5G 通信網路是否真的會影響天氣預報預測？
新聞裡面說的，真的有可能嗎？
天氣預報頻段和5g頻段真的會有關聯嗎？
據《自然》雜誌4月26日報道，美國政府已經拍賣及計劃還將拍賣的一些5G通信網路頻段，接近衛星監測關鍵氣象信息的頻段。因此，來自手機和其他設備的5G傳輸或將干擾氣象學家的數據採集，威脅全球天氣預報能力，造成生命財產損失。
「這是一個全球性的問題。」美國威斯康星大學麥迪遜分校氣象學家喬丹?格斯指出。除非監管機構或運營商採取降低干擾風險的措施，否則，地球觀測衛星將無法準確監測美國5G覆蓋區大氣中的水蒸氣。當這些美國及其他國家氣象學家們都依賴的數據被干擾，全球天氣預報都可能受此影響。騰訊新聞?view.inews.qq.com
通信頻譜分配最主要就是考慮相鄰系統之間的「和平共處」( harmonization)，否則兩個相鄰系統會相互干擾導致性能變差或者無法工作。
對於同步系統（相同時刻同發同收），一般不存在干擾的；只有非同步系統（相同時刻一發一收）才有干擾產生。
在這個case當中，顯然5Ｇ發射機是干擾方，而大氣探測接收機是被干擾方。
如果非同步系統之間的發射和接收如果是理想的，理想的發射模版和理想的接收模版，那麼也不用考慮它們之間的干擾。
由於發射機和收信機的非理想特性（主要是帶通濾波器並不可能做成矩形），導致發射機發信號時會在帶外發信號，我們稱之為 雜散干擾（outband emission）
同理，接收機也不可能理想，也會伸到鄰頻接收，把鄰頻信號接收下來相當於提升了雜訊（noise floor），會降低靈敏度，這一般稱為 阻塞干擾。
一般來說，只要存在鄰頻發射，由於接收機的非理想性接收機靈敏度必然降低，通常接收機一般要設計本身的抗阻塞能力以致讓靈敏度降低1dB為目標。但是收發信機在一定隔離度的場景下，發射機發射功率越大，阻帶干擾就越大，因此阻塞干擾需要一方面提升收信機抗阻塞能力，一方面也要限制發信機的最大發射功率，在這個 case中則要求
5G ERIP - Total Isolation &< 大氣觀測Receiver Max Allowed Blocking Interference Level （一般1dB靈敏度下降的干擾水平）
同理，雜散也如此。發射機的發射功率延伸到鄰頻，也會導致接收機雜訊抬升，一般頻譜發放機構也會要求發射機的鄰頻雜散的雜訊水平，在這個case就是要求
5G Emission level（在23.8Ｇ）- Total Isolation&< 大氣觀測接收機最大允許干擾水平
新聞中爭論的焦點也就是5G Emission Level的制定，一般3GPP要求鄰頻雜散為-42dBm，而FCC規定只要滿足-20dBm即可，而WMO要求-55dBm。說白了，3GPP考慮的一般都是移動通信系統之間的收發信機性能制定的；WMO認為大氣接收本身就是接收小信號，移動通信是大功率系統，雜散不能這麼寬鬆，一定要嚴格；而FCC的標準就不得而知。
但是無論如何，5G發射機應該要滿足 5G Emission level（在23.8Ｇ）-Total Isolation&< 大氣觀測接收機最大允許干擾水平 來制定標準進行頻譜發放，否則確實會傷害現有的大氣觀測系統。
補充一下：這裡的Total Isolation說的是「收發系統之間的隔離度」，很多網友都提到提高空間隔離和避免天線正對來增加天線隔離，對於24Ｇ mmWave空間距離能創造很大隔離度，所以一方面嚴格要求規範5G的鄰道泄漏，另一方面增加空間隔離應該可以滿足其兩者和諧共處的需求。
因此如果脫離定量只定性來討論這個問題是不合適的，這裡需要定量給出大氣觀測（水汽）接收機最大容忍的干擾水平，以及最小空間隔離，才能反推出5G雜散水平要求，這就決定5G發射機的濾波器要求，甚至決定5G發射機的成本。
最近5G的熱度持續暴漲，連咱們普通老百姓都能說上幾句，成了大眾的飯後談資。在瘋狂鼓吹5G、大唱讚歌的時候，這條新聞也算得上是少有的負面新聞了。新聞中「全球性」、「氣象專家」、「風暴」、「大面積癱瘓」等關鍵詞，非常有災難片的既視感，實際上，5G通信網路建設影響水蒸氣信號檢測本質上和我們每天無形中所經歷的同頻/鄰頻干擾是相同的道理：水蒸氣以23.8GHz這個頻率發出微弱的信號，當某個無線通信業務也剛好採用該頻段進行通信時，便會使得信號接收端無法區分該頻段上的兩個信號，誤以為都是本該接收的信號，從而導致水蒸氣的檢測或預測受到干擾。那麼，為什麼5G會加劇對氣象預測等「冷門」行業的影響？此類干擾是什麼原因引發的？如何避免？我們應該如何看待5G？
獲取5G頻譜牌照是進入5G市場的入場券，然而，頻譜資源總量有限，目前可用頻譜已經嚴重稀缺且已劃分的頻譜異常擁擠，其擁擠程度可以參見如下這張經典的美國頻譜分布圖。6GHz以下頻段信號覆蓋廣、穿透力強、組網成本低，更適用於移動通信，但是隨著各類移動業務的發展，僅6GHz以下頻段已經不能滿足人們對通信帶寬和速率的需求，開拓更高頻段成了提升5G通信帶寬的主要途徑。比如，美國FCC（聯邦通信委員會）已經開始或計劃拍賣5G超高頻頻譜資源，包括24GHz， 28GHz，37GHz、39GHz和47GHz等。
和頻譜資源相比，黃金的價值已經不值一提了，在頻譜日益緊缺的前提下，頻譜資源分毫必爭，這也就引發了未來5G的通信頻段將會觸及「冷門」行業所在或鄰近頻段，比如36-37 GHz這個頻段對於EESS（無源）測量降雨、降雪、海冰和水蒸氣非常重要，在過去的20年中一直用於降雪、海冰、土壤濕度、微波植被指數以及地表溫度的氣候研究。但是，隨著5G通信頻段的開發和利用，當5G採用相鄰頻段通信時，就會對以上觀測和研究產生影響。
新聞中的現象本質上是鄰頻/同頻干擾所致。鄰頻/同頻干擾與我們息息相關，無處不在。由於頻譜資源總量有限，為了提高頻譜資源的利用效率，讓用戶可以享受較大的通信帶寬和較高的速率，無線通信系統通常採用頻譜復用策略，也就是讓不同的蜂窩小區或業務可以在同一時間內使用相同的頻段。以下圖為例，當相鄰的小區使用相同頻段進行通信時，處於小區邊緣的兩個用戶能同時接收到來自各自基站和相鄰小區基站發出的信號，由於信號傳輸的頻段是相同的，用戶難以區分待接收的數據信號和鄰小區干擾，所以會在某一頻段上同時「聽到」兩個信號，從而加劇了信號錯誤接收概率，影響通信質量。去除同頻干擾的方案有很多，此文中不再一一介紹，其中一個方案是合理的頻譜調度和分配，舉一個直觀的例子：拉遠使用相同頻段的蜂窩小區或業務的距離，就像不論武漢使用什麼頻段都不可能對上海的用戶帶來干擾，遠離城市中心的船舶上使用的頻段也不會影響城市用戶。
從1G到4G通信的發展是用戶需求所驅動，每一代通信系統都會有一個新的變革性技術產生，並給通信系統性能帶來質的飛躍，比如，第一代通信系統採用模擬技術，基本只能面向模擬通話，從第二代開始採用數字技術，可以使用網路，第三代開始採用CDMA無線接入技術，實現了多媒體服務，第四代採用多天線、多載波技術，大幅提升通信速率的同時也可以支持多樣化個性化的服務。從目前來看，5G是挖掘用戶需求、提升用戶體驗的時代，5G主要服務於三大典型場景：增強型移動通信eMBB、超大規模物聯mMTC和超低延時高可靠通信URRLLC，即將催生出聽起來很酷炫的3D/超高清視頻、物聯網、無人駕駛等新興業務，這些業務使得5G成功的吸引了大量的眼球，但是在我們熱捧5G的同時也應該保持一個冷靜的頭腦，5G的關鍵技術大多是在已有技術上的改進，尚無變革性的技術擔當，而且很多熱門技術仍處於試驗階段，甚至連實驗室都還沒有走出去，我們要耐心等待5G的發展和雄起。
工程面的東西我不是很懂，無法判斷到底有多大影響。所以只是簡單查證了一下Nature的新聞報道——確實是有這個說法。
電磁波譜看似寬廣，其實由於各行各業都需要利用之，不得不加以精細的管理和規劃。
尤其是射電天文學、大氣科學等領域，關注某些特定波長的譜線，如果那些譜線頻率受到干擾，就會極大的危害相關科學領域的正常工作。
首先上個大圖：
這是2016年的美國電磁波頻率分配圖。原文件見：
https://www.ntia.doc.gov/files/ntia/publications/january_2016_spectrum_wall_chart.pdf?www.ntia.doc.gov可以看到電磁波譜已經被各種不同用途瓜分的差不多了。其中這次被認為受到威脅的是23.8GHz這個頻率，「國際電信聯盟無線電通信部門」針對大氣水汽含量的觀測做出的說明（ITU-RP.836-3）指出，有一高一低兩個頻率範圍是大氣水汽含量觀測所必需的：
低頻段是20.6 GHz 或 23.8 GHz，高頻段是31-36 GHz。
國際電信聯盟的另一份材料（ITU News 201901）則指出，在這附近有三個頻段跟水蒸氣的監測相關：
可以看到上面電磁波譜分配表中，23.8 GHz有專門預留給地球觀測衛星使用（21.2、22.2也都有）：
根據Nature報道，這次在美國被拍賣掉的頻率範圍有兩個，（24.25, 24.45) GHz，和(24.75, 25.25) GHz。其中前者被認為離23.8 GHz太近，有可能干擾到。實際上24.25GHz開頭的那個頻段距離23.8GHz頻段（23.6, 24.0）中間還隔著另外兩個已經分配出去的頻段呢，那些是給無線電愛好者使用的。我猜5G會引起更大的擔憂，原因一方面是作為大規模的通訊基礎設施，其影響範圍會遠大於三三兩兩的無線電愛好者；另一方面則是Nature報道中指出的：
美國對5G信號強度的限制，比國際氣象組織（WMO）建議值高出3000多倍，比歐洲的限制也高出了150多倍。
這樣的話，一旦5G通信時頻率產生偏差（雖然我不知道怎樣才會發生、是否會發生），就會直接廢掉23.8GHz這條譜線的觀測。
也許21.2、22.2兩個頻段仍然可以代為行使大氣水汽數據監測的使命，也許這兩個頻段不如23.8GHz好使，這個具體要由大氣相關專業的同學來解釋。Nature說23.8 GHz廢掉會損失30%的數據，不知道指的是不是只剩21.2、22.2可以用的意思。
最後看一下Nature報道給出的大氣監測所需頻段和5G候選頻段的比較：
以及附上ITU新聞雜誌裡面的這張表：
和對此表的一段中文說明：
首先我的答案是：理論上5G信號會影響天氣預測，但是現在以及之後的5G標準和準確的天氣預測是可以共存的。
其他答主在各自的答案中已經提到了頻譜劃分情況、天氣預測信號的頻段和發射機/接收機的性能等『5G信號是否干擾氣象監控信號』的理論原理。我從另一個角度來談談我的看法，說明為什麼我認為現在以及之後的5G標準和準確的天氣預測是可以共存的。
首先，和大家想像的不一樣的是，並不是5G標準轟轟烈烈的制定、推廣、宣傳之後，氣象學家在看電視的時候才發現『擦，這5G網路搞起來我這天氣預報就更不準了！到時候罵的人恐怕更多了~』，於是就在採訪中痛斥美國政府為了利益犧牲全球天氣預報能力，置全球廣大人民群眾的生命財產安全與不顧。我可以肯定關於『5G信號是否干擾氣象監控信號』早在5G標準開始制定的時候就已經進行過詳細的研究和討論了。
5G標準在制定之初就對『5G能夠使用哪些頻譜』這個問題進行了詳細的規劃和論證，Sub-6GHz及毫米波頻段是5G的推薦頻段，各個國家也都會在這兩類頻段中為本國5G網路劃分出相應的頻段。
- Sub-6GHz指的是6GHz以下頻段，有良好的覆蓋能力，現在的2G、3G、4G使用的就是Sub-6GHz的頻段；
- 毫米波通常是指30GHz至300GHz之間的無線電頻譜，5G中的毫米波頻段就是26GHz以上的頻譜。
而可能對天氣監控信號產生干擾的就是指5G的毫米波頻段。『5G可以使用哪些毫米波頻段』、『使用某些毫米波頻段作為5G頻段會對相鄰頻段的信號造成什麼影響』、『能不能犧牲一些代價或者用工程手段做出一些限制使用某些毫米波頻段來作為5G頻段』等等這些問題都是5G標準制定的重中之重，沒有一個合理的結論是不會輕易將某個頻段作為5G頻段進行推薦的。
那麼這些工作是由誰來做的呢？答案就是大名鼎鼎的國際電信聯盟（ITU）。
國際電信聯盟（法語：Union Internationale des Télécommunications，簡稱 UIT; 英語：International Telecommunication Union，簡稱 ITU）是一個國際組織，主要負責確立國際無線電和電信的管理制度和標準。它的前身是1865年5月17日在巴黎創立的國際電報聯盟，是世界上最悠久的國際組織。它的主要任務是制定標準，分配無線電資源，組織各個國家之間的國際長途互連方案。它也是聯合國的15個專門機構之一，其總部設在瑞士的聯合國第二大總部日內瓦。——wikipedia
ITU管理下負責無線電通信管理的部門叫 ITU Radiocommunication Sector，縮寫ITU-R，就是由ITU-R組織了各個國家對『在高頻段繼續為IMT尋求頻譜資源』這個課題進行研究，這個課題的名稱翻譯成通俗的語言就是『在毫米波這邊找找還有哪些沒人用的趕緊先給5G用上』。
2015年為了研究這個課題，ITU-R臨時成立了任務組TG 5/1，並為各個工作組分配了具體的任務，也就是先合計合計該怎麼干。
在這個階段各個工作組的分工不同：有的工作組負責收集5G的需求，就是問問5G需要多少頻譜，最大的多大，最小的多小；有的工作組負責統計整理毫米波頻段原有的業務自身的參數和保護準則，就是問問5G的鄰居們要是5G做你的鄰居你對他有什麼要求，當然5G對你也可能有要求，你自己也說說你的特點；有的工作組研究5G信號在某些毫米波頻段的影響應該怎麼預測，是模擬好還是實際調研好，或者乾脆理論分析就行。這個階段的工作就是從各個方面考慮到底怎麼樣才能科學的有效的評估『把xx-yy毫米波頻段分配給5G使用』的影響和利弊。
2016年5月TG 5/1第一次會議召開，正式啟動了這個研究，相當於完成了第一階段工作，後續的具體工作開始由各個成員機構實施。
第一階段其實都是在研究『該怎麼干』，而真正的『幹活』還是由各個成員（國家和企業）來干。各個國家的標準機構、通信企業和科研機構在這個階段中按照TG 5/1第一階段指定的要求開始工作，比如美國的FCC（聯邦通信委員會）、中國的CCSA（中國通信標準化協會），當然還有華為、中興、愛立信、高通等公司。同時原來使用毫米波頻譜的行業肯定也參與了進來，包括無線電導航、衛星地球探測、空間研究、射電天文、航空通信、衛星廣播、氣象監測等等。
這個過程和我們在村裡蓋房子一樣，你首先要考慮離鄰居家多近，要留多寬的路，廚房不能對著鄰居的窗口，應該蓋多高才不會擋住鄰居的採光等等。這個過程也和在村裡蓋房子一樣，充滿了討價還價，相互間的博弈等等。
第二階段是漫長的，一輪又一輪的會議不斷召開，每個成員都會在會議上拿出針對某個頻段的研究結果進行討論，不同成員的研究結果也會進行比較。
大家想像中的會議討論：
A：xx頻段不行，不能給5G用。
B：我覺得可以。
C：我覺A說的對。
主席：多數服從少數，那就聽A的吧。
理想中的會議討論：
A：xx頻段可以給5G使用，但是在aa條件下必須滿足bb才行。
B：我們的研究顯示還必須以cc這種方式發射5G信號才行。
C：你們說的都挺有道理的啊。
主席：那就綜合一下意見，balabala…
實際中的會議討論：
A：xx頻段可以給5G用，但是在aa條件下必須滿足bb才行，這個肯定行。
B：雖然我和A的結論差不多，但我還是想說，A你真SB，明顯要以cc這種方式發射5G信號才行。
A：凸(艹皿艹 )，B你才SB呢，你那白痴假設，碰巧得出和我一樣的結果算你運氣好。
AB互罵中…
C：大家停一下，我有一言，我不是針對誰，我是說在座的各位都是垃圾，xx頻段明顯不行嘛！
A、B：WRNG，C你的模擬方法全是錯的！！！
ABC互罵中…
主席：…既然沒有統一的結論，那我們下次再繼續討論吧。
雖然是調侃但是這個項目上各個國家間的研究結果差異還是很大的，因此也導致了進度的緩慢，比如據說在某次會議上討論26GHz頻段是否能夠給5G使用，ITU-R TG5/1兼容性研究中各國結果都表示5G能夠和現有的業務共存，只不過不同國家間的模擬條件差異很大，而只有某毛熊說不行，於是大家都覺得是某毛熊的模擬條件有問題，於是26GHz頻段又推到了下次會議討論。而31.8-33.4GHz頻段上，ITU-R TG5/1兼容性研究中表示結果很差，於是5G直接放棄了此部分頻段。
ITU-R最後給出的結果是十分詳細的，每個推薦給5G使用的毫米波頻段都詳細的描述了需要滿足的條件，例如如果xGHz頻段分配給了衛星通信，x旁邊的頻段給5G使用時。必須滿足最大發射功率低於a，與衛星地球站間隔b以上，在K信道模型下等等。ITU-R給出的5G毫米波頻譜不是指定的，各個國家會根據本國的頻譜分配情況進行設計，但是不會脫離ITU-R的規範。
回到5G信號對氣象監測信號干擾的問題，如果問題中文章的說法成立，『24.25-24.45GHz和24.75-25.25GHz這兩組頻率範圍內發射信號的無線電設備可能對以23.8GHz頻率發射信號的水蒸氣監測造成干擾』。那麼只有如下的可能：
- ITU-R的工作有問題，漏了氣象監測這茬了；
- 美國FCC工作有問題，明明知道這段頻譜ITU-R說不能用還是給拍賣了；
- 5G信號對氣象監測信號干擾已經考慮過了，有更有說服力的研究證明5G信號在一定條件下通過工程的手段在鄰頻部署對23.8GHz頻率發射信號的水蒸氣監測的干擾是可以避免或者接受的。
1和2顯然是不可能的，而3的可能性是最大的，因此我認為：理論上5G信號會影響天氣預測，但是現在和之後的5G標準和準確的天氣預測是可以共存的。
可能有人會認為上面說的都是P話，沒有直接證明到底5G信號會不會影響氣象監測。我想說，說得對，因為我認為『5G信號會不會影響氣象監測』這個問題是十分複雜的，即使ITU這樣的機構也需要集全球之力花費數年時間來研究，像我們這樣的常人甚至某個領域的專家也不可能短時間內論證出結果。我能做的就是評估ITU-R的研究流程和方式是否科學合理，從而選擇是否相信它給出的研究結論。
對於騰訊這篇文章中的問題，我認為是『科學』vs『科學』的問題，而不是『商業利益』vs『科學』的問題。無論是文中的氣象學家還是NOAA和NASA，他們的態度是用科學的方法對5G信號產生的干擾進行研究，然後來挑戰ITU-R得出的現有5G毫米波頻段合理的結論，這是非常正常的且有益的，無論最後是哪一方妥協都會促進相應的領域或行業發展。而ITU-R給出的5G推薦毫米波頻段也是經過科學的方法進行研究而得出的結論，也是十分可信的。
PS：騰訊這篇文章文末暗指『中國5G網將使用的頻段並未涉及高頻段』這是不對的，2018年12月分配的5G頻段確實是Sub-6GHz的頻段，但是毫米波頻段也是中國5G必選的頻段。CCSA不止一次在會議上推動各個成員在我國5G毫米波頻段規划上加快進度了，而26GHz同樣是很有希望的候選頻段。至於為啥中國的5G毫米波頻段規划出來得這麼慢，我猜測可能也有同樣的『其他技術需求』vs『移動通信5G需求』的技術爭論發生在中國的5G標準化會議上。
最近正好看了些資料，寫個學習筆記，還請各位大佬多多指教。
這事目前主要是兩方在博弈，一方是三個字母的美國通訊委員會（FCC），他們負責拍賣5G頻段；另一方是四個字母的美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）和美國航天局（NASA），他們用衛星觀測地球做天氣預報和科學研究。
為啥都是美國的呢？據說是因為美國的中頻資源基本都被聯邦政府和美軍佔用了，所以FCC最近拍賣的都是高頻（也就是毫米波）的頻段，比如24.25和24.45 GHz這種，而這種毫米波正是氣象衛星的重要觀測波段，比如NOAA的衛星在23.8 GHz測量水蒸氣的微弱發射來做天氣預報。
矛盾的關鍵在於，無線電波這東西，在相近的頻率之間會有干擾。這點用過收音機同學可能深有體會，雖然電台標明了很精確的頻率（比如103.9 MHz），但是在這個頻率附近仍然能收到它的信號，有時候多個電台的信號還會相互干擾。
NOAA和NASA擔心的就是一些毫米波的5G信號可能會對相鄰波段的氣象衛星觀測造成干擾，從而影響天氣預報的精度（現代天氣預報高度依賴衛星觀測數據），用NOAA代理局長的話說——這種干擾會使天氣預報的準確度降低30%，倒退回上世紀八十年代水平。
在美國，颶風、洪水等災害時有發生，天氣預報的準確性可以說是非常重要的。但是架不住5G頻段是一筆大生意（一個就要幾十億美元），而且據說FCC背後有白宮的支持，因為高頻可以承載更多信息量，所以可以提供更大帶寬和更快的網速，白宮的川大統領可能覺得這代表了美國5G的先進發展方向。於是NOAA和NASA在美國國內沒法協調解決這件事，只好寄希望於國際。
同時，因為地球的天氣和氣候系統是一個整體，所以美國區域的數據不準可能會對其他地方（比如歐洲）甚至全球的天氣預報造成影響。
今年十月底，在埃及召開的世界無線電通信大會（WRC-19）經過四個星期的討論，終於在上周給出了一個5G毫米波頻段（24GHz）雜訊的限制標準，這個標準的單位是dBW（分貝瓦），其數值越小表明限制越嚴格——
世界氣象組織推薦的上限是-55 dBW，歐洲國家-42 dBW，美國FCC -20 dBW，世界無線電通信大會-33 dBW（8年後收緊至-39 dBW）。因為這個值是取了對數的，所以實際差別還是挺大的（幾百幾千倍）。
法國氣象局氣象學家、世界氣象組織一個頻率協調小組負責人埃里克·阿萊說，天氣預報人員對相對寬鬆的管理規定表示「嚴重關切」。
而且事情還沒完——
FCC計劃在下個月繼續拍賣毫米波5G頻段，可能會影響更多的氣象觀測數據，比如雨雪、大氣溫度、雲等的觀測（見下圖）。
至於我國的情況，用《人民郵電報》的話說：
綜合考量國內外各方面的因素，全面對比兩種頻譜政策優劣，優先在中低頻段發展5G，更有利於我國相關產業的發展和技術創新。為此，儘管工作難度巨大，中國還是決定在美國優先發布毫米波頻段5G頻率規劃的背景下，堅持走自己的路。2017年11月15日，在已經使用3.5GHz頻段的衛星業務相關部門和單位的大力支持與協助下，工業和信息化部正式發布我國3000MHz～5000MHz頻段第五代移動通信系統頻率規劃，中國成為全球發布5G系統在中頻段內頻率使用規劃的首個國家。
參考文獻：
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01305-4?www.nature.comhttps://science.sciencemag.org/content/365/6453/528.full?science.sciencemag.org頻率規劃助中國5G發展搶得全球先機?baijiahao.baidu.com
http://www.xinhuanet.com//mrdx/2019-11/27/c_138586391.htm?www.xinhuanet.com世界無線電通信大會達成多項協議?baijiahao.baidu.com
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