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世界无线电通信大会首次明确275GHz以上太赫兹频段固定和移动无线电业务可用频率

太赫兹通信迎来重大的发展机遇。经过全球6个区域电信组织多次协调,中、美、德、法、加等国代表的充分讨论,2019年世界无线电通信大会(WRC-19)最终批准了275 GHz-296 GHz、306GHz-313 GHz、318 GHz-333 GHz和356 GHz-450 GHz频段共137GHz带宽资源可无限制条件的用于固定和陆地移动业务应用。这是国际电联首次明确275GHz以上太赫兹频段地面有源无线电业务应用可用频谱资源,并将有源业务的可用频谱资源上限提升到450GHz,将为全球太赫兹通信产业发展和应用提供基础资源保障。

近年来,太赫兹通信已成为各国研究的技术热点。太赫兹无线电波兼具传统微波和光波的特性,在空间科学、无源遥感、安全检测、生物医学和天文观测等方面表现出诸多优质性能。同时,由于太赫兹占据了300GHz-3THz频段的超宽频谱,且太赫兹通信具有传输容量大、安全性高、穿透性好等优势,因而拥有极大的发展潜力和应用前景,太赫兹科学已逐渐成为了新一代无线通信产业发展的重要方向。

此前,在国际电联《无线电规则》中,275GHz以上频段还没有无线电业务划分,仅有的一条脚注列明了可以用于卫星地球探测业务(无源)、空间操作业务(无源)和射电天文业务等无线电业务;同时,脚注也指出有源业务也可以使用275GHz-1000GHz频段,但各国主管部门在使用有源业务时应采取一切切实可行的措施,保护这些无源业务免受有害干扰。所以,如何妥善解决无源业务和有源业务之间的干扰协调问题,保障兼容共用成为这个议题的关键。

太赫兹遥感技术已在无源无线电业务应用方面发挥了重要作用。275GHz-450GHz频段范围内的若干频段已被确定用于科学研究、环境遥感和监测等卫星无源业务应用。目前已有九个现有或计划中的卫星地球探测业务传感器用于执行全球测量,这些系统使用高灵敏度设备探测地球大气、陆地和海洋成分所吸收和发射的自然电磁能量。通过卫星系统获取的这些科学测量数据,可用于支持天气预报的大气参数(温度、湿度、成分)分析、天气趋势预测、污染物警报等,还可提供地球表面其他重要数据参数(如冰雪覆盖、土壤水分含量)的分析。我国也正在考虑开发更为先进的太赫兹频段气象卫星观测系统,用于实现更为精准、更为多样化的气象数据预报。 

太赫兹频段也是射电天文领域极为重要的观测频段,全世界已有13个不同的射电天文站点使用275GHz以上频段用于天文观测。这些正在运行的射电天文系统包括单口径望远镜、干涉仪和气球平台等,采用了目前最先进、最敏感的低温致冷无线电接收系统,大多数射电天文观测台的地理位置位于高海拔地区,这些设施的设计和建造花费了大量的时间、专业知识和财力,是全球共享的科学研究资源,因而这些频率资源对于射电天文学操作十分重要。

“保护这些卫星地球探测设备和射电天文台是此次WRC-19议题1.15研究讨论的焦点问题,而保证我国未来气象卫星系统和射电天文台对太赫兹频段的有效使用,是我国议题研究的首要考虑因素。我们要考虑太赫兹的频率规划和未来产业的发展不对这些无源业务系统造成干扰,因为这些频段对无源业务来说是相当独特和稀缺的,对人类生活和科学研究都很重要。”中国代表团WRC-19 1.15议题负责人、国家无线电监测中心王晓冬高级工程师介绍时说,“同时,太赫兹通信技术又是未来无线通信乃至6G通信技术发展一个可能的重要方向,在太赫兹频段几吉赫兹乃至几十吉赫兹的使用带宽将成为可能,因此争取更多可用连续频谱资源也符合未来太赫兹无线通信发展的需要。也就是说,我们在讨论议题结果走向时,需要很好地平衡对已有业务的保护和新业务发展的需求。”

在WRC-19期间,1.15议题讨论最为关注的第三频段存在较大分歧,即具体选择320 GHz-330GHz还是318 GHz-333GHz频段各方持有不同立场,会议一度无法达成共识。我国代表团一直积极参与议题的研究讨论,除了会上表达观点,会下还积极与欧盟、美国、加拿大代表沟通进行沟通。同时,会议期间,王晓冬带队再次与国内相关部门核对频率使用需求,连夜开展技术分析以排除可能的干扰情况。据王晓冬介绍,太赫兹频段电磁兼容的分析难点有两个方面,一是太赫兹频段地空干扰场景下的传播模型不确定,因为大气吸收和衰减在内陆和沿海存在非常大的差异,会对仿真分析结果造成一定的影响;二是未来地面业务应用的场景和集总干扰问题也存在不确定性。“因此,我们中国的研究是以较为真实系统参数作为假设条件开展的,这样能确保研究结果很好地保护我们自己未来的无源系统。”王晓冬说。最终经过紧张的工作,在确认对各种无源业务保护的基础上,我国提出支持的318GHz-333GHz频段方案也最终获得全会一致通过。

随着WRC-19 1.15大会议题的顺利完成,太赫兹频段275GHz-450GHz频段地面业务无线电应用的频段也成功确立。这一成果将会给太赫兹产业界提供明确频谱政策指引,极大推动太赫兹技术和应用的快速发展,使其在未来无线电通信中发挥更加重要作用奠定基础。

责任编辑:齐旭


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