即将到来的频谱危机

美国无线网络面临着即将到来的容量危机，如果不能为新一代5G分配新的频谱，将导致性能大幅下降，对整个经济产生严重的影响。网络很快将无法满足需求，导致频谱短缺问题日益严重。频谱短缺最早可能从2026年开始影响消费者。到2027年，网络在高峰时段将无法满足高流量区域近四分之一的交通需求。附加全功率中频段频谱必须获准许可以提升网络容量、帮助企业创新并扩展其服务，同时为用户提供更快、更可靠和更安全的连接。 目录 执行摘要执行摘要3引言引言1111频谱短缺对无线网络的影响频谱短缺对无线网络的影响2020企业缺乏更多频谱所带来的风险企业缺乏更多频谱所带来的风险2929下游对消费者的影响下游对消费者的影响3535光谱不采取行动对美国的影响光谱不采取行动对美国的影响4343行动呼吁：核心建议行动呼吁：核心建议5050附录附录5353 执行摘要 对美國經濟的影響 峰值需求将在2035年得到满足6没有更多频谱，提高容量将具有挑战性，因为除了频谱之外的其他杠杆产生的回报显著递减。 美国正面临频谱危机，这对美国经济增长具有长期的负面影响。对频谱的需求不断上升。网络和供应限制正推动网络达到其 美国失去的经济机会不颁发更多中频频谱给5G及其后续技术将会是： 这种对网络的压力将损害美国企业。上游制造商和生态系统解决方案提供商将缺乏创新的动力和能力。随后，先进无线技术的下游企业终端用户将失去访问下一代技术的机会，限制其数字化转型和生产力的潜力。无线应用场景对于智能城市和应急响应管理也将退化。 限制。必须将额外的全功率中频段频谱进行授权，以增强网络容量，使企业能够创新并扩展其服务，并为用户提供更快、更可靠、更安全的连接，以提升美国的全球技术领导地位。未能这样做将导致美国在2025-2035年间失去1.4万亿美元潜在GDP。1*. 3000亿每年对美国GDP的贡献由203510* 消费者也将受到影响。由于网络无法满足预期，远程视频会议和移动娱乐的用户体验将恶化。成本可能会上升，因为像固定无线接入（FWA）这样的成本效益服务受到限制，运营商在扩展和建设容量方面的成本也将增加。7下一代消费者用例，包括移动人工智能应用、扩展现实（XR）设备和自动驾驶汽车，这些有潜力彻底改变日常生活的产品，将不会进入市场。研究表明，无线网络将难以满足移动人工智能的需求，从人工智能设备产生的数据流量将很快在2028年超过容量，并持续增长到超过三分之一的AI需求到2029年将无法满足。8. 我们之前发表的论文《全球频谱协调的论据》强调了已经全球协调或正在向协调方向发展的核心5G频段，以及美国发挥更积极领导作用的机遇。2美国自2022年以来未能为商业用途提供任何统一的频段或额外频谱。同时，自2021年以来，数据消费每两年就会翻一番。3到2027年，美国预计将面临关键频谱短缺，届时在高峰时段，可用频谱将无法满足高流量区域的连接需求。4美国必须颁发额外的频谱许可证，以确保可靠的无线网络，支持5G采用的增长，并维持美国经济的生产力引擎。 1.4T累计到2035年对美国的GDP11* 最后，在美国在5G及以后的竞争赛中，该国面临着失去其全球领导地位的风险。如果没有额外的授权频谱，该国在2025-2035年之间可能损失1.4万亿美元的潜在国内生产总值。9同行国家在频谱可用性和5G创新方面也正在领先，这给美国国家安全带来了风险。 无线网络的影响 网络将只能满足 本文探讨了即将到来的频谱短缺对美国无线网络、企业、消费者以及国家的影响。没有额外的频谱，移动网络将无法满足需求，从而可能导致无线网络性能的实质性下降。 美国政策制定者必须解决频谱危机。这可以通过为商业用途颁发更多中频段频谱许可证来实现。这将为企业、消费者和该国提供维护美国在全球技术领域地位所需的可靠无线网络。领导地位在5G及未来无线世代，并持续维持美国经济的生产力引擎。 27%到2035年高峰时段预期的交通需求12* 随着连接需求超过频谱供应，它将导致更多频繁的网络拥塞，降低服务质量，并阻碍下一步行动。生成用例。 频谱短缺将从2026年开始影响消费者，到2027年，在高峰时段，网络将无法满足高流量区域近四分之一的交通需求。5这将会恶化至仅27%。 自2022年以来，美国尚未获得额外的中频段频谱许可 全球同行在许可频谱方面处于领先地位。 频谱供给无法满足需求。 到2027年，为了满足美国在连接需求方面的需求，所需频谱量将比可用频谱量多出401 MHz，假设没有额外的新的频谱分配。许可的13随着对先进无线技术的需求用例持续增长，这一短缺可能会超过三倍，到2032年达到1423 MHz，使美国处于危险境地14. 截至2022年，美国有450 MHz的授权中频谱可用，并且自那时起没有发放额外的频谱许可。15至2027年，预计美国将落后于中国、日本和南韩。 韩国、沙特阿拉伯和英国的平均值在520 MHz*频段中，这使美国在全球无线领域的领导地位面临风险，并威胁到美国的经济和安全利益。16. 立即采取前瞻性的频谱政策是一项紧迫的任务。 无线网络、消费者、企业以及美国经济都将面临没有额外频谱的重大影响。 网络影响 对企业的影响 随着网络拥塞加剧，运营商在应对负面影响方面面临日益增加的挑战。如果当前趋势持续，到2027年，网络在高峰时段将无法满足近四分之一的流量需求。 网络 网络拥塞降低网络性能。 • 每个设备的带宽，或数据发送和接收的数量将会减少。网络每台设备，这种降低减少了视频、语音和文本等用例中传输和接收的数据量。• 延迟，或者数据在设备与网络之间传输所需的时间，将会增加。延迟越高，数据与信号传递的延迟时间就越长。在网络上进行传输、接收和同步。 网络性能和容量升级将受到显著影响。 在无线网络需求超过频谱供应的时期，会出现网络拥塞。网络拥塞伴随着更高的延迟和带宽减少——两个会降低用户性能的因素 频谱仍然是增加容量的最佳解决方案 如果不对不断增长的需求采取任何措施，到2027年高峰时段网络容量将仅满足77%的交通需求。21.* 这种赤字将在2035年显著恶化，因为网络高峰时段将仅满足27%的需求22采取明确行动批准增加频谱许可证将有助于缓解拥堵问题，使运营商能够有效规划短期需求，同时等待新的频谱。 频谱是唯一可行的经济和物理手段，用以增加网络容量。运营商将在密集区域增加新的基站，但没有额外的频谱，无法快速或经济高效地完成这一任务。另一个主要手段，即利用现有设备实现频谱效率提升，受到香农极限的物理限制——这使得它成为满足未来需求的不可持续解决方案。23. 无线生态系统依赖于频谱。 无线价值链上的组织未来将在经济上遭受损失，终端用户将难以获得创新无线功能。 频谱对于无线价值链上的企业至关重要。 创新、投资和高级用例面临风险。 上游供应商例如，OEMs在更多频谱可用时受到激励，生产先进芯片组和网络设备，从而有利于下游技术提供商。24. 无线网络，由许可频谱驱动，能够使组织实现数字化转型，从而为公共领域解锁显著的操作效率、生产力和安全效益。并且私营企业。这些效率和好处共同有助于加强美国经济。 技术生态系统提供商 依赖创新 上游技术以及足够的频谱来支持高级产品，例如自动驾驶平台和增强现实设备。 没有频谱，上游原始设备制造商（OEMs）和生态系统解决方案提供商将缺乏创新和构建新产品及服务的动力。反过来，工业终端用户将无法获得下一代无线技术，这会降低他们的运营效率和生产力。以自适应交通信号为例，这种允许城市减少驾驶员出行时间的智能城市技术，将因网络限制而无法实现规模化。 企业 企业端用户 利用先进的无线技术产品以提高效率和生产力，依靠在充足的频谱上确保这些用例能够运行。 示例：公共事业公司利用5G无人机监测森林火灾风险，节省了至少10%的运营成本。高清视频流需要高带宽，而操作无人机需要极低延迟以避免与树木和建筑物相撞。25. 网络拥堵降低了消费者的生活质量。 消费者可能很快会面临在拥挤区域使用移动设备时无法正常运行的风险 网络性能不佳对消费者生活产生超常影响 没有额外的频谱，消费者将面临网络拥塞的影响。网络拥塞会导致服务质量的下降，通过降低带宽和提高延迟来实现，这最终会导致消费者生活质量的下降。此外，与美国拥有更多频谱可用国家的消费者相比，美国消费者将难以获得下一代技术，如移动人工智能应用、XR设备和自动驾驶汽车。 美国将失去其在全球技术和经济领域的领导者地位。 1.4万亿美元的经济机遇在未来10年内处于风险之中，除了美国的科技领导地位和国家安全。 经济领导 技术领导力 国家安全 高级无线网络预计将在未来10年内为美国带来显著的经济提升*。但频谱短缺将限制这些益处。 同侪国家将在制定国际标准中扩大其影响力。 随着国际同行开始在制定标准、制造设备和开发下一代产品和软件方面领先，美国消费者和企业将更加容易受到潜在的外国威胁行为者的威胁。 下一代连接平台和市场将在国外出现。 3000亿 2035年美国GDP年损失机会27* 1.4T ▼ 到2035年累积失去的美国GDP机会28* 行动号召：立即行动的时刻 政策制定者必须紧急授权额外的商业中频段频谱，以解决美国迫在眉睫的频谱短缺问题。 美国面临着即将到来的频谱短缺。为了避免下游影响，政策制定者必须颁发更多许可证。充分发挥功率的商业中频光谱。无 频谱，无线网络的品质和可靠性将无法满足消费者和企业的 期望，美国将错失经济增长潜力，并且国家安全利益将受到威胁。最具实用价值的是全球范围内3.3-8.5 GHz频段的谐调频谱，该频段将使美国重回正轨以解锁3000亿在年度经济机遇中，应对紧迫美国公众和商业部门的无线需求 并且加强美国的战略利益。 频谱概述 电磁频谱32 什么是无线电频谱？ 无线电频谱，或称为频谱，是一种无形的基础自然资源，它促进了无线数据传输。没有频谱，移动互联网、电话通话、电子邮件和卫星通信将无法实现。29. 电磁频谱包括无线电频谱，其中包含各种频率（参见“电磁频谱”和“无线电频谱”，见右）。30). 这些频率被分成了众多频段，每个频段都有其独特的技术应用，这基于其覆盖范围和容量特性。 本文重点关注下中频段的部分，被描述为3GHz至8.5GHz频段范围。这些频段目前大多数5G网络正在使用，并且也将为未来的6G网络提供可用性。31. 如何对频谱进行监管？ 为了防止用户之间发生干扰，各国政府机构监管其在各自国家内的频谱使用。在美国，联邦通信委员会（FCC）为特定频段颁发商业使用许可证。国家电信和信息管理局（NTIA）管理联邦频谱分配。 频谱支撑蜂窝网络性能。 更多覆盖面 美国未能为网络获得更多频谱许可。 前一份白皮书《美国频谱分配》探讨了美国额外授权的频谱如何使无线服务提供商能够继续扩展5G连接并解锁5G赋能的创新。38我们确定了三个频段，这些频段为满足无线运营商额外5G部署需求提供了最大的潜力：低频3 GHz，中频4 GHz，以及7到8.4 GHz频段。 我们随后发布了《全球频谱协调的案例》，在该案例中，我们探讨了那些核心频段要么已经实现全球协调，要么正朝着协调的方向发展，以及美国发挥更积极领导作用的机遇。39. 消费者现在比以往任何时候都更依赖于无线连接。 美国的数据消费量正在以越来越快的速度增长，随着网络的不断升级而提高。 美国消费者依赖移动连接来满足日常生活中至关重要的方面，使用的流量比以往任何时候都要多。到2023年，美国消费者使用了超过1000亿GB的移动无线数据，几乎是两年前的两倍。41超过91%的美国成年人拥有智能手机。42这包括15%的成年人是“仅智能手机”互联网用户，意味着他们拥有一部智能手机，但不订阅固定宽带。43无论消费者是否有固定宽带连接。不，他们在外出时完全依赖移动网络。美国成年人的67%。 智能手机用户，包括80%的18-29岁人群，使用手机进行导航和交通出行。44消费者对移动连接的需求是永无止境