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需求分析

275GHz以上太赫茲頻段固定和移動無線電業務可用頻率

2019-11-28 08:53:43 791

  太赫茲通信迎來重大的發展機遇。經過全球6個區域電信組織多次協調,中、美、德、法、加等國代表的充分討論,2019年世界無線電通信大會(WRC-19)最終批準了275 GHz-296 GHz、306GHz-313 GHz、318 GHz-333 GHz和356 GHz-450 GHz頻段共137GHz帶寬資源可無限制條件的用于固定和陸地移動業務應用。這是國際電聯首次明確275GHz以上太赫茲頻段地面有源無線電業務應用可用頻譜資源,并將有源業務的可用頻譜資源上限提升到450GHz,將為全球太赫茲通信產業發展和應用提供基礎資源保障。

  近年來,太赫茲通信已成為各國研究的技術熱點。太赫茲無線電波兼具傳統微波和光波的特性,在空間科學、無源遙感、安全檢測、生物醫學和天文觀測等方面表現出諸多優質性能。同時,由于太赫茲占據了300GHz-3THz頻段的超寬頻譜,且太赫茲通信具有傳輸容量大、安全性高、穿透性好等優勢,因而擁有極大的發展潛力和應用前景,太赫茲科學已逐漸成為了新一代無線通信產業發展的重要方向。

  此前,在國際電聯《無線電規則》中,275GHz以上頻段還沒有無線電業務劃分,僅有的一條腳注列明了可以用于衛星地球探測業務(無源)、空間操作業務(無源)和射電天文業務等無線電業務;同時,腳注也指出有源業務也可以使用275GHz-1000GHz頻段,但各國主管部門在使用有源業務時應采取一切切實可行的措施,保護這些無源業務免受有害干擾。所以,如何妥善解決無源業務和有源業務之間的干擾協調問題,保障兼容共用成為這個議題的關鍵。

  太赫茲遙感技術已在無源無線電業務應用方面發揮了重要作用。275GHz-450GHz頻段范圍內的若干頻段已被確定用于科學研究、環境遙感和監測等衛星無源業務應用。目前已有九個現有或計劃中的衛星地球探測業務傳感器用于執行全球測量,這些系統使用高靈敏度設備探測地球大氣、陸地和海洋成分所吸收和發射的自然電磁能量。通過衛星系統獲取的這些科學測量數據,可用于支持天氣預報的大氣參數(溫度、濕度、成分)分析、天氣趨勢預測、污染物警報等,還可提供地球表面其他重要數據參數(如冰雪覆蓋、土壤水分含量)的分析。我國也正在考慮開發更為先進的太赫茲頻段氣象衛星觀測系統,用于實現更為精準、更為多樣化的氣象數據預報。

  太赫茲頻段也是射電天文領域極為重要的觀測頻段,全世界已有13個不同的射電天文站點使用275GHz以上頻段用于天文觀測。這些正在運行的射電天文系統包括單口徑望遠鏡、干涉儀和氣球平臺等,采用了目前最先進、最敏感的低溫致冷無線電接收系統,大多數射電天文觀測臺的地理位置位于高海拔地區,這些設施的設計和建造花費了大量的時間、專業知識和財力,是全球共享的科學研究資源,因而這些頻率資源對于射電天文學操作十分重要。

  “保護這些衛星地球探測設備和射電天文臺是此次WRC-19議題1.15研究討論的焦點問題,而保證我國未來氣象衛星系統和射電天文臺對太赫茲頻段的有效使用,是我國議題研究的首要考慮因素。我們要考慮太赫茲的頻率規劃和未來產業的發展不對這些無源業務系統造成干擾,因為這些頻段對無源業務來說是相當獨特和稀缺的,對人類生活和科學研究都很重要?!敝袊韴FWRC-19 1.15議題負責人、國家無線電監測中心王曉冬高級工程師介紹時說,“同時,太赫茲通信技術又是未來無線通信乃至6G通信技術發展一個可能的重要方向,在太赫茲頻段幾吉赫茲乃至幾十吉赫茲的使用帶寬將成為可能,因此爭取更多可用連續頻譜資源也符合未來太赫茲無線通信發展的需要。也就是說,我們在討論議題結果走向時,需要很好地平衡對已有業務的保護和新業務發展的需求?!?/p>

  在WRC-19期間,1.15議題討論最為關注的第三頻段存在較大分歧,即具體選擇320 GHz-330GHz還是318 GHz-333GHz頻段各方持有不同立場,會議一度無法達成共識。我國代表團一直積極參與議題的研究討論,除了會上表達觀點,會下還積極與歐盟、美國、加拿大代表溝通進行溝通。同時,會議期間,王曉冬帶隊再次與國內相關部門核對頻率使用需求,連夜開展技術分析以排除可能的干擾情況。據王曉冬介紹,太赫茲頻段電磁兼容的分析難點有兩個方面,一是太赫茲頻段地空干擾場景下的傳播模型不確定,因為大氣吸收和衰減在內陸和沿海存在非常大的差異,會對仿真分析結果造成一定的影響;二是未來地面業務應用的場景和集總干擾問題也存在不確定性?!耙虼?,我們中國的研究是以較為真實系統參數作為假設條件開展的,這樣能確保研究結果很好地保護我們自己未來的無源系統?!蓖鯐远f。最終經過緊張的工作,在確認對各種無源業務保護的基礎上,我國提出支持的318GHz-333GHz頻段方案也最終獲得全會一致通過。

  隨著WRC-19 1.15大會議題的順利完成,太赫茲頻段275GHz-450GHz頻段地面業務無線電應用的頻段也成功確立。這一成果將會給太赫茲產業界提供明確頻譜政策指引,極大推動太赫茲技術和應用的快速發展,使其在未來無線電通信中發揮更加重要作用奠定基礎。


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