原文作者：Alexandra Witze

美國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始拍賣下一代通信網(wǎng)絡(luò)（即5G網(wǎng)絡(luò)）的無(wú)線電頻段了，但其中部分頻譜與一些主要測(cè)地衛(wèi)星的工作頻譜非常接近，氣象學(xué)家擔(dān)心5G信號(hào)的傳輸將會(huì)干擾他們的數(shù)據(jù)采集工作。

這張假彩色衛(wèi)星圖顯示了美國(guó)大陸上方的水蒸氣分布。

來(lái)源：美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局 

如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)或電信公司不采取措施降低這些干擾風(fēng)險(xiǎn)，那么經(jīng)由美國(guó)5G無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)上空的測(cè)地衛(wèi)星將無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)大氣中的水蒸氣濃度——美國(guó)等國(guó)的氣象學(xué)者需要這些數(shù)據(jù)作為模型參數(shù)，而參數(shù)的失效可能會(huì)影響全球的天氣預(yù)報(bào)。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的氣象學(xué)家Jordan Gerth說(shuō)：“這是一個(gè)全球性問(wèn)題?！?/p>

目前，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）以及美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）正在與掌管美國(guó)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配的聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）進(jìn)行非常重要的談判。NOAA和NASA希望FCC能和他們一起保護(hù)用于地球觀測(cè)的頻段不受5G信號(hào)的干擾。然而，F(xiàn)CC不久前剛完成首輪5G頻譜的拍賣，幾乎沒(méi)聽(tīng)到什么保護(hù)措施。拍賣會(huì)于4月17日落下帷幕，獲利近20億美元。

共享天空

鑒于美國(guó)的通信市場(chǎng)規(guī)模巨大，美國(guó)政府如何部署5G網(wǎng)絡(luò)的決定可能會(huì)影響其他國(guó)家的后續(xù)監(jiān)管政策。來(lái)自世界各地的監(jiān)管機(jī)構(gòu)將齊聚10月28日在埃及召開(kāi)的會(huì)議，共同商討并確定可商用的5G頻段，以及可以接受的測(cè)地信號(hào)干擾水平。

雖然天文學(xué)家、氣象學(xué)家和其他科學(xué)家早就開(kāi)始與其他用戶共享觀測(cè)頻譜，時(shí)不時(shí)也會(huì)轉(zhuǎn)到不同頻段以防干擾。但“這是有史以來(lái)第一次威脅到了我們的‘掌上明珠’，我們必須不計(jì)一切代價(jià)捍衛(wèi)這些頻段，”供職于歐洲中等尺度天氣預(yù)報(bào)中心的氣象學(xué)家Stephen English說(shuō)。

這些極為重要的頻段包括23.8GHz（千兆赫）——大氣中的水蒸氣會(huì)在這一頻率釋放微弱的信號(hào)。歐洲MetOp探測(cè)器之類的衛(wèi)星專門監(jiān)測(cè)這一頻率的地球輻射能量，據(jù)此評(píng)估地球上大氣的濕度。這些測(cè)量可以不分晝夜地進(jìn)行，即使有云層也不要緊。天氣預(yù)報(bào)人員隨后再將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入大氣模型中，預(yù)測(cè)暴風(fēng)雨和其他天氣系統(tǒng)在接下來(lái)幾小時(shí)和幾天內(nèi)的變化。

問(wèn)題是，那些傳輸頻率幾乎相同的5G基站會(huì)產(chǎn)生與水蒸氣釋放信號(hào)非常類似的信號(hào)，從而造成混淆。Gerth對(duì)此表示：“我們無(wú)法判斷信號(hào)是否有人工成分。”如果天氣預(yù)報(bào)人員在模型中輸入這些不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，天氣預(yù)報(bào)就會(huì)變得不準(zhǔn)。

“鄰居”好吵

近期舉行的FCC拍賣會(huì)主要涉及兩個(gè)頻段：一個(gè)是24.25-24.45 GHz，另一個(gè)是24.75-25.25 GHz。如果無(wú)線設(shè)備在這一范圍的低頻段附近進(jìn)行信號(hào)傳輸，可能會(huì)干擾23.8 GHz頻段的水蒸氣測(cè)量。FCC未對(duì)《自然》的評(píng)論請(qǐng)求作出回復(fù)。

Gerth說(shuō)，這就好比你家隔壁住了一個(gè)很吵的鄰居。如果鄰居用很大的音量放音樂(lè)，噪聲也會(huì)透過(guò)墻壁進(jìn)入你的房間。但是，如果你能讓鄰居把音量調(diào)低，你就能睡得香一點(diǎn)。

來(lái)源： ITU 

無(wú)線電頻率工程師通常以分貝瓦（decibel watt）為單位測(cè)量噪聲。監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)設(shè)定允許的噪聲上限，數(shù)字越負(fù)表明噪聲控制越嚴(yán)格。FCC拍賣將美國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的噪聲上限設(shè)定在-20分貝瓦，這幾乎比所有國(guó)家正在考慮的5G噪聲都要高很多。比如，歐盟委員會(huì)將5G基站的噪聲上限設(shè)定為- 42分貝瓦，而世界氣象組織（WMO）則推薦上限為-55分貝瓦。

對(duì)于即將在埃及召開(kāi)的會(huì)議，許多人士希望WMO推薦的噪聲上限能促使監(jiān)管各方對(duì)標(biāo)更為嚴(yán)格的全球噪聲標(biāo)準(zhǔn)。Eric Allaix表示，由于噪聲的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不同，美國(guó)提案所允許的噪聲可能是歐洲提案的150多倍，更是WMO計(jì)劃的3000多倍。Eric是法國(guó)氣象局的一名氣象學(xué)家，目前領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)WMO無(wú)線電頻率協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組。

未來(lái)隱患

假使23.8 GHz和其他至關(guān)重要的地球觀測(cè)頻段的干擾越來(lái)越多，天氣預(yù)報(bào)到底會(huì)受到多大影響呢？Gerth說(shuō)這方面的研究目前相對(duì)較少。“但失去的頻段越多，后果也越嚴(yán)重，”他說(shuō)。

據(jù)悉，NOAA和NASA已經(jīng)完成了對(duì)不同噪聲干擾水平所產(chǎn)生影響的研究。在美國(guó)國(guó)會(huì)可能不止一次的正式要求下，該研究至今尚未公諸于眾。2010年，一份來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院的報(bào)告得出了如下結(jié)論，如果科學(xué)家們無(wú)法獲得23.8 GHz頻段傳輸?shù)男盘?hào)，就會(huì)失去30%的微波頻率數(shù)據(jù)，而這些有用數(shù)據(jù)對(duì)全球天氣預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)可謂非常重要。

English表示，如果缺失美國(guó)的大氣數(shù)據(jù)，歐洲的天氣預(yù)報(bào)也會(huì)受到嚴(yán)重影響，因?yàn)闅W洲的天氣模式往往取決于之前3-4天美國(guó)的天氣情況。

NOAA隸屬的美國(guó)商務(wù)部表示“將堅(jiān)定支持美國(guó)政府鞏固其5G領(lǐng)導(dǎo)地位的相關(guān)政策，同時(shí)持續(xù)推進(jìn)政府和科研層面的重大項(xiàng)目”。NASA局長(zhǎng)Jim Bridenstine拒絕發(fā)表評(píng)論，但在4月初的一次機(jī)構(gòu)會(huì)議上詳述了自己對(duì)5G的擔(dān)憂。Bridenstine當(dāng)時(shí)說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題事關(guān)重大?！?/p>

FCC的下一輪5G拍賣計(jì)劃于12月啟動(dòng)，這也將是美國(guó)史上最大規(guī)模的一次拍賣。新一輪拍賣將增加三個(gè)頻段帶——包括用來(lái)觀測(cè)降水、海冰和云層的衛(wèi)星工作頻段。

原文以Global 5G wireless networks threaten weather forecasts為標(biāo)題

發(fā)布在2019年4月26日《自然》新聞上

?

Nature|doi:10.1038/d41586-019-01305-4