美国无线通信和互联网协会发布《引领5G的国家频谱战略》
金晶 中国电子科技集团公司第三十研究所（四川 成都 610000）
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201905/401009.htm摘要：2019年4月2日，美国无线通信和互联网协会（CTIA）发布了《引领5G的国家频谱战略》，该战略以期通过制定五年拍卖计划、联邦频谱政策、更新频谱使用流程等手段，帮助美国引领未来5G产业的发展，以保持其全球无线通信的领导地位。
2019年4月2日，美国无线通信和互联网协会（CTIA）发布了《引领5G的国家频谱战略》。该战略指出，过去几年，中国、韩国等国家在5G的频谱分配、基础设施建设、技术创新等领域发展迅速，但近两年，美国政府也开始认识到5G无线网络对于未来无线通信的重要性，加紧布局，激励创新，力求夺取并保持其在5G无线通信网络领域的领导者地位。
CTIA此次发布的《引领5G的国家频谱战略》，期望通过以下三项行动计划帮助政府实现大胆的构想：
（1）制定一个为期五年的拍卖计划，将更多的高、中、低频段频谱卖给美国的无线通信运营商；
（2）重新制定联邦频谱政策，采用基于自由市场的原则，借用竞争的力量，加强美国的国家经济和国家安全；
（3）更新政府的相关政策和流程，以确保频谱的最佳使用。
上述计划将释放重要的频谱激励措施，创造就业机会，发展规模经济，帮助美国引领未来5G产业的发展。
1 5G所面临的挑战
2018年，中国和韩国在5G竞赛中处于领先地位，美国紧随其后。2019年，美国在5G准备方面十分充分，这得益于美国针对5G无线运营商的大量投资，以及政府的迅速行动和领导，这使得美国的商业5G运营商之间相互竞争，以期建成世界上强大、健壮、安全的5G网络。预计到2019年底，美国5G网络的部署数量将是其下一个竞争对手的两倍，届时，遍布全美的5G网络都将陆续投入使用。
但这项工作还远远没有完成。虽然美国在大多数5G准备度指标中排名很高，但中国和许多其他国家在为5G提供关键的中频频谱方面遥遥领先，借助中国明显的无线通信基础设施优势，中国的无线运营商在全国各地已经进行了数百次大规模的5G测试。目前，纠正中频频谱赤字应该是政府努力的核心，重申以自由市场为原则推动5G发展，将有助于确保美国长期的5G领导地位。
2 引领未来产业的战略
此次发布的“国家频谱战略”指出，特朗普政府所提出的国家愿景便是，保持美国在无线通信领域的领导地位，并帮助政府建立必要的5G商业平台，推动美国的5G技术创新，引领未来的无线通信产业的发展。考虑到全球对5G的关注，美国制定了明确的行动计划，包括以下三个方面：
2.1 频谱拍卖的五年计划
“国家频谱战略”中关键的一点是制定一份拍卖时间表，用于拍卖低、中和高频段频谱，以推动全方位的5G部署和创新。如今，美国政府和联邦通信委员会（FCC）已经确定了未来5G发展所需的每个关键频段。现在的任务是在未来五年按照明确的时间表进行操作，确保美国无线通信运营商能够拥有具有全球竞争力的频谱，同时还需要制定有效的网络规划和设计时间表。需要规划的不仅仅是国家和地区的无线运营商，还需要与网络设备供应商、设备和手机制造商密切合作。整个美国的生态系统都需要知道频段什么时候可用，这样网络和设备就可以在频段可用的情况下尽早为美国消费者提供服务。FCC应该在2024年之前拍卖下述频段。
2.1.1 低频
低频频谱是第一代无线通信技术的基础，也是美国在全球无线通信领域占据领导地位的基础。低频频谱可长距离传输并穿透建筑物，被政府机构广泛使用。为了充分利用5G技术，运营商需要混合使用多种频段，而低频是提供基本覆盖水平、覆盖更多郊区和村落的关键。最近的一次低频频谱拍卖是2017年拍卖的600MHz频率。
对新增的1.3 GHz和1.7 GHz频段频谱进行重新分配，可以帮助美国赢得5G竞赛，并帮助联邦机构升级到更现代化、更高效的系统。美国国会已经指示，到2024年至少要拍卖30 兆赫的低频频谱，“国家频谱战略”则宣布到2024年至少要拍卖100 兆赫的低频频谱。
1.3 GHz频段将为下一代无线通信服务提供50 兆赫的频谱，拍卖所得将帮助美国联邦航空局（FAA）和其他用户实现雷达与相关系统的更新优化。1.7 GHz频段与2015年拍卖的AWS-3频谱相邻，并为现有的无线产品提供了巨大的协同效应。目前，商业用户和政府用户对受影响的政府系统都表示了理解，这将有助于系统顺利过渡。
2.1.2 中频
中频频谱是5G的关键组成部分，因为它能够远距离传输，并提供大容量移动通信。如今，日本、韩国、西班牙和英国已经将中频频谱推向市场，全球对中频波段的重视凸显了迅速释放数百兆赫中频频段的重要性。目前，政府将重点放在从3.45-4.2 GHz的频段上，这是全球统一的5G服务，也是美国的竞争对手积极扩大对无线运营商接入的地方。
3.45 GHz——2018年，美国国家远程通信和信息管理局（NTIA）确定了该频段在5G发展中的潜在应用。根据“Spectrum Pipeline Act”法案，该频段的用户（多为操作军用雷达系统的人员）正在进行分析，以确定最佳商用无线技术如何在不影响作战的情况下共享该频谱。FCC也已经停止授权该频段的新用户，帮助推进未来新技术的过渡，现阶段，“国家频谱战略”应该为未来的频谱拍卖确定时间节点。
3.5 GHz——FCC于2018年10月完成了对这一频段授权部分规则的制定，并将于2019年底前进行拍卖。
虽然只有70 兆赫，但这是短期内提供中频接入的最佳机会。
3.7 GHz——这个500 兆赫的频段是美国中频政策的关键，应该是特朗普政府2019年的主要频谱计划。FCC正在研究如何为5G重新分配频段。其他国家也在为5G服务释放数百兆赫的频段，FCC应该尽快行动，为美国5G发展释放更多频段。
针对3.7 GHz频段采取行动，也将为6 GHz频段的授权和未授权运营商创造新的机会，并保护现有的关键用户。
2.1.3 高频
高频频谱是指频率在24 GHz以上的频段，也称为毫米波频段。几年前，高频频谱被认为无法应用于移动无线服务，但经过大量的研究后发现，高频频谱将成为解锁5G高速数据传输、更密集网络联合和减少延迟的关键。高频频谱对于大容量、数据密集型的5G应用将非常重要。
美国政府将支持已经开始拍卖的频段，帮助推动针对未来移动应用而确定的其他频段的行动，并积极倡导在全球范围的移动端使用这些频段。作为高频的领导者，政府需要确保围绕美国运营商目前已经投资的频段建立一个全球生态系统。
24、26和28 GHz——FCC已经完成了28 GHz频段的拍卖，并于2019年3月16日开始24 GHz频段的拍卖。新增的26 GHz频段在国内和国际上也都获得了支持，这将创造出近40 千兆赫的连续频谱块。同时创造巨大的规模经济，加快部署，降低消费者成本，提高美国在全球频谱政策中的领导地位。
29、31和32 GHz——允许这些频段内的移动宽带实现规模经济和频谱的有效使用，并符合FCC规则。
37、39和42 GHz——FCC于2018年12月制定了37 GHz和39 GHz的拍卖规则，在2019年底之前完成一大批重要高频频谱的拍卖。政府应该全力支持这些拍卖活动，并确保这些频谱在全球范围内的移动端使用。单一无线电芯片可以利用42 GHz、37 GHz和39 GHz频段，政府应支持全球运营商使用这个完整频谱块。
47和50 GHz——47 GHz频段于2019年开始拍卖，新增的50 GHz频段将为未来5G业务的发展创建一个几乎连续的频谱块。
2.2 重申基于自由市场原则的频谱发展
由于自由市场政策的推行释放了美国无线产业的竞争能量，美国第一次大规模的5G商用部署正在进行，并远远超出计划，也领先于其他国家。此次发布的“国家频谱战略”应该在此基础上制定前瞻性政策，鼓励产业投资和自由市场竞争，并利用美国行业领导者和企业家的创造力。
在五年计划和长期频谱规划方面，“国家频谱战略”应确定拥有足够的许可频谱，以确保地面无线服务（特别是5G）的使用。为了做到这一点，政府应该采取一种灵活的方法，让频谱拍卖赢家决定最符合美国消费者利益的服务。“依赖许可频谱”这种方法对美国全球无线领域的领导地位至关重要，政府应该避免规定业务条款或技术选择。
一系列从根本出发的频谱政策推动了美国在无线技术领域的领先地位，包括：独家使用许可、灵活使用权、基于自由市场原则确保频谱得到最充分和最佳的使用、全球的统一、优先清理以及对投资有利的技术规范。
下文将对上述政策进行详细阐述。
2.2.1 独家使用许可
独家使用许可政策长期以来一直是美国无线战略成功的基石，该政策构成了美国今天移动网络的支柱。独家使用许可政策为被许可方提供了更多的确定性和可预测性，使他们的投资免受干扰，并使他们能够充分利用所拥有的频谱，实现更有效的使用。此外，独家使用许可政策有助于确保整个无线网络基础设施的安全能力。5G网络使用的频谱也具有独家使用许可权，因此无线网络运营商能够最大限度地利用无线电波，并灵活部署消费者和市场的需求。
2.2.2 灵活使用权
对于任何遵循技术规范的技术而言，美国无线运营商都可以对其进行部署，而不是像其他国家那样，只对特定频率的特定技术进行部署。灵活的使用权适用于技术选择和无线服务的商业模式。灵活使用权通过允许被许可方使用有助于满足市场需求的技术来提供移动、固定或便携式服务，将极大的促进投资和创新，因为被许可方能够通过提供一种或多种服务的组合来实现差异化。其结果是消费者拥有更多的选择机会，运营商遭遇更激烈的市场竞争，但同时也会激发更多的技术创新，以及推进频谱的最佳使用。
2.2.3 基于市场的频谱政策
频谱许可证的二级市场交易、新频谱许可证的拍卖，以及鼓励通过拍卖来改变频谱用途等方式，都为被许可人有效使用频谱提供了强有力的激励。基于自由市场的频谱政策为美国财政部筹集了逾1140亿美元的拍卖所得，并激励美国无线运营商在过去10年实现了近3000亿美元的私人投资。在“MOBILE NOW Act”法案中，国会已经认识到基于市场的频谱政策在消除数字鸿沟方面的价值所在。
2.2.4 强调全球统一的频谱
频谱统一便于设备和设备供应商能够在多个国家的无线产品和服务中使用统一的频谱，从而实现规模经济，帮助最大限度地降低成本，增加需求。政府应该专注于鼓励频谱频段的统一，同时保持美国在5G关键频段上的灵活性。
2.2.5 优先清理频谱
“国家频谱战略”重申，重新分配频谱，保证频谱的独家许可使用是关键，也是清理频谱的最佳途径。然而，在某些情况下，现有业务对重新分配独家使用许可构成了挑战，而共享框架则是重新使用频谱的最佳方法。在这种情况下，共享机制应该为频谱许可方提供足够的权利，以保证拥有足够的资金来部署健壮的下一代网络。
2.2.6 对投资有利的技术规范
“国家频谱战略”还应该支持5G所需的核心技术研发。首先，大块频谱将允许更宽的信道化，实现关键的5G特征——速度比4G网络快100倍，并实现单点延迟。中频和高频频谱都可以容纳所需的带宽，以实现更快的连接和更低的延迟。5G的中频和高频频谱块在实际应用时应将100 兆赫的信道大小作为最低目标。同样，连续频谱块可实现更快的数据速率、更低的数据延迟和更高的频谱效率（在相同数量的频谱中允许更大的容量）。因此，政府应优先考虑5G的连续频谱，候选频段最好与现有的商业频段相邻。
此外，5G网络可以在基站和设备的天线阵列中支持更多的发射器。一个4G天线可能有多达8个发射器，而5G天线可能由多达128个发射器驱动，称为多输入多输出（或大规模MIMO）天线阵列，它们协同工作以提供更快的速度和更高的频谱效率。针对5G识别的频谱波段将有助于支持大规模MIMO。
2.2.7 基站选址
为了应对不断增长的移动数据需求，并解锁新的5G应用，无线运营商还需要在未来几年里安装数十万个小型基站——即背包大小的小型天线。为了加快这一新基础设施的部署，FCC于2018年采取行动，对已有30年历史、200 英尺（注：1英尺约为0.3米）高的发射塔基础设施选址规则进行了现代化改造。FCC简化了所有无线选址部署的流程，明确禁止暂停（事实上的、临时的或永久的）选址请求，并在审查过程中为州和地方的小型基站项目设置了护栏。
其他国家也正在积极部署5G基础设施。最近的一项研究显示，中国每1万人拥有超过14个无线基站，而美国的这一比例为4.7个；中国每10 平方英里（注：1平方英里约为2.58 平方千米）拥有超过5个无线基站，而美国的这一比例仅为0.4个。因此，“国家频谱战略”应该支持持续性的改革，鼓励各级政府及时清除5G基站部署过程中存在的障碍。
2.3 政府政策和流程的现代化改造
“智能频谱”是一项非常好的政府政策，政府期望今后管理频谱资源的方法可以更现代化，这样既有利于政府运营，又有利于私营部门的发展。政府机构对频谱有国家安全和运营两大需求，“国家频谱战略”应设法确保联邦政府以更高效和前瞻性的方式使用其频谱资源。
将政府持有的频谱资源重新用于商业服务，还能产生数十亿美元的收益，这些收益将直接回到释放频谱的机构手中，使它们能够投资于现代化、更高效的无线系统和技术开发。这些收益在过去帮助美国防部进行了技术改造，并将在未来给整个联邦政府带来更多的好处。上述提到的联邦机构识别并重新定位关键任务频谱的用途，以便FCC拍卖频谱，并为政府机构升级无线系统提供资金支持的这一系列过程，只有在机构受到激励时才会有效。值得一提的是，2004年的“商业频谱增强法案”（CSEA）设立了一项非常好的激励措施——“频谱资源重置基金”（SRF），允许各机构从频谱拍卖中获得资金支持，以支付搬迁成本，并探索未来与频谱相关的技术研发。
随着5G增加了对商用频谱的需求，政府应该把重点放在符合CSEA标准的频段上——比如1.3 GHz、1.7 GHz和3.45 GHz——将这些频段用于拍卖，并有针对性地增强SRF，以进一步激励联邦机构，同时提供更好的设备和网络安全保护。“国家频谱战略”应使政府的频谱规划、管理和使用方法现代化，具体做法包括如下。
2.3.1 提高联邦频谱的透明度
频谱是一种“宝贵的、有限的资源”，必须得到充分、有效的使用。为此，政府应促进联邦机构与商业部门之间的合作，提高联邦频谱的透明度，就像总统备忘录中要求联邦机构审查当前的频率分配和量化频谱使用情况一样。
3 结语
此次CTIA发布的《引领5G的国家频谱战略》将帮助美国政府制定五年内的频谱拍卖计划，实现对低、中、高频段频谱的重新分配，激励网络运营商之间的相互竞争，鼓励无线网络技术的创新研发，有望保持美国在5G无线通信领域的领导地位。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第6期第15页，欢迎您写论文时引用，并注明出处
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