FCC如何解决无线电频谱地盘之争

毫无疑问看过可怕的头条新闻:5G会导致飞机坠毁吗？他们在去年年底出现在美国之后联邦航空管理局警告说5克服务美国电话电报公司(AT&T)而且威瑞森可能会干扰飞行员赖以安全着陆的雷达高度计。美国电话电报公司(AT&T)和威瑞森(Verizon)在美国的支持下表示，事实并非如此联邦通信委员会美国已经授权5G。他们坚持说，高度计是安全的。航空旅客不知道该相信什么。

美国联邦通信委员会最近的另一项决定也引发了关于公共安全的争议:允许Wi-Fi设备使用长期被美国政府使用的6千赫兹频段点对点微波携带安全关键数据的系统。微波运营商预测Wi-Fi设备会破坏他们的系统;Wi-Fi利益相关者坚称他们不会这么做。(作为一名律师，我在随后的法律纠纷中代表了一个微波产业集团。)

一种新的基于无线电的服务是否会在同一频段干扰现有的服务似乎是一个简单的物理问题。然而，通常情况下，对立双方的技术分析会给出不同的结果。工程师之间的分歧为公共安全成为几个相互竞争的利益之一开辟了道路。我一直处于这样的争论中，所以我想分享这些问题是如何产生的，以及它们是如何解决的。

带宽之争

并不是所有的无线电频谱都是一样的。较低的频率传播得更远，在建筑物和地形中传播得更好。更高的频率提供了携带更多数据的带宽，并且在更小的天线上也能很好地工作。每个基于无线电的应用程序都有自己的需求和自己的频谱最佳点。

适合移动数据的频谱范围从几百兆赫到几千兆赫不等——4g, 5G, Wi-Fi，蓝牙，还有很多其他的。手机、平板电脑、笔记本电脑、智能音箱、支持wi - fi的电视和其他电器、物联网设备、许多商业和工业设备——它们都需要相同的频率。

问题是这个频谱区域已经被完全占用了几十年。因此，当像5G这样的新服务出现时，或者像Wi-Fi这样的旧服务需要扩展空间时，FCC有两个选择。对于5G这样的授权服务，FCC通常会将现有用户从一系列频率中清除出来——要么将他们重新打包到附近的其他频率，要么将他们重新安置到频谱的不同部分——然后将释放的频谱拍卖给新服务的提供商。为了适应Wi-Fi等未经许可的服务，FCC将新用户覆盖到与现有用户相同的频率上，通常功率更低。

美国联邦通信委员会试图为新的或扩大的服务撰写技术规则，使现有的大部分不受影响。新来者抱怨说，他们造成的任何干扰都不是他们的错，这是很常见的，他们认为这是由于现有的接收器没有筛选出不需要的信号。这种论点通常是站不住脚的。新来者必须在发现频谱及其成员时处理它们。完成这项任务的策略各不相同。

不同的现实

这座无线电塔位于洛杉矶市中心附近，配备了6 ghz固定微波天线，为当地警察和消防部门服务。乔治·罗斯/盖蒂图片社

国会禁止联邦通信委员会(和其他联邦机构)未经事先修改监管基本规则征求和考虑公众意见．在技术问题上，FCC在一份拟议规则制定通知中概述了其暂定计划后，这些投入主要来自受影响的行业。随后，美国联邦通信委员会(FCC)会在网站上发布书面意见书，通常持续一年或更长时间。

通常情况下，当事人也可以亲自向FCC工作人员和五名委员做介绍，如果他们张贴了他们所说的话的摘要。有时，工作人员利用这些会议来测试各方可能达成的妥协。

所有这些公开和透明都有一个很大的例外:其他联邦机构，如联邦航空局，有时可以向联邦通信委员会的网站提交评论，但他们也有一个私下沟通的渠道。

在频谱程序中提交的意见一般有两种。首先，新公司和现有公司都提供数据，让FCC了解各自服务的广泛需求、对经济的重要性，以及在促进教育、安全和其他公共利益方面的效用。其次，新频率使用的支持者和反对者都提交了工程研究和模拟，有时长达数百页。

可以预见的是，双方的研究得出了相反的结论。支持者表明，新的行动不会对现有企业产生有害影响，而现有企业则表明，他们将遭受毁灭性的干扰。每一方都对对方的研究进行逐点批评，并可能进行反研究，以进一步证明对方是错的。

这些另类的现实是如何产生的?这并不是因为它们基于不同版本的麦克斯韦方程。双方的研究通常不一致，因为他们对新来者的发射机特性、在位者的接收机特性以及控制两者之间交互的几何图形和传播都有不同的假设。其中一些因素的微小变化可能会导致结果的巨大变化。

实验并没有解决任何问题，而是给争议火上浇油。

有时，双方、FCC或其他政府机构可能会在实验室或现场进行硬件测试，以评估干扰程度及其影响。然而，这些实验并没有解决任何问题，只是给争议火上浇油。各方在测试设置是否真实、数据分析是否正确以及结果对现实世界的操作意味着什么等问题上存在分歧。

例如，当航空公司进行测试，发现5G传输对无线电高度计造成干扰时，无线运营商强烈质疑他们的结果。相比之下，在6-GHz Wi-Fi过程中没有进行测试，分歧集中在理论分析和模拟上。

更复杂的是，有争议的研究和试验并没有将干扰预测为二进制的是/否，而是预测了不同程度干扰的不同概率。而且，有关各方往往不同意一定程度的干扰是无害的，还是会导致受害者接收器故障。要在干扰问题上做出决定，FCC需要在充满相互冲突的不确定性的多维迷宫中走出来。以下是一些具体的问题，可以说明这种过于常见的动态。

固定的想法

塔和建筑物上那些无处不在的侧面天线是固定的微波天线。自20世纪50年代以来，这种设备一直运行可靠。6-GHz频段是目前可用的频率最低的微波频段，是唯一能实现100公里跳频的频段，因此必不可少。除了更多的行人用途外，这条波段还携带着安全关键信息:协调火车、控制石油和天然气管道的压力、平衡电网、管理水务设施，以及安排紧急电话呼叫。

这张地图上的红线显示了美国48个相邻州的位置，Comsearch记录了现有的6千兆赫固定微波链路，这有助于公司避免无线电干扰问题。这些联系几乎连接了所有地区的人们，包括钻井平台很常见的墨西哥湾近海地区。Comsearch

四年前，当FCC提议增加Wi-Fi到6ghz频段，各方一致认为，绝大多数Wi-Fi设备不会造成麻烦。从统计数据来看，大多数信号都在微波天线高度定向的主波束之外，或者频率错误，或者被建筑物、地形和地面杂波屏蔽。

争议的焦点在于，在微波天线的视线范围内，有一小部分设备可能会以正在使用的频率进行传输。Wi-Fi的支持者预计只有不到10亿台设备，使用10万个微波接收器。反对者指出，在众多的新发射机中，即使是很小的一部分也会引起令人不安的干扰事件。

为了缓解这一问题，联邦通信委员会(FCC)采用了一项规则自动频率控制(亚)系统。Wi-Fi设备必须将其位置报告给AFC中央数据库，由该数据库为其分配非干扰频率，或者在AFC引导的设备附近操作并在其控制下操作。亚足联系统还需要一两年的时间才能完全投入使用，关于其最终运作的细节仍存在分歧。

更有争议的是，FCC还授权了没有AFC的Wi-Fi设备，可以在任何地理位置以任何6 ghz频率任意传输-但仅限于室内，且不超过AFC控制的最大功率的四分之一。Wi-Fi支持者的技术研究表明，建筑物墙壁的衰减可以防止干扰。微波操作员的研究结果恰恰相反:来自不受控制的室内设备的干扰几乎是肯定的。

工程师们怎么可能用同样的方程式得出如此不同的结论呢?以下是他们分析的一些不同之处:

Wi-Fi设备功率: Wi-Fi设备的传输时间很短，平均活跃时间约为1/250。Wi-Fi的支持者同样降低了功率，把一个间歇性传输250毫瓦的设备当作持续传输1毫瓦的设备来处理。微波操作员认为只有在设备实际发射时才会发生干扰，所以他们使用全功率进行计算。

建筑衰减:混凝土建筑墙壁和热窗会使6 ghz信号衰减严重，木墙衰减较小，普通玻璃窗几乎没有衰减。Wi-Fi的支持者对几种建筑材料进行加权平均，以计算典型的墙体衰减。微波操作员推断，干扰最有可能来自普通玻璃后面的非典型Wi-Fi设备，他们据此计算，假设衰减最小。

路径损耗在估计从安装Wi-Fi设备的建筑物到微波接收天线的信号损失时，Wi-Fi的支持者使用了一个标准的传播模型，该模型包含了其他建筑物、地面杂波等造成的衰减。微波操作员最关心的是位于建筑物和天线之间的露天设备，所以他们在计算中使用了自由空间传播。

使用他们首选的初始假设，Wi-Fi支持者证明了Wi-Fi设备在广泛的典型情况下不存在干扰风险。通过一组不同的假设，微波运营商证明，在非典型位置，一小部分Wi-Fi设备存在很大的干扰风险，他们认为，将这一小部分乘以近10亿台Wi-Fi设备，干扰几乎是确定无疑的。

在云端

美国人希望他们的智能手机和平板电脑在任何地方都能快速上网。这需要很大的频谱。美国国会在2018年通过了一项法规，要求联邦通信委员会寻找更多频段，特别是考虑自20世纪60年代以来用于接收卫星信号的3.7至4.2 GHz c波段的一部分。FCC在2020年划分了频段，为5G移动数据分配了3.7至3.98 GHz。2021年初，该公司以810亿美元的价格拍卖了新的5G频率，主要卖给了威瑞森和AT&T。预计拍卖赢家还将向卫星提供商支付约130亿美元，以补偿他们转移到其他频率的成本。

附近的4.2至4.4 GHz波段用于雷达高度计(也称为无线电高度计)，这些仪器告诉飞行员或自动着陆系统飞机离地面有多高。高度计的工作原理是发射向下的无线电波，这些电波从地面反射回来，然后返回到设备中的接收器。往返的时间给出了高度。大型飞机同时使用两个或三个高度计，以实现冗余。

尽管高度计使用的频率与5G频段分离，但它们仍然会受到5G的干扰。这是因为每个发射机，包括用于5G的发射机，都会在指定频率之外发出不必要的信号。每个接收器对预期范围以外的信号同样敏感，有些接收器比其他接收器更敏感。如果5G发射器的能量落在高度计接收器的灵敏度范围内，就会发生干扰。

为了给新的5G蜂窝服务让路，联邦通信委员会重新分配了部分无线电频谱。这种重新分配导致5G传输的频率接近飞机雷达高度计使用的频段。

FCC监管发射机带外发射。相比之下，它对接收机的带外接收几乎没有规定(尽管最近开始讨论关于是否扩展它们)。制造商通常将接收机设计为在预期环境中可靠地运行，这可能会使接收机容易受到攻击，如果新的服务出现在以前安静的频谱附近，它们接收的频率。

随着c波段5G的推出，航空利益相关者担心会出现这种结果，其中一个理由是“与地面的灾难性撞击，导致多人死亡FCC的5G命令简单地驳回了对高度计干扰的担忧，尽管它邀请航空业进一步研究这一问题。该行业这样做了，重申了自己的担忧，并要求无线运营商避免在机场附近使用5G。但是这个来了后无线运营商已投入近1000亿美元，并开始扩建设施。

就像在6-GHz Wi-Fi的情况下一样，5G提供商和航空利益相关者从不同的假设开始，对干扰做出了不同的预测。存在分歧的一些关键领域是:

5G带外发射:航空利益方假设的水平高于无线运营商，无线运营商表示，航空研究水平中的数字超出了FCC的限制。

联邦通信委员会必须“从公共利益”的角度进行监管，但委员们必须确定在每种情况下这意味着什么。

高度计接收机的离信道灵敏度:目前使用的高度计有多种品牌和型号，接收器特性各不相同，导致在研究中应包括哪一种高度计方面存在分歧。

同一架飞机或附近其他飞机上的高度表．繁忙的机场有很多高度计在工作。无线运营商表示，这些设备将压制5G干扰。航空利益相关者反驳说，该地区的多个高度计会消耗彼此的干扰裕度，使它们都更容易受到5G的影响。

飞机俯仰和横滚:航空公司认为，飞机在接近跑道时角度的变化可能会使高度计接收器接触到更多的5G信号。

地面反射率:航空利益倾向于用较低的反射率值建模，这降低了高度计接收到的信号强度，从而增加了对5G干扰的敏感性。

运营商暂时暂停了一些机场附近的5G部署，航空公司取消并重新安排了一些航班。在撰写本文时，美国联邦航空局正在评估可能受到影响的飞机、高度计和机场系统。5G极有可能大行其道。如果美国联邦航空局和联邦通信委员会同意c波段5G不能在机场附近安全运行，那么无线运营商大概有权获得810亿美元拍卖费用的部分退款。

这些无线电发射塔位于加州卡梅尔山谷的黑山山顶，包括许多用于6千兆赫固定微波链路的鼓状天线。在上面

艰难的决定

长期以来，做出复杂的权衡一直是五位FCC委员的工作。他们是政治任命，由总统提名，并由参议院确认。现在在位的四人(有一个空缺)都是律师。有技术背景的委员已经有几十年了。FCC的工作人员中有能力很强的工程师，但只是顾问角色。委员们没有义务采纳他们的建议。

国会要求联邦通信委员会进行“公共利益”监管，但委员们必须确定在每种情况下这意味着什么。从法律上讲，他们可以得出任何至少在意见书中得到一些支持的结果，即使其他意见书更强烈地支持相反的结果。在6ghz和5G问题上，向FCC提交的文件在公共利益需要多少安全保护方面表达了尖锐的分歧。

为了充分保护6-GHz微波操作不受微波接收器视线范围内一小部分Wi-Fi设备的干扰，需要降低大量人群的Wi-Fi服务。同样，要消除由于5G干扰而导致的灾难性高度计故障的任何可能性，可能需要在一些人口稠密的地区关闭c波段5G。

授权6-GHz Wi-Fi和c波段5G的命令并没有走得那么远，也没有声称它们已经实现了零风险。5G的命令称，高度计有“所有应有的保护”。在6-GHz案件中，联邦上诉法院听从了其技术专长，联邦通信委员会表示，它已经“将有害干扰的可能性降低到公共利益所需要的最低限度”。

这些表述清楚地表明，安全只是综合考虑的公共利益中的几个因素之一。委员们必须在将飞机失事和管道爆炸风险降至最低的目标与无处不在的互联网接入需求以及国会重新利用更多频谱的授权之间取得平衡。

最后，委员们同意了支持者的说法，即来自6-GHz Wi-Fi的有害干扰风险“微不足道”，尽管不是零，同样来自5G的有害干扰风险“不太可能……在……合理可预见的情况下”——结论使提供新服务成为可能。

人们喜欢认为政府将公民的绝对安全置于一切之上。然而，监管就像工程一样，是一个不断变化的权衡序列。制定高速公路限速的官员们知道，降低速度可以挽救生命，但他们也考虑到了驾车者希望及时到达目的地的愿望。因此，联邦通信委员会采取类似的平衡措施也就不足为奇了。

本文发表在2022年7月的印刷版上，题为“无线电频谱地盘之战”。