非授权频谱或为5G之关键

作者：James Kimery

美国国家仪器射频通信部市场总监

当国际电信联盟（ITU）公布5G主要目标时，3GPP也面临着一大难题，即如何在频谱资源有限的情况下扩展当前无线网络的功能。 频谱相当于带宽，业界亟需更多的频谱来提高数据速率以及满足超出4G的特定用例需求。 遗憾的是，6 GHz以下可用的空闲频谱资源非常少。 正因如此，3GPP早在标准制定之初就引入了将毫米波频率用作移动接入频谱的概念。

5G从一开始就与毫米波有着千丝万缕的关系。毫米波频谱的速率可达现有网络的10倍甚至以上，从而为实现5G所需的数据速率提供了可能性。 对于很多人来说，这或许并不稀奇，但将毫米波频谱接入到移动应用会带来一系列的挑战。 很多人可能会问，这些挑战是否有经济高效的解决方法？ 早期的5G毫米波部署面向的是两个特定用例：室内“热点”和固定无线接入（FWA）， 而并非LTE环境下的移动接入。

虽然毫米波前景广阔，但若想成功应用，还需要进一步的努力。3GPP也在不断研究其他频率方案，为5G应用探寻更多的频谱。 除了毫米波之外，3GPP启动了NR-U研究项目来研究非授权频谱。 在LTE或4G方面，3GPP使用非授权频段来实现WiFi与LTE的共存，因此LTE用户可以利用非授权的2.4 GHz或5 GHz频段来辅助提升数据吞吐量。 LTE和WiFi在授权辅助接入（license assisted access，LAA）框架下可以共存，但目前尚不清楚有多少用户采用这项技术。 3GPP的5G NR-U提案远远超越了原先的4G工作内容，此外，其他旨在进一步推动NR-U项目的计划也已提出。

无独有偶，联邦通信委员会（FCC）发布了一份调查通知书，提议制定规则来研究5.925～7.125 GHz的6 GHz频段是否属于非授权频段，并研究该频段能否应用到5G。 该频谱目前已得到有线电视运营商的应用，用于分配业务、雷达和专用微波通信链路。 该频谱一旦指定为非授权频谱，5G运营商和其他人就可以利用该频谱来创建新的网络或增强已部署的网络。 将2.4 GHz 、5 GHz和目前的6 GHz相结合，可能会产生超过1 GHz的频谱来满足5G应用。

但是，面向5G网络的非授权频段并不是任取任用的。任何采用非授权频谱的5G设备均须满足以下所有技术要求：

• 符合低功耗辐射要求，以抑制信号传播和带内干扰，进而限制覆盖范围。
• 与现有用户共享频谱，以便使所有设备可以共存，但这会增加5G终端的技术复杂性。
• 与当今的WiFi设备类似，利用DFS（动态频率选择）和TPC（传输功率控制）技术促进共存。
• 可能采用LTE或4G共存技术，例如LBT（先听后说），以实现与WiFi设备的共存。

对于较少使用该频谱的用例，可以有策略地部署5G NR-U，创建可超越当前技术的专用5G NR网络，实现3GPP的关键性能目标——更快的数据速率、更高的可靠性和更低的延迟，从而进一步扩展5G生态系统，虽然这可能仅发生在局部区域或者特定用例中。

初看之下，NR-U增加了复杂性，迫使3GPP成员权衡其优势、成本和潜在缺点； 而实际上，它拥有大量频谱，而频谱正是发挥5G潜力的关键。 如果3GPP能够成功推进NR-U，那么一旦毫米波技术成熟，大量的非授权毫米波频谱也将能够得到有效利用。 NR-U只是3GPP R16及未来版本的其中一个研究项目，但却可能会成为5G计划的关键，并很有可能产生比最初预想更为重要的用途。

显然，5G新空口（NR）采用了新的频段和波束成形技术，具有更高的带宽，这些特性给设计和测试带来了严峻挑战，亟需强大的工具来加速创新。