大的容量）。因此，政府應(yīng)優(yōu)先考慮5G的連續(xù)頻譜，候選頻段最好與現(xiàn)有的商業(yè)頻段相鄰。

　　此外，5G網(wǎng)絡(luò)可以在基站和設(shè)備的天線陣列中支持更多的發(fā)射器。一個4G天線可能有多達8個發(fā)射器，而5G天線可能由多達128個發(fā)射器驅(qū)動，稱為多輸入多輸出（或大規(guī)模MIMO）天線陣列，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(guī)模MIMO。

　　2.2.7 基站選址

      為了應(yīng)對不斷增長的移動數(shù)據(jù)需求，并解鎖新的5G應(yīng)用，無線運營商還需要在未來幾年里安裝數(shù)十萬個小型基站——即背包大小的小型天線。為了加快這一新基礎(chǔ)設(shè)施的部署，F(xiàn)CC于2018年采取行動，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(chǔ)設(shè)施選址規(guī)則進行了現(xiàn)代化改造。FCC簡化了所有無線選址部署的流程，明確禁止暫停（事實上的、臨時的或永久的）選址請求，并在審查過程中為州和地方的小型基站項目設(shè)置了護欄。

　　其他國家也正在積極部署5G基礎(chǔ)設(shè)施。最近的一項研究顯示，中國每1萬人擁有超過14個無線基站，而美國的這一比例為4.7個；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5個無線基站，而美國的這一比例僅為0.4個。因此，“國家頻譜戰(zhàn)略”應(yīng)該支持持續(xù)性的改革，鼓勵各級政府及時清除5G基站部署過程中存在的障礙。

　　2.3 政府政策和流程的現(xiàn)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(xiàn)代化，這樣既有利于政府運營，又有利于私營部門的發(fā)展。政府機構(gòu)對頻譜有國家安全和運營兩大需求，“國家頻譜戰(zhàn)略”應(yīng)設(shè)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(shù)十億美元的收益，這些收益將直接回到釋放頻譜的機構(gòu)手中，使它們能夠投資于現(xiàn)代化、更高效的無線系統(tǒng)和技術(shù)開發(fā)。這些收益在過去幫助美國防部進行了技術(shù)改造，并將在未來給整個聯(lián)邦政府帶來更多的好處。上述提到的聯(lián)邦機構(gòu)識別并重新定位關(guān)鍵任務(wù)頻譜的用途，以便FCC拍賣頻譜，并為政府機構(gòu)升級無線系統(tǒng)提供資金支持的這一系列過程，只有在機構(gòu)受到激勵時才會有效。值得一提的是，2004年的“商業(yè)頻譜增強法案”（CSEA）設(shè)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(gòu)從頻譜拍賣中獲得資金支持，以支付搬遷成本，并探索未來與頻譜相關(guān)的技術(shù)研發(fā)。

　　隨著5G增加了對商用頻譜的需求，政府應(yīng)該把重點放在符合CSEA標(biāo)準(zhǔn)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，并有針對性地增強SRF，以進一步激勵聯(lián)邦機構(gòu)，同時提供更好的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全保護?！皣翌l譜戰(zhàn)略”應(yīng)使政府的頻譜規(guī)劃、管理和使用方法現(xiàn)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(yīng)促進聯(lián)邦機構(gòu)與商業(yè)部門之間的合作，提高聯(lián)邦頻譜的透明度，就像總統(tǒng)備忘錄中要求聯(lián)邦機構(gòu)審查當(dāng)前的頻率分配和量化頻譜使用情況一樣。

　　3 結(jié)語

      此次CTIA發(fā)布的《引領(lǐng)5G的國家頻譜戰(zhàn)略》將幫助美國政府制定五年內(nèi)的頻譜拍賣計劃，實現(xiàn)對低、中、高頻段頻譜的重新分配，激勵網(wǎng)絡(luò)運營商之間的相互競爭，鼓勵無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，有望保持美國在5G無線通信領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

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