随着各国和电信组织为2027年世界无线电通信大会(WRC 2027)做准备,6G频谱分配的竞争已经加剧。预计6G网络将在100 GHz到3 THz的sub-THz频谱范围内运行,即将召开的会议将决定哪些频率可用于下一代无线通信,为2030年代的技术领导地位奠定基础。

与主要使用100 GHz以下频谱的前几代技术不同,6G将进入基本未开发的领域,在这里大气吸收、分子共振和传播特性既带来机遇也带来挑战。在WRC-27上做出的决定将从根本上塑造全球6G网络的能力和部署策略。

当前 Sub-THz 频谱格局

100 GHz 到 1 THz 之间的 sub-THz 频谱目前承载着各种应用,包括射电天文学、地球探测卫星和工业传感系统。考虑用于 6G 的关键频段包括 140-148.5 GHz、151.5-164 GHz、167-174.8 GHz,以及 200-400 GHz 范围的部分频段。这些 6G 频率提供了前所未有的带宽潜力,一些频段提供超过 10 GHz 的连续频谱块。

International Telecommunication Union (ITU) 通过 Working Party 5D 进行的初步研究确定了几个候选频段。275-296 GHz 频段因其良好的传播特性和对现有服务的最小干扰而受到特别关注。然而,325-450 GHz 范围面临来自水蒸气吸收的重大挑战,限制了其在户外通信中的实用性。

sub-THz 范围内的当前分配在各地区是分散的,United States、European Union 和 Asia-Pacific 国家保持着不同的监管方法。Federal Communications Commission 已经开始通过实验许可证探索 95 GHz 以上的频谱,而 European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) 已经启动了潜在 6G 频段的兼容性研究。

国家频谱战略和定位

主要经济体正在WRC 2027之前制定不同的6G频谱政策方法。美国通过CHIPS and Science Act拨款15亿美元用于6G研究,National Science Foundation建立了NextG Alliance来协调频谱需求。美国战略强调灵活使用政策和动态频谱共享,以最大化sub-THz频段的效率。

中国的方法专注于为6G部署获得大块连续频谱。工业和信息化部已将220-330 GHz范围指定为优先区域,在大气传播研究和天线技术方面投入巨资。包括华为和中兴在内的中国电信公司自2022年以来已申请了200多项与sub-THz通信系统相关的专利。

欧盟通过Smart Networks and Services Joint Undertaking采用了协调的区域战略,拨款9亿欧元用于6G研究,包括频谱研究。欧洲的优先事项包括成员国之间的协调分配以及保护现有科学服务,特别是European Southern Observatory运营的射电天文设施。

韩国和日本已成立双边工作组来协调他们的6G频谱立场,认识到分散的分配可能会阻碍设备规模经济。两国都在140 GHz和220 GHz频段进行广泛的现场试验,以验证传播模型和干扰场景。

Sub-THz 分配中的技术挑战

为 6G 分配频谱面临着以往移动通信世代未曾遇到的独特技术挑战。大气衰减在 100 GHz 以上急剧增加,氧气吸收峰出现在 118 GHz 和 184 GHz,水蒸气共振影响多个频段。这些特性限制了户外覆盖范围,但实现了激进的频率复用并减少了小区间干扰。

Nokia Bell Labs 和 Ericsson Research 进行的传播研究表明,在 140 GHz 频率运行的 6G 基站在城市环境中需要 50-200 米的小区半径,而当前 5G 部署的覆盖范围为数公里。这需要密集的网络架构,在大都市区域每平方公里需要数千个小基站。

由于定向波束成形要求和大气波导效应,Sub-THz 频率的干扰分析变得越来越复杂。ITU-R 专门为 100 GHz 以上频率开发了新的传播模型,纳入了分子吸收数据和随湿度和温度显著变化的散射参数。

随着半导体技术接近物理极限,设备标准化面临额外障碍。Sub-THz 操作所需的砷化镓和磷化铟组件与较低频段使用的硅基解决方案相比,仍然昂贵且耗电。IEEE 802.11 工作组已开始将 Wi-Fi 标准扩展到 Sub-THz 频率的初步研究,可能与蜂窝 6G 部署产生干扰场景。

WRC-27 准备工作和利益相关者立场

WRC 2027 的准备工作揭示了各地区在 6G 频谱分配立场上的重大分歧。ITU 已成立第5研究组来研究亚太赫兹移动通信的技术和监管方面,初步报告将于2025年提交。关键议程项目包括识别合适的频段、建立与现有业务的共享标准,以及制定国际协调的技术标准。

Global System for Mobile Communications Association (GSMA) 已提交立场文件,倡导在 140 GHz 和 220 GHz 频段进行协调的全球分配,认为频谱碎片化会增加设备成本并延迟 6G 部署。包括 Verizon、Deutsche Telekom 和 NTT DoCoMo 在内的电信运营商已组成联盟,支持灵活使用授权,允许在相邻频段进行许可和非许可操作。

科学组织对射电天文学和地球观测卫星的潜在干扰表示担忧。International Astronomical Union 已确定了包括 164-167 GHz 和 182-185 GHz 在内的关键频率范围,这些频段必须为深空观测保持保护。NASA 和 European Space Agency 联合提交的研究显示,6G 发射可能影响在 183 GHz 水汽频段运行的气候监测卫星。

工业用户是在亚太赫兹频谱中拥有既定利益的另一个利益相关者群体。用于自动驾驶车辆的汽车雷达系统在 77 GHz 附近运行,并正在向更高频率扩展,可能与 6G 上行传输产生干扰。International Organization for Standardization 已启动车辆传感器与移动通信在重叠频率范围内的兼容性研究。

经济和地缘政治影响

6G频谱分配决策的结果将产生深远的经济影响,这些影响将延伸到电信行业之外。McKinsey估计,到2035年,6G技术可能产生1.3万亿美元的全球经济价值,频谱可用性将成为全息通信、脑机接口和精密制造等应用的关键推动因素。

地缘政治考量正越来越多地影响频谱政策,因为各国都认识到6G领导地位是一项战略要务。Biden政府的《国家安全战略》明确将先进无线技术确定为保持技术竞争力的关键。同样,European Union的Digital Decade计划将6G领导地位视为数字主权和减少对非欧洲技术提供商依赖的必要条件。

频谱决策的供应链影响正在显现,设备制造商根据可能的分配情况调整研发重点。Samsung已宣布到2030年在6G领域投资250亿美元,频谱不确定性被列为主要风险因素。Qualcomm已在San Diego和Cambridge建立专门的sub-THz研究设施,专注于最有可能获得国际协调的频段。

结论

全球6G频谱分配竞赛代表了无线通信历史上的关键时刻,WRC 2027的决定将决定未来十年的技术可能性。成功获得协调统一的sub-THz频谱需要平衡现有业务的竞争需求,应对前所未有的技术挑战,并驾驭复杂的地缘政治动态。随着各国为会议最终确定立场,在日益互联的世界中实现6G领导地位的风险继续上升。电信行业必须为这样一个未来做好准备:传统频段的频谱稀缺推动创新转向基本未开发的sub-THz前沿,从根本上重塑网络架构和服务能力。