5G 通信网路是否真的会影响天气预报预测？
新闻里面说的，真的有可能吗？
天气预报频段和5g频段真的会有关联吗？
据《自然》杂志4月26日报道，美国政府已经拍卖及计划还将拍卖的一些5G通信网路频段，接近卫星监测关键气象信息的频段。因此，来自手机和其他设备的5G传输或将干扰气象学家的数据采集，威胁全球天气预报能力，造成生命财产损失。
「这是一个全球性的问题。」美国威斯康星大学麦迪逊分校气象学家乔丹?格斯指出。除非监管机构或运营商采取降低干扰风险的措施，否则，地球观测卫星将无法准确监测美国5G覆盖区大气中的水蒸气。当这些美国及其他国家气象学家们都依赖的数据被干扰，全球天气预报都可能受此影响。腾讯新闻?view.inews.qq.com
通信频谱分配最主要就是考虑相邻系统之间的「和平共处」( harmonization)，否则两个相邻系统会相互干扰导致性能变差或者无法工作。
对于同步系统（相同时刻同发同收），一般不存在干扰的；只有非同步系统（相同时刻一发一收）才有干扰产生。
在这个case当中，显然5Ｇ发射机是干扰方，而大气探测接收机是被干扰方。
如果非同步系统之间的发射和接收如果是理想的，理想的发射模版和理想的接收模版，那么也不用考虑它们之间的干扰。
由于发射机和收信机的非理想特性（主要是带通滤波器并不可能做成矩形），导致发射机发信号时会在带外发信号，我们称之为 杂散干扰（outband emission）
同理，接收机也不可能理想，也会伸到邻频接收，把邻频信号接收下来相当于提升了杂讯（noise floor），会降低灵敏度，这一般称为 阻塞干扰。
一般来说，只要存在邻频发射，由于接收机的非理想性接收机灵敏度必然降低，通常接收机一般要设计本身的抗阻塞能力以致让灵敏度降低1dB为目标。但是收发信机在一定隔离度的场景下，发射机发射功率越大，阻带干扰就越大，因此阻塞干扰需要一方面提升收信机抗阻塞能力，一方面也要限制发信机的最大发射功率，在这个 case中则要求
5G ERIP - Total Isolation &< 大气观测Receiver Max Allowed Blocking Interference Level （一般1dB灵敏度下降的干扰水平）
同理，杂散也如此。发射机的发射功率延伸到邻频，也会导致接收机杂讯抬升，一般频谱发放机构也会要求发射机的邻频杂散的杂讯水平，在这个case就是要求
5G Emission level（在23.8Ｇ）- Total Isolation&< 大气观测接收机最大允许干扰水平
新闻中争论的焦点也就是5G Emission Level的制定，一般3GPP要求邻频杂散为-42dBm，而FCC规定只要满足-20dBm即可，而WMO要求-55dBm。说白了，3GPP考虑的一般都是移动通信系统之间的收发信机性能制定的；WMO认为大气接收本身就是接收小信号，移动通信是大功率系统，杂散不能这么宽松，一定要严格；而FCC的标准就不得而知。
但是无论如何，5G发射机应该要满足 5G Emission level（在23.8Ｇ）-Total Isolation&< 大气观测接收机最大允许干扰水平 来制定标准进行频谱发放，否则确实会伤害现有的大气观测系统。
补充一下：这里的Total Isolation说的是「收发系统之间的隔离度」，很多网友都提到提高空间隔离和避免天线正对来增加天线隔离，对于24Ｇ mmWave空间距离能创造很大隔离度，所以一方面严格要求规范5G的邻道泄漏，另一方面增加空间隔离应该可以满足其两者和谐共处的需求。
因此如果脱离定量只定性来讨论这个问题是不合适的，这里需要定量给出大气观测（水汽）接收机最大容忍的干扰水平，以及最小空间隔离，才能反推出5G杂散水平要求，这就决定5G发射机的滤波器要求，甚至决定5G发射机的成本。
最近5G的热度持续暴涨，连咱们普通老百姓都能说上几句，成了大众的饭后谈资。在疯狂鼓吹5G、大唱赞歌的时候，这条新闻也算得上是少有的负面新闻了。新闻中「全球性」、「气象专家」、「风暴」、「大面积瘫痪」等关键词，非常有灾难片的既视感，实际上，5G通信网路建设影响水蒸气信号检测本质上和我们每天无形中所经历的同频/邻频干扰是相同的道理：水蒸气以23.8GHz这个频率发出微弱的信号，当某个无线通信业务也刚好采用该频段进行通信时，便会使得信号接收端无法区分该频段上的两个信号，误以为都是本该接收的信号，从而导致水蒸气的检测或预测受到干扰。那么，为什么5G会加剧对气象预测等「冷门」行业的影响？此类干扰是什么原因引发的？如何避免？我们应该如何看待5G？
获取5G频谱牌照是进入5G市场的入场券，然而，频谱资源总量有限，目前可用频谱已经严重稀缺且已划分的频谱异常拥挤，其拥挤程度可以参见如下这张经典的美国频谱分布图。6GHz以下频段信号覆盖广、穿透力强、组网成本低，更适用于移动通信，但是随著各类移动业务的发展，仅6GHz以下频段已经不能满足人们对通信带宽和速率的需求，开拓更高频段成了提升5G通信带宽的主要途径。比如，美国FCC（联邦通信委员会）已经开始或计划拍卖5G超高频频谱资源，包括24GHz， 28GHz，37GHz、39GHz和47GHz等。
和频谱资源相比，黄金的价值已经不值一提了，在频谱日益紧缺的前提下，频谱资源分毫必争，这也就引发了未来5G的通信频段将会触及「冷门」行业所在或邻近频段，比如36-37 GHz这个频段对于EESS（无源）测量降雨、降雪、海冰和水蒸气非常重要，在过去的20年中一直用于降雪、海冰、土壤湿度、微波植被指数以及地表温度的气候研究。但是，随著5G通信频段的开发和利用，当5G采用相邻频段通信时，就会对以上观测和研究产生影响。
新闻中的现象本质上是邻频/同频干扰所致。邻频/同频干扰与我们息息相关，无处不在。由于频谱资源总量有限，为了提高频谱资源的利用效率，让用户可以享受较大的通信带宽和较高的速率，无线通信系统通常采用频谱复用策略，也就是让不同的蜂窝小区或业务可以在同一时间内使用相同的频段。以下图为例，当相邻的小区使用相同频段进行通信时，处于小区边缘的两个用户能同时接收到来自各自基站和相邻小区基站发出的信号，由于信号传输的频段是相同的，用户难以区分待接收的数据信号和邻小区干扰，所以会在某一频段上同时「听到」两个信号，从而加剧了信号错误接收概率，影响通信质量。去除同频干扰的方案有很多，此文中不再一一介绍，其中一个方案是合理的频谱调度和分配，举一个直观的例子：拉远使用相同频段的蜂窝小区或业务的距离，就像不论武汉使用什么频段都不可能对上海的用户带来干扰，远离城市中心的船舶上使用的频段也不会影响城市用户。
从1G到4G通信的发展是用户需求所驱动，每一代通信系统都会有一个新的变革性技术产生，并给通信系统性能带来质的飞跃，比如，第一代通信系统采用模拟技术，基本只能面向模拟通话，从第二代开始采用数字技术，可以使用网路，第三代开始采用CDMA无线接入技术，实现了多媒体服务，第四代采用多天线、多载波技术，大幅提升通信速率的同时也可以支持多样化个性化的服务。从目前来看，5G是挖掘用户需求、提升用户体验的时代，5G主要服务于三大典型场景：增强型移动通信eMBB、超大规模物联mMTC和超低延时高可靠通信URRLLC，即将催生出听起来很酷炫的3D/超高清视频、物联网、无人驾驶等新兴业务，这些业务使得5G成功的吸引了大量的眼球，但是在我们热捧5G的同时也应该保持一个冷静的头脑，5G的关键技术大多是在已有技术上的改进，尚无变革性的技术担当，而且很多热门技术仍处于试验阶段，甚至连实验室都还没有走出去，我们要耐心等待5G的发展和雄起。
工程面的东西我不是很懂，无法判断到底有多大影响。所以只是简单查证了一下Nature的新闻报道——确实是有这个说法。
电磁波谱看似宽广，其实由于各行各业都需要利用之，不得不加以精细的管理和规划。
尤其是射电天文学、大气科学等领域，关注某些特定波长的谱线，如果那些谱线频率受到干扰，就会极大的危害相关科学领域的正常工作。
首先上个大图：
这是2016年的美国电磁波频率分配图。原文件见：
https://www.ntia.doc.gov/files/ntia/publications/january_2016_spectrum_wall_chart.pdf?www.ntia.doc.gov可以看到电磁波谱已经被各种不同用途瓜分的差不多了。其中这次被认为受到威胁的是23.8GHz这个频率，「国际电信联盟无线电通信部门」针对大气水汽含量的观测做出的说明（ITU-RP.836-3）指出，有一高一低两个频率范围是大气水汽含量观测所必需的：
低频段是20.6 GHz 或 23.8 GHz，高频段是31-36 GHz。
国际电信联盟的另一份材料（ITU News 201901）则指出，在这附近有三个频段跟水蒸气的监测相关：
可以看到上面电磁波谱分配表中，23.8 GHz有专门预留给地球观测卫星使用（21.2、22.2也都有）：
根据Nature报道，这次在美国被拍卖掉的频率范围有两个，（24.25, 24.45) GHz，和(24.75, 25.25) GHz。其中前者被认为离23.8 GHz太近，有可能干扰到。实际上24.25GHz开头的那个频段距离23.8GHz频段（23.6, 24.0）中间还隔著另外两个已经分配出去的频段呢，那些是给无线电爱好者使用的。我猜5G会引起更大的担忧，原因一方面是作为大规模的通讯基础设施，其影响范围会远大于三三两两的无线电爱好者；另一方面则是Nature报道中指出的：
美国对5G信号强度的限制，比国际气象组织（WMO）建议值高出3000多倍，比欧洲的限制也高出了150多倍。
这样的话，一旦5G通信时频率产生偏差（虽然我不知道怎样才会发生、是否会发生），就会直接废掉23.8GHz这条谱线的观测。
也许21.2、22.2两个频段仍然可以代为行使大气水汽数据监测的使命，也许这两个频段不如23.8GHz好使，这个具体要由大气相关专业的同学来解释。Nature说23.8 GHz废掉会损失30%的数据，不知道指的是不是只剩21.2、22.2可以用的意思。
最后看一下Nature报道给出的大气监测所需频段和5G候选频段的比较：
以及附上ITU新闻杂志里面的这张表：
和对此表的一段中文说明：
首先我的答案是：理论上5G信号会影响天气预测，但是现在以及之后的5G标准和准确的天气预测是可以共存的。
其他答主在各自的答案中已经提到了频谱划分情况、天气预测信号的频段和发射机/接收机的性能等『5G信号是否干扰气象监控信号』的理论原理。我从另一个角度来谈谈我的看法，说明为什么我认为现在以及之后的5G标准和准确的天气预测是可以共存的。
首先，和大家想像的不一样的是，并不是5G标准轰轰烈烈的制定、推广、宣传之后，气象学家在看电视的时候才发现『擦，这5G网路搞起来我这天气预报就更不准了！到时候骂的人恐怕更多了~』，于是就在采访中痛斥美国政府为了利益牺牲全球天气预报能力，置全球广大人民群众的生命财产安全与不顾。我可以肯定关于『5G信号是否干扰气象监控信号』早在5G标准开始制定的时候就已经进行过详细的研究和讨论了。
5G标准在制定之初就对『5G能够使用哪些频谱』这个问题进行了详细的规划和论证，Sub-6GHz及毫米波频段是5G的推荐频段，各个国家也都会在这两类频段中为本国5G网路划分出相应的频段。
- Sub-6GHz指的是6GHz以下频段，有良好的覆盖能力，现在的2G、3G、4G使用的就是Sub-6GHz的频段；
- 毫米波通常是指30GHz至300GHz之间的无线电频谱，5G中的毫米波频段就是26GHz以上的频谱。
而可能对天气监控信号产生干扰的就是指5G的毫米波频段。『5G可以使用哪些毫米波频段』、『使用某些毫米波频段作为5G频段会对相邻频段的信号造成什么影响』、『能不能牺牲一些代价或者用工程手段做出一些限制使用某些毫米波频段来作为5G频段』等等这些问题都是5G标准制定的重中之重，没有一个合理的结论是不会轻易将某个频段作为5G频段进行推荐的。
那么这些工作是由谁来做的呢？答案就是大名鼎鼎的国际电信联盟（ITU）。
国际电信联盟（法语：Union Internationale des Télécommunications，简称 UIT; 英语：International Telecommunication Union，简称 ITU）是一个国际组织，主要负责确立国际无线电和电信的管理制度和标准。它的前身是1865年5月17日在巴黎创立的国际电报联盟，是世界上最悠久的国际组织。它的主要任务是制定标准，分配无线电资源，组织各个国家之间的国际长途互连方案。它也是联合国的15个专门机构之一，其总部设在瑞士的联合国第二大总部日内瓦。——wikipedia
ITU管理下负责无线电通信管理的部门叫 ITU Radiocommunication Sector，缩写ITU-R，就是由ITU-R组织了各个国家对『在高频段继续为IMT寻求频谱资源』这个课题进行研究，这个课题的名称翻译成通俗的语言就是『在毫米波这边找找还有哪些没人用的赶紧先给5G用上』。
2015年为了研究这个课题，ITU-R临时成立了任务组TG 5/1，并为各个工作组分配了具体的任务，也就是先合计合计该怎么干。
在这个阶段各个工作组的分工不同：有的工作组负责收集5G的需求，就是问问5G需要多少频谱，最大的多大，最小的多小；有的工作组负责统计整理毫米波频段原有的业务自身的参数和保护准则，就是问问5G的邻居们要是5G做你的邻居你对他有什么要求，当然5G对你也可能有要求，你自己也说说你的特点；有的工作组研究5G信号在某些毫米波频段的影响应该怎么预测，是模拟好还是实际调研好，或者干脆理论分析就行。这个阶段的工作就是从各个方面考虑到底怎么样才能科学的有效的评估『把xx-yy毫米波频段分配给5G使用』的影响和利弊。
2016年5月TG 5/1第一次会议召开，正式启动了这个研究，相当于完成了第一阶段工作，后续的具体工作开始由各个成员机构实施。
第一阶段其实都是在研究『该怎么干』，而真正的『干活』还是由各个成员（国家和企业）来干。各个国家的标准机构、通信企业和科研机构在这个阶段中按照TG 5/1第一阶段指定的要求开始工作，比如美国的FCC（联邦通信委员会）、中国的CCSA（中国通信标准化协会），当然还有华为、中兴、爱立信、高通等公司。同时原来使用毫米波频谱的行业肯定也参与了进来，包括无线电导航、卫星地球探测、空间研究、射电天文、航空通信、卫星广播、气象监测等等。
这个过程和我们在村里盖房子一样，你首先要考虑离邻居家多近，要留多宽的路，厨房不能对著邻居的窗口，应该盖多高才不会挡住邻居的采光等等。这个过程也和在村里盖房子一样，充满了讨价还价，相互间的博弈等等。
第二阶段是漫长的，一轮又一轮的会议不断召开，每个成员都会在会议上拿出针对某个频段的研究结果进行讨论，不同成员的研究结果也会进行比较。
大家想像中的会议讨论：
A：xx频段不行，不能给5G用。
B：我觉得可以。
C：我觉A说的对。
主席：多数服从少数，那就听A的吧。
理想中的会议讨论：
A：xx频段可以给5G使用，但是在aa条件下必须满足bb才行。
B：我们的研究显示还必须以cc这种方式发射5G信号才行。
C：你们说的都挺有道理的啊。
主席：那就综合一下意见，balabala…
实际中的会议讨论：
A：xx频段可以给5G用，但是在aa条件下必须满足bb才行，这个肯定行。
B：虽然我和A的结论差不多，但我还是想说，A你真SB，明显要以cc这种方式发射5G信号才行。
A：凸(艹皿艹 )，B你才SB呢，你那白痴假设，碰巧得出和我一样的结果算你运气好。
AB互骂中…
C：大家停一下，我有一言，我不是针对谁，我是说在座的各位都是垃圾，xx频段明显不行嘛！
A、B：WRNG，C你的模拟方法全是错的！！！
ABC互骂中…
主席：…既然没有统一的结论，那我们下次再继续讨论吧。
虽然是调侃但是这个项目上各个国家间的研究结果差异还是很大的，因此也导致了进度的缓慢，比如据说在某次会议上讨论26GHz频段是否能够给5G使用，ITU-R TG5/1兼容性研究中各国结果都表示5G能够和现有的业务共存，只不过不同国家间的模拟条件差异很大，而只有某毛熊说不行，于是大家都觉得是某毛熊的模拟条件有问题，于是26GHz频段又推到了下次会议讨论。而31.8-33.4GHz频段上，ITU-R TG5/1兼容性研究中表示结果很差，于是5G直接放弃了此部分频段。
ITU-R最后给出的结果是十分详细的，每个推荐给5G使用的毫米波频段都详细的描述了需要满足的条件，例如如果xGHz频段分配给了卫星通信，x旁边的频段给5G使用时。必须满足最大发射功率低于a，与卫星地球站间隔b以上，在K信道模型下等等。ITU-R给出的5G毫米波频谱不是指定的，各个国家会根据本国的频谱分配情况进行设计，但是不会脱离ITU-R的规范。
回到5G信号对气象监测信号干扰的问题，如果问题中文章的说法成立，『24.25-24.45GHz和24.75-25.25GHz这两组频率范围内发射信号的无线电设备可能对以23.8GHz频率发射信号的水蒸气监测造成干扰』。那么只有如下的可能：
- ITU-R的工作有问题，漏了气象监测这茬了；
- 美国FCC工作有问题，明明知道这段频谱ITU-R说不能用还是给拍卖了；
- 5G信号对气象监测信号干扰已经考虑过了，有更有说服力的研究证明5G信号在一定条件下通过工程的手段在邻频部署对23.8GHz频率发射信号的水蒸气监测的干扰是可以避免或者接受的。
1和2显然是不可能的，而3的可能性是最大的，因此我认为：理论上5G信号会影响天气预测，但是现在和之后的5G标准和准确的天气预测是可以共存的。
可能有人会认为上面说的都是P话，没有直接证明到底5G信号会不会影响气象监测。我想说，说得对，因为我认为『5G信号会不会影响气象监测』这个问题是十分复杂的，即使ITU这样的机构也需要集全球之力花费数年时间来研究，像我们这样的常人甚至某个领域的专家也不可能短时间内论证出结果。我能做的就是评估ITU-R的研究流程和方式是否科学合理，从而选择是否相信它给出的研究结论。
对于腾讯这篇文章中的问题，我认为是『科学』vs『科学』的问题，而不是『商业利益』vs『科学』的问题。无论是文中的气象学家还是NOAA和NASA，他们的态度是用科学的方法对5G信号产生的干扰进行研究，然后来挑战ITU-R得出的现有5G毫米波频段合理的结论，这是非常正常的且有益的，无论最后是哪一方妥协都会促进相应的领域或行业发展。而ITU-R给出的5G推荐毫米波频段也是经过科学的方法进行研究而得出的结论，也是十分可信的。
PS：腾讯这篇文章文末暗指『中国5G网将使用的频段并未涉及高频段』这是不对的，2018年12月分配的5G频段确实是Sub-6GHz的频段，但是毫米波频段也是中国5G必选的频段。CCSA不止一次在会议上推动各个成员在我国5G毫米波频段规划上加快进度了，而26GHz同样是很有希望的候选频段。至于为啥中国的5G毫米波频段规划出来得这么慢，我猜测可能也有同样的『其他技术需求』vs『移动通信5G需求』的技术争论发生在中国的5G标准化会议上。
最近正好看了些资料，写个学习笔记，还请各位大佬多多指教。
这事目前主要是两方在博弈，一方是三个字母的美国通讯委员会（FCC），他们负责拍卖5G频段；另一方是四个字母的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和美国航天局（NASA），他们用卫星观测地球做天气预报和科学研究。
为啥都是美国的呢？据说是因为美国的中频资源基本都被联邦政府和美军占用了，所以FCC最近拍卖的都是高频（也就是毫米波）的频段，比如24.25和24.45 GHz这种，而这种毫米波正是气象卫星的重要观测波段，比如NOAA的卫星在23.8 GHz测量水蒸气的微弱发射来做天气预报。
矛盾的关键在于，无线电波这东西，在相近的频率之间会有干扰。这点用过收音机同学可能深有体会，虽然电台标明了很精确的频率（比如103.9 MHz），但是在这个频率附近仍然能收到它的信号，有时候多个电台的信号还会相互干扰。
NOAA和NASA担心的就是一些毫米波的5G信号可能会对相邻波段的气象卫星观测造成干扰，从而影响天气预报的精度（现代天气预报高度依赖卫星观测数据），用NOAA代理局长的话说——这种干扰会使天气预报的准确度降低30%，倒退回上世纪八十年代水平。
在美国，飓风、洪水等灾害时有发生，天气预报的准确性可以说是非常重要的。但是架不住5G频段是一笔大生意（一个就要几十亿美元），而且据说FCC背后有白宫的支持，因为高频可以承载更多信息量，所以可以提供更大带宽和更快的网速，白宫的川大统领可能觉得这代表了美国5G的先进发展方向。于是NOAA和NASA在美国国内没法协调解决这件事，只好寄希望于国际。
同时，因为地球的天气和气候系统是一个整体，所以美国区域的数据不准可能会对其他地方（比如欧洲）甚至全球的天气预报造成影响。
今年十月底，在埃及召开的世界无线电通信大会（WRC-19）经过四个星期的讨论，终于在上周给出了一个5G毫米波频段（24GHz）杂讯的限制标准，这个标准的单位是dBW（分贝瓦），其数值越小表明限制越严格——
世界气象组织推荐的上限是-55 dBW，欧洲国家-42 dBW，美国FCC -20 dBW，世界无线电通信大会-33 dBW（8年后收紧至-39 dBW）。因为这个值是取了对数的，所以实际差别还是挺大的（几百几千倍）。
法国气象局气象学家、世界气象组织一个频率协调小组负责人埃里克·阿莱说，天气预报人员对相对宽松的管理规定表示「严重关切」。
而且事情还没完——
FCC计划在下个月继续拍卖毫米波5G频段，可能会影响更多的气象观测数据，比如雨雪、大气温度、云等的观测（见下图）。
至于我国的情况，用《人民邮电报》的话说：
综合考量国内外各方面的因素，全面对比两种频谱政策优劣，优先在中低频段发展5G，更有利于我国相关产业的发展和技术创新。为此，尽管工作难度巨大，中国还是决定在美国优先发布毫米波频段5G频率规划的背景下，坚持走自己的路。2017年11月15日，在已经使用3.5GHz频段的卫星业务相关部门和单位的大力支持与协助下，工业和信息化部正式发布我国3000MHz～5000MHz频段第五代移动通信系统频率规划，中国成为全球发布5G系统在中频段内频率使用规划的首个国家。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01305-4?www.nature.comhttps://science.sciencemag.org/content/365/6453/528.full?science.sciencemag.org频率规划助中国5G发展抢得全球先机?baijiahao.baidu.com
http://www.xinhuanet.com//mrdx/2019-11/27/c_138586391.htm?www.xinhuanet.com世界无线电通信大会达成多项协议?baijiahao.baidu.com
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