美国的5G频谱分配到底遇到了什么问题?

有效的频谱管理对于确保国家安全和通信十分重要。目前,美国无线电频谱的使用由美国联邦通讯委员会(FCC)和国家电信和信息管理局(NTIA)负责监管与协调。

然而,美国问责局(GAO)调查指出,FCC和NTIA与用户的合作机制仍存在重大差距,其协调机制也缺乏全面规划流程等问题,虽然此前GAO已经提出了14项相关建议,但并未落实,为此,美国问责局于2022年8月2日发布《频谱管理:改进规划和机构间协作可加强频谱重新分配工作》(SPECTRUM MANAGEMENT:Improved Planning and Interagency Collaboration Could Strengthen Spectrum Reallocation Efforts)报告,再次向FCC和NTIA提出相关建议。

1.背景

无线电频谱是一种重要而有限的自然资源。无线电频谱资源是各种无线电技术应用的基础和前提,在构建信息社会、推动经济社会发展和国防建设中发挥着不可替代的重要作用。

美国联邦通讯委员会(FCC)和国家电信和信息管理局(NTIA)分别监管和管理美国非联邦和联邦频谱使用。其中,FCC负责非联邦公共和私人用途,如通过商业移动网络提供的无线服务;商务部的NTIA负责联邦用户,并用于如国防、气象卫星等。

最近的美国国内和国际频谱管理活动主要聚焦于:使频谱可用于第五代(5G)移动通信。由于目前几乎所有频谱都已分配完,为了使频谱可用于5G和其他商业服务,频谱需要重新分配。因此,NTIA的一项关键频谱管理活动是检查频谱频段从联邦到非联邦使用重新分配的适用性。重新分配要求频段内或频段附近的现有用户终止或修改其频谱使用,将其受影响的服务转移到其他频段,或通过与其他用户协调以适应正在进行的频谱共享。作为重新分配工作的一部分,NTIA与FCC和受影响的机构协调,检查拟议的重新分配对联邦使用的潜在影响。 一旦频谱从联邦用途重新分配到非联邦用途,FCC主要使用频谱拍卖将频谱许可分配给对特定频段出价最高的实体。FCC的拍卖授权将于2022年9月30日到期。

重新分配频谱,涉及将联邦政府使用的频谱转移给非联邦用户,是一项复杂且耗时的工作,涉及许多利益相关者且需要通过很多步骤才能完成。对于重新分配,NTIA通常先从将受到拟议重新分配影响的机构处收集意见,还可以帮助机构评估拟议的重新分配可能对相关业务产生的潜在影响。为了解决提议的频谱使用之间的潜在干扰,NTIA和 FCC须采用各种协调机制。对于国内事务,这些机构通过NTIA领导的委员会进行协调,该委员会为FCC 的频谱程序提供意见。

联邦和非联邦频谱使用示例

2.存在的问题

GAO在此次审查过程中发现,现有的机制并不能满足机构间协作的现实需求。例如,虽然指导 FCC 和 NTIA 之间协调的文件强调尽可能达成共识,但当机构无法解决问题时,并没有明确且商定的流程来处理这些分歧,从而影响了美国参与有关全球频谱使用监管的相关国际会议。

2.1 NTIA 的频谱再分配工作缺乏全流程规划管理

频谱重新分配工作十分繁杂,可能需要许多年才能完成。 最近3.5 GHz频段的频谱重新分配(称为公民宽带无线电服务或CBRS)花了10年时间才完成。在审查时,GAO发现NTIA却没有一个全面的记录流程记录其从头到尾规划其重新分配工作。

在进行频谱重新分配时,NTIA和咨询小组首先评估这种频谱重新分配对在这些频段内或附近运作的机构的潜在影响。随后,各机构可进行技术研究,一次一个频段,将现有无线系统移出考虑的频段或开发共享项目的可行性、成本和时间长度。按照这些步骤,为了完全完成和实施频谱重新分配变更,各机构需要将其系统移出频带或修改其操作。当项目涉及许多步骤和利益相关者时,NTIA的频谱重新分配工作潜在的风险会增加。

报告中明确了NTIA频谱再分配工作的三项主要计划管理问题,并建议NTIA通过制定计划、分析风险、为NTIA正在进行的和未来的重新分配工作创建和更新时间表,使其频谱重新分配规划工作与项目管理的领先实践保持一致,具体包括:

  • 制定定期更新的项目管理计划 并定期更新 ,NTIA和其他利益相关方(包括各机构)将可以确定NTIA是否预见并准备好了频谱再分配的诸多步骤
  • 制定一个可靠的、综合的、定期更新的主计划 ,来指导频谱重新分配工作。 进而可通过统一的时间基线衡量整体频谱重新分配时间表;此外,一个完整的总进度计划将可增强NTIA在成本、进度和范围之间进行权衡的能力
  • 在项目的整个生命周期中进行项目风险管理。 如果没有充分考虑频谱重新分配的风险,NTIA可能无法有效应对这些风险,也无法帮助或代表各机构处理这些风险

2.2 机构间协作

在机构间协作方面,GAO发现FCC、NTIA和其他相关机构的 协作机制缺乏明确角色和责任,也未能制定书面指导和协议,因此在解决复杂问题(如频谱管理)上阻碍较大。 这些机构目前的协作机制包括:

根据法令,FCC和NTIA每年至少会面两次,针对各种列举的问题进行联合频谱规划

FCC和NTIA签署了一份谅解备忘录,作为指导频谱管理全面协调的主要机制;

国内频谱协调事务主要由NTIA领导的委员会负责协调相关机构,该委员会也为FCC的频谱程序提供意见;

对于美国参加“世界无线电通信大会(WRC)”有关全球频谱使用监管的国际会议,各机构通过“会议筹备委员会”进行协调,投入资源,制定一份符合美国立场和意见的一般性指导文件,确立筹备委员会运作的期望和程序,由国务院提交给区域机构或直接提交给WRC。

针对机构间合作,GAO在报告中提出以下问题:

  • 虽然指导公平竞争委员会与NTIA和筹备委员会之间 没有明确界定和商定的程序来解决各机构无法解决的问题
  • 与频谱管理活动相关的谅解备忘录和一般指导文件已经20年 没有更新
  • 对美国参加2019年WRC的审查的问题影响了协作,如各机构之间的争议、无法就美国的技术贡献达成一致等,对美国决策或统一立场提出了挑战

基于此,GAO建议:

  • FCC和NTIA为涉及其他机构的频谱管理活动的决策建立了 明确定义和一致认可的流程 ,尤其是在无法达成共识的情况下;
  • FCC和NTIA 阐明并进一步确定频谱管理活动的共同目标或成果, 这些活动涉及合作以及监控和跟踪进展的方式;
  • FCC和NTIA 更新FCC-NTIA谅解备忘录, 以解决已确定的差距,并开发一种方法来持续监控和更新此协议;
  • FCC和NTIA要求各州在相互协商和与其他相关参与者协商的基础上,启动 对一般性指导文件(指导美国WRC准备工作的文件)的审查 ,并更新和开发持续监控和更新该文件的方法;
  • FCC和NTIA建立程序来帮助指导频谱共享和潜在干扰研究的设计 ,旨在作为美国对WRC技术会议的贡献(与彼此、州和美国技术准备过程的其他联邦参与者协商)。

2.3 FCC和NTIA的反馈

FCC大致同意与NTIA和各州合作,商务部也表示同意GAO对NTIA的建议。2022年1月,FCC确认其承诺实施GAO在2021年6月报告中的建议,并表示已开始采取措施解决这些问题。2022年2月,NTIA表示正在酌情与FCC和州协调,处理GAO在2021年6月报告中的建议。对于尚未执行GAO建议的机构,GAO将继续监测它们在这方面的进展。

3.评论

3.1 FCC和NTIA在频谱重新分配与管理工作方面任重道远

随着美国商业无线服务(如移动电话、移动应用程序、视频流、Wi-Fi)的持续增长,对频谱的需求迅速增加。美国国内业界因为频谱使用问题时常发生纠纷。如航空业担心5G移动信号影响飞航安全,与无线运营商之间旷日持久的频谱口水战;SpaceX向FCC抗议,因频谱问题反对批准Viasat收购Inmarsat;美国国家海洋和大气管理局(NOAA)指责24GHz分配用于5G可能会扰乱天气预报;国防部(DoD)和GPS用户对Ligado Networks的L波段的推出感到不满等。

这些事件的发生从侧面反映了负责管理美国境内频谱使用的FCC和NTIA两个联邦机构的协调失能。NTIA主要负责监督联邦机构对频谱的使用,并就相关问题向总统提供建议。FCC是一个管理美国商业频谱的独立监管机构,两者之间经常因为选民、联邦频谱用户、以及商业应用的利益冲突而遭遇纠纷。 两机构之间没有相互制衡的权利,但作为分工和职责不同的美国无线电频谱管理部门,根据美国国内无线电频谱需求、使用情况进行频谱重新分配、协调是其应有之义。

美国国会已颁布政策,使更多的频谱可用于商业用途,在某些情况下,对联邦机构使用频谱重新分配用于商业用途,在保证美国防部和商业系统在不降低国防部能力的情况下使用相同的频率,实现频谱共享。 5G技术及未来6G技术将增加对额外频谱的需求,可能会改变国防部使用频谱的方式,需要不同的频谱分配。这些工作需要FCC与NTIA之间协调,并协调相关部门。

近期,该两部门采取行动,加强相互之间协调工作。2022年2月,FCC和NTIA达成一致,将加强机构之间的直接沟通,包括每月例行举办的正式会议,联合制定频谱规划。此外,两监管机构将更明确地定义其在频谱管理方面的角色、就频谱分配政策展开合作,以及合作制定可分析频谱干扰和兼容性的流程。2022年3月, FCC和NTIA就频谱问题展开合作互派工作人员,指定工作人员参加对方的顾问委员会。2022年8月2日,FCC和NTIA发布新的谅解备忘录,促进两个机构之间加强协调。这些举措将会对频谱分配及协调工作产生积极影响。

但频谱重新分配工作,除了FCC和NTIA两个部门外,还涉及许多利益相关部门,如果这些部门间没有长期的跨机构合作战略,缺乏统一的组织和领导机构,FCC的频谱重新分配工作将面临持续的重重障。这些问题将会影响了美国参与有关全球频谱使用监管的国际会议。虽然GAO提出了相应的针对性建议,但FCC和NTIA在改进规划和机构间协作、加强频谱重新分配、提高频谱管理水平工作方面还有许多工作要做。

3.2 发挥技术手段作用进一步提高频谱管理效率

综合运用行政、技术和工程等手段对电磁频谱使用进行筹划、组织、协调和控制,以免频率使用设备、系统及业务间发生相互干扰是频谱管理的主要手段。

早期和当前的频谱管理主要依靠人工制定频谱政策、频率规划和使用规则,通过为频率使用设备、系统和业务统一划分频段、分配频率来实现,在频率需求较为有限、电磁环境相对简单的情况下比较适用。这种管理模式侧重计划分配、被动响应,人工成本高,管理效低下,难以适应目前频谱需求快速增长及电磁环境的快速变化的情况。

从长远发展来看,充分发挥技术手段的作用,进一步提高频谱管理效率是一种较为快捷、高效、经济的方式。在提高频谱利用率方面,5G系统中可采用多天线技术,使用具有大阵列增益的波束赋形、多个数据流空间复用、高的空间聚焦多用户传输技术等;采用认知无线电技术,在部分频谱已经固定地划分给授权用户的情况下,认知用户通过先进算法可以对电磁环境进行感知,检测未被使用的空闲频谱,估计信道状态信息、预测信道容量,从中选择最优可用频率并接入,与授权用户实现频谱共享空闲频段,并调用这些空闲频段为用户服务,提高总体的频谱利用率。

此外,人工智能技术的蓬勃发展为频谱管理模式的变革带来了新的机遇,深度学习、群体智能、区块链等新兴技术在频谱数据分析、控制信道分配、防欺骗决策等方面表现出优越性,使频谱机会发现和利用能力不断提升。

3.3 频谱政策对移动通信产业创新与商业模式影响深远

无线电频谱是移动通信产业发展的基础资源与核心要素,频谱政策深刻影响着技术路线、建设成本和商业模式。当前,无线电频谱需求快速增长,移动通信业务与其他地面业务、空间业务间的频率使用矛盾日益突出。如何高效开发和利用频谱资源,为移动通信产业创新和可持续发展注入强大动力,是各国无线电频谱管理部门面临的重大课题。统一的、强有力的组织和领导机构协调各相关部门的利益,问题的快速处理及落实,充分发挥高新技术手段的作用,多策并举可能是实现频谱管理的有效手段。

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作者丨潜行

编辑丨郑实

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