全球5G毫米波频段频率规划与许可进展

作者:中国信息通信研究院 无线电研究中心 付有奇 刘琪 责任编辑:朱文凤 2021.09.14 10:03 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)频率是无线移动通信技术发展的基础资源,为满足5G增强移动宽带(eMBB)、海量机器间通信(mMTC)、低时延高可靠通信(uRLLC)场景需求,需要配置高、中、低频段更多频率资源,中低频段具有较强穿透力可以提供广域连续的网络覆盖,高频段丰富的频谱资源可以提供超大容量和超高速率。毫米波在助力5G能力拓展和应用落地主要具有以下优势:一是毫米波频谱资源充足,能够缓解全球中低频段频谱资源枯竭的困境;二是毫米波连续大带宽能够达到5G的最优性能,满足目标应用场景对容量、性能等方面的要求;三是毫米波具有天线体积小、设备轻量化等特点,更易于网络部署;四是毫米波波束窄、方向性好,能够提升定位精度。

一、国际毫米波频段频率划分和标准化情况

1、国际电信联盟推动5G毫米波频段全球协调

国际统一频段是5G移动通信标准化、产业化、规模化发展的前提条件。为了推进5G毫米波频段在全球或区域协调一致,国际电信联盟(ITU)在2019年世界无线电通信大会(WRC-19)设立了1.13议题,针对24.25-86GHz频段范围的11个候选频段开展研究和协商,包括8个移动业务为主要划分的频段(24.25-27.5GHz、37-40.5GHz、42.5-43.5GHz、45.5-47 GHz、47.2-50.2 GHz、50.4-52.6 GHz、66-76GHz和81-86GHz)和3个尚未划分为移动业务的频段(31.8-33.4GHz、40.5-42.5GHz和47-47.2GHz)开展共存研究,具体如下图所示。

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图1 WRC-19 1.13议题候选频段

会上,各国代表就5G毫米波频谱使用达成共识:全球范围将24.25-27.5GHz、37-43.5GHz、66-71GHz共14.75GHz带宽的毫米波频率标识用于5G及国际移动通信系统(IMT)未来发展;在45.5-47GHz频段,部分国家在频率划分脚注中标识用于IMT;在47.2GHz-48.2GHz频段,2区(美洲区)国家以及部分其它国家和地区在频率划分脚注中标识用于IMT,具体如下表所示。

表1 WRC-19 1.13议题主要结论

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通过WRC-19的决议,大量连续带宽的毫米波频率可以用于5G技术,为5G相关产业链的发展成熟奠定基础,加速全球5G系统部署和商用步伐。

2、3GPP分阶段推进5G毫米波频段标准化工作

5G系统国际标准化组织3GPP将5G频段分为FR1频段和FR2频段,其中FR1频率范围是450MHz-6GHz,又称Sub-6GHz频段,FR2频率范围是24.25GHz-52.6GHz,又称毫米波频段。FR1、FR2频段进一步细分为多个子频段,确定双工方式(FDD/TDD)方式,用不同频段号进行代表。5G毫米波频段的子频段划分如下表所示。

表2 3GPP毫米波频段

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其中n257频段与n258、n261存在部分重叠,具体如下图所示。

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图2 3GPP毫米波频段分布

Sub-6GHz和毫米波频段的射频标准按照不同版本(Release)的形式进行分阶段升级迭代。Rel-15对Sub-6GHz和毫米波频段同步进行了标准化,定义了24.25GHz-52.6GHz范围内多个毫米波频段。针对毫米波频段,3GPP制定了以大规模多天线技术为基础的解决方案和相关的系统信息设计等,并且定义了基于管理的相关功能,满足5G毫米波频段的基本部署需求。目前已经商用的Sub 6GHz、毫米波频段5G网络广泛基于Rel-15版本。

Rel-16针对毫米波频段,在R15的基础上重点关注毫米波系统的工作效率,并引入集成接入及回传(IAB)、增强型波束管理、室内定位等。同时启动了52.6GHz以上毫米波技术的研究,目前Rel-16的标准已经冻结。

正在进行标准化工作的Rel-17将毫米波频段拓展至52.6-71GHz,同时引入更多支持毫米波的5G增强特性,并拓展毫米波5G系统的应用场景。

二、国外规划和许可情况

1、26/28GHz是当前全球主流5G毫米波商用频段

5G毫米波频段中,24.25-29.5GHz(又可简称为26/28GHz频段)的研究和咨询工作在美国、欧盟等典型国家和地区内起步较早,频段相对较低、产业基础更好,各国优先规划该频段的全部或部分频率。根据全球移动供应商协会(GSA)的2021年5月的统计,目前共有28个国家和地区已经完成或正在进行5G毫米波频段的许可,其中26/28GHz频段的主要国家许可情况如下图所示。

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图3 部分国家/地区完成了26/28GHz频段频率许可(数据来源:GSA)

根据GSA 2021年5月的统计,全球范围内共有112个运营商已持有26/28GHz 5G毫米波许可,其中27个运营商已经或正在实际部署26/28GHz 5G毫米波网络。39GHz频段(37-40GHz)共有27个运营商持有许可,主要是集中在美国。与C波段(3.3-4.2GHz)172个运营商持有许可、113个部署网络的情况相比,5G毫米波网络仍处于起步阶段。全球运营商在重点5G频谱的工作进展情况统计具体如下图所示。

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图4 全球运营商在重点5G频谱的工作进展情况(数据来源:GSA)

2、美日韩率先推进5G毫米波商用

美国、日本、韩国是5G毫米波商用推进较快的典型国家。美国联邦通信委员会(FCC)于2016年7月14日通过了将24GHz以上频谱用于无线宽带业务的法令,共规划了10.85GHz带宽的频率资源用于5G业务,具体包括27.5-28.35GHz、38.6-40GHz共计2.25GHz许可频段,37-38.6GHz共1.6GHz混合许可频段和64-71GHz共7GHz免许可频段。2017年11月,FCC发布法令继续为5G毫米波增加了24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz和47.2-48.2GHz共1.7GHz带宽的频谱。目前,美国已完成24GHz、28GHz、37GHz、39GHz以及47GHz频段的频谱拍卖,为5G毫米波商用提供了充裕的频率资源。运营商方面,Verizon、AT&T和T-Mobile最早在2019年上半年开始部署28/39GHz 5G商用网络,主要用于FWA固定无线接入场景,后续逐步拓展到室外宏基站覆盖的eMBB业务场景,包括体育场馆、机场、高价值街区等。但是当时由于缺乏中频5G覆盖层,仅靠毫米波网络难以实现连续覆盖,用户体验不佳,目前相关运营商的建网重心已转向5G中频段。

日本总务省(MIC)于2016年7月发布了面向2020年无线电政策,提出面向2020年的5G商用频谱计划,其中毫米波频率将主要聚焦于28G(27.5-29.5GHz)频段。2017年中旬起,MIC联合运营商NTT Docomo、KDDI和Softbank在东京及部分农村地区开展了5G外场试验,其中涵盖了28GHz频段。目前,日本已经完成了3.6-4.2GHz、4.4-4.9GHz以及27.5-29.5GHz全国5G频段的频率许可。NTT Docomo于2020年9月开始提供5G毫米波服务,其5G毫米波网络覆盖了164个地点。Softbank于2021年3月起在日本推出5G毫米波服务,初期提供移动热点设备,后续将开放智能手机服务。

韩国未来创造科学部(MSIP)与2017年1月公布K-ICT频率规划,开始推动26.5-29.5GHz频段的5G毫米波商用。规划提出,27.5-28.5GHz(1GHz)在2018年进行释放,26.5-27.5GHz和28.5-29.5GHz(共计2GHz)视5G产业链发展情况,不晚于2021年前进行释放。韩国于2018年6月如期完成了26.5-28.9GHz频段的频谱拍卖,国内三大运营商粉笔获得了800MHz带宽的毫米波频谱。其中,SKT获得了28.1-28.9GHz频段,KT获得了26.5-27.3GHz频段,LGU+获得了27.3-28.1GHz频段。2020年12月初,LGU+与LG电子、高通三方基于5G商用智能手机在国立金乌工科大学(KIT)部署了韩国首个5G毫米波网络,支持校园内日常连接、远程教学等应用场景,实现了5G毫米波+智慧校园的融合应用。

3、毫米波频谱拍卖价格远低于C波段

根据全球移动通信系统协会(GSMA)对全球近期5G频谱拍卖情况的统计,毫米波频谱拍卖价格远低于5G中频段频谱。截至2021年3月,5G毫米波平均价格为0.429美元/GHz/人口/年,而C波段平均价格为0.012美元/MHz/人口/年。在同等带宽的情况下,前者平均拍卖价格是后者的近28倍。美国最近完成的C波段5G频谱拍卖价格更是达到惊人的0.069美元/MHz/人口/年。典型国家5G毫米波频段和C波段频谱拍卖价格如下图所示。

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图5 典型国家5G毫米波频段和C波段频谱拍卖价格(数据来源:GSMA)

4、针对5G毫米波出现新的许可模式

毫米波覆盖距离小、部署相对灵活的特点,更适合于工业互联网、行业专网等区域性和室内5G应用场景。部分国家或地区已经实行区域5G频率(Local 5G)的许可模式,将区域频率许可与不动产权(使用权)或用益物权结合,限定频率使用范围,频率申请者不再限于移动运营商,推动5G独立专网部署,探索频率管理模式创新。典型国家的区域性5G毫米波频率规划和许可情况如下表所示。

表3 典型国家的区域性5G毫米波频率规划和许可情况

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三、对我国的启示

目前,我国毫米波频谱的具体规划虽未正式发布,但国家和产业界高度重视相关工作推进。我国工业和信息化部于2017年6月8日发布了公开征求意见函,征集24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波频段在5G系统使用及规划的意见和建议。2021年7月13日,十部门联合印发《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,文中提出“加强5G频率资源保障,适时发布5G毫米波频率规划,探索5G毫米波频率使用许可实行招标制度,研究制定适合我国的5G工业专用频率使用许可模式和管理规则”等。

结合国外5G毫米波频谱的规划、许可和5G毫米波网络商用情况,我国推动毫米波频段5G发展有几点思考。一是结合我国毫米波产业成熟情况和5G发展需要,适时发布5G毫米波频率规划;三是针对我国电信市场特点,探索采用招标方式许可5G毫米波频率,高效配置频率资源;三是探索频率许可模式创新,结合毫米波使用特点,研究区域许可模式的可行性。


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