24.25GHz-28.35GHz部分頻段美國5G頻率規劃解析

謝 剛，王 坦，錢肇均

（1.華北電力大學，北京 102206；2.國家無線電監測中心，北京 100037）

1 引言

截止10月，全球共有42個國家正在著手5G適用頻譜的相關工作，計劃為5G保留頻譜甚至即將拍賣該頻譜[1]。目前，世界各地的5G監管機構正在拍賣或考慮在18個不同頻段拍賣頻譜，用于未來的5G業務，范圍從600MHz到64GHz-86GHz。首要頻段是中頻段，也即3-6GHz頻段范圍，其中最主要的是3400MHz-3600MHz頻段，如今有32個國家宣布該頻段的拍賣或正在進行協商。此外是3600-3800MHz頻段，有20個國家考慮拍賣或征求意見。在毫米波方面，也即24-86GHz頻段范圍，全球關注的焦點在24.25GHz-29.5GHz頻段，有17個國家考慮拍賣或征求意見。在我國，為促進5G系統的發展，無線電主管部門結合國際國內各方面因素，統籌兼顧各行業的不同需求，于2017年11月發布了330 0MHz-3400MHz，3400MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz頻段的頻率使用規劃[2]，我國因此成為了國際上首發5G中頻段頻率規劃的國家。而在5G毫米波方面，美國于2016年7月率先發布了《用于移動業務的24GHz以上頻段》的執行公告[3]。接下來于2017年11月、2018年6月先后發布了第二次[4]以及第三次執行公告[5]，通過這些工作步驟，美國逐漸完善了5G毫米波頻段頻率規劃，促進了全球5G該頻段規劃發展。據統計，全球很多國家對這些頻段有著很大的興趣，圖1中藍色區域即為考慮、拍賣或授予5G系統24.25GHz-29.5GHz頻段的國家。

圖1 考慮、拍賣或授予5G系統24.25GHz-29.5GHz的國家

目前，我國的5G毫米波頻段頻率規劃研究工作仍在進行中。本文意在通過分析美國5G頻率規劃報告中28GHz（27.5-28.35GHz）和26GHz（24.25-27.5GHz）頻段頻率規劃，為我國5G毫米波頻段規劃工作提供參考。其中，美國頻率規劃工作分為三個階段：向運營商征求意見、提出規劃以及補充修改，圖2為28GHz與26GHz頻段規劃工作進度圖。

2 28GHz頻段（27.5GHz-28.35GHz）

28GHz頻段（27.5GHz-28.35GHz）是美國第一次執行公告的重點內容。它公布了該頻段的授權機制、衛星地面業務共存分析以及頻段安排。第二次公告則根據反饋意見進行了補充。

圖2 28GHz與26GHz頻段規劃工作進度圖

2.1 背景

1997年，美國聯邦通信委員會（Federal Communi-cation Commission，FCC）決定將所有的基礎商業區（BTA）劃分1300MHz帶寬用于本地多點分配業務（Local Multipoint Distribution Service，LMDS）。LMDS頻段有著兩個分區，A段與B段。其中，A段包含 了27.50-28.35GHz（A1頻 段 ）、29.10-29.25GHz（A2頻 段 ） 和31.075-31.225GHz（A3頻段），總共1150MHz的頻譜資源；而B段包含31.00-31.075GHz（B1頻段）和31.225-31.30GHz（B2頻段），總共150MHz頻譜資源[6]。FCC認為，相對于其他LMDS頻段，28GHz頻段是移動服務技術研究和原型機研制工作的重點。因為它具有850MHz的連續帶寬來滿足各種高數據速率應用，并且頻譜的現成可用性也有助于大規模5G系統的發展。

2.2 授權機制

FCC在28GHz頻段上使用地理區域許可來授權，原因在于頒發單一執照有利于被許可人協調其區域內的固定和移動業務。這種方法使得每個執照都可以靈活地提供固定或移動業務，加快移動或其他高級服務的部署。

現今美國頻率規劃共有4種基礎地理區域單位，如表1所示：

表1 基礎地理區域單位

美國5G頻率規劃將“縣”作為28GHz頻段許可證的基礎地理區域單位，有以下三點優勢：

（1）這些頻段信號不能長距離傳播，使用時預計將提供以米為單位的區域覆蓋范圍。這種情況下，“縣”級執照最符合5G業務的需求。

（2）執照持有者能靈活購買目標容量區域。相對于以BTA或EA作為區域單位來授權，建立較小的許可區域有利于執照持有者根據市場力量和客戶需求制定部署決策。

（3）不同規模運營商具有平等的發展機會。小型運營商更容易定制最需要的區域。大型運營商既可以針對需要減小區域，也可以將多個縣級區域組合成更大的區域，從而實現經濟規模。

基于這些優勢，新制定的UMFUS（Upper Microwave Flexible Use Service）執照確定以“縣” 為基礎地理區域單位，但也帶來了兩個問題：更多的“縣”單元帶來了更多的協調問題；更多數量的許可證將增加執照持有者和委員會的行政負擔。針對協調問題，FCC在邊界要求限制功率流密度。現有的BTA 通過這種方式協調邊界處的運營，并沒有出現服務問題。因此，FCC認為邊界協調問題可以得到很好的解決。針對行政負擔問題，由于執照持有者直接獲得移動業務許可權，FCC認為這種好處遠遠超過了持有者和委員會的任何行政負擔。為了加快移動部署以及降低協調難度，FCC認為這項舉措是值得的。

2.3 衛星地面業務共存

在不干擾LMDS系統鏈路的前提下，地球同步衛星（GSO）或地球非同步衛星（NGSO）業務系統可提供有限的地對空網關類型業務。FCC確定了同頻段衛星業務是地面業務的次級業務。美國衛星電視運營商認為FSS地球站可以部署在距離地面業務170米附近。但地面業務與衛星業務之間仍然會存在兩個干擾問題：一是FSS地球站對地面接收端的干擾區；二是地面業務對衛星接收端的空中集總干擾。

2.3.1 FSS地球站選址規定

FCC明確FSS地球站可以在不干擾地面系統的前提下以先到先得的方式獲得授權，但地球站必須通過以下四條部署準則：

（1）在每個縣能部署地球站的“位置”不超過三個。其中，“位置”指的是，發射地球站在地平面以上10米處產生的功率流密度（PFD）不超過-77.6dBm/m2/MHz的區域，或者接收地球站周圍沒有地面業務的自定義保護區。（2）申請人需要證明其地球站周圍的干擾區域并沒有覆蓋所在區域的一定范圍人口。其中，不同人口密度的區域采取不同的人口范圍限制。詳細劃分見表2。

表2 人口最大范圍限制表

（3）申請人需要證明其干擾區域不會影響任何重大事件場所，例如洲際公路、高速公路等。FCC要求衛星地面業務雙方合作避免影響重大事件場所。（4）如果地球站需要部署在UMFUS執照持有者的縣內，申請人必須與其按照程序協調運作。

2.3.2 衛星接收端的集總干擾分析

第二個必須考慮的問題是衛星接收端的集總干擾。大量地面基站會對衛星造成集總干擾，從而降低衛星的性能。FCC認為28GHz頻段的集總干擾上升到有害干擾水平的可能性不大，因此拒絕對地面基站集總功率建立任何限制門限。其原因如下：（1）衛星業務是28GHz頻段內次級業務。如果發現將要確立的衛星業務會受到地面業務的嚴重干擾，應立即取消該業務的指配。（2）并無證據表明衛星接收到的集總干擾產生了嚴重的有害影響。LMDS執照最大授權功率為85dBm，而UMFUS執照最大授權功率為75dBm。由于過去并沒有發生集總干擾影響衛星運行的情況，FCC認為更低的功率更不會帶來不利影響。（3）大多數毫米波傳輸可能不會出現在有衛星視線的環境中。據估計，多達80%的智能手機使用在室內，其余大部分用于車內。

2.4 頻段安排

美國FCC在最新頻率劃分表上公布了28GHz頻段的使用詳情，聯邦并沒有使用該頻段，非聯邦在該頻段有著固定、衛星以及移動授權，如表3所示：

表3 28GHz美國頻率劃分表

FCC提議將28GHz頻段授權為兩個425MHz帶寬的分區，其認為425MHz的帶寬足以提供高傳輸速率服務以及此頻段預期的創新應用。FCC強調現有的LMDS執照持有者將保留其兩個頻段分區的使用權。

3 26GHz頻段（24.25GHz-27.5GHz）

26GHz 頻段分為兩個部分，24GHz 頻段和25.25GHz-27.5GHz頻段。其中，24GHz頻段指的是24.25GHz-25.25GHz頻段。24GHz頻段是第二次執行公告的重點內容。它公布了授權機制、衛星業務、性能指標、頻段安排以及頻譜拍賣規定。第三次公告則進行了補充，同時向運營商征求25.25GHz-27.5GHz頻段規劃意見。

3.1 背景綜述

在美國2 4GHz 頻段分為兩個部分——“下段”24.25GHz-24.45GHz 和“上段”24.75GHz-25.25GHz。目前，非聯邦固定業務應用于“下段”，而非聯邦固定衛星業務應用于“上段”。經分析，FCC發現24GHz頻段適合移動業務，因此決定批準移動業務。但全球至少有八個國家準備批準地面移動業務于26GHz頻段。因此，國際上要求美國考慮25.25GHz-27.5GHz頻段是否適合地面業務。

設備制造商表示能夠實現25.25GHz-27.5GHz 頻段的整合，使得新授權頻段與先前頻段共享設備。此外，該頻段有著更好的覆蓋特性。因此，FCC決定積極響應國際號召，將26GHz頻段應用于固定和移動業務。不久前FCC新文件《The FCC’s 5G Fast Plan》，進一步加強這一塊工作。

3.2 授權機制

FCC選擇在24GHz頻段上實施地理區域許可標準，因為可以為執照持有者靈活地提供各種服務且與先前采用的授權機制保持一致。FCC采用PEA 作為24GHz頻段授權區域單位，原因如下：

（1）可以與現有的39GHz頻段保持一致，協調各頻段的監管環境，簡化各頻段的設備開發和服務部署。（2）執照持有者能靈活地購買目標區域。在對較大區域感興趣時，其可以購買多個單元進行組合；在對較小區域感興趣時，分區是一種可行方案。而對于25.25GHz-27.5GHz頻段，目前FCC并沒有明確授權方案，而是向廣大運營商征求意見，是否采取地理許可標準授權機制或其他授權機制。

3.3 24GHz頻段衛星業務

先前美國頻率劃分表規定，2 4.75 GH z-25.05GHz頻段中廣播衛星業務（BSS）的饋線鏈路優先于其他衛星業務，25.05GHz-25.25GHz頻段僅用于BSS饋線鏈路。但FCC發現，更多的衛星業務可以與移動業務共存，因此提議在24GHz的“上段”授權更廣泛的FSS業務。FCC通過修改有關規定，為FSS業務提供了更大的靈活性。例如取消附錄中軌道位置限制。24GHz頻段下地球站部署同樣需要滿足規定，具體而言，有以下兩點：地球站周圍的干擾區域需要滿足總人口限制；區域內的地球站需要滿足數量限制。此外，地面基站對衛星接收端的集總干擾可能是該頻段的一個問題。但并沒有證據表明這種干擾嚴重影響了衛星運行，因此FCC沒有采取任何措施來限制集總干擾。但FCC表明，將添加規劃表中的有關內容，以明確衛星業務與移動業務之間的相對干擾保護義務。

3.4 24GHz頻段性能指標

為了適應物聯網類型部署，FCC決定采用UMFUS許可的地理區域度量指標，其包含在執照持有者現有績效指標列表中。執照持有者需要展示其地理區域至少25%的移動服務覆蓋，同時其設備必須正在為私人，內部或非附屬客戶提供服務。FCC強調，此地理區域指標是執照持有者的另一種選擇。如果部署物聯網系統的執照持有者發現現有的移動或固定指標更適合需求，可以采用其指標。FCC認為設計基于使用情況的指標還為時過早，但為UMFUS執照持有者提供一些額外指標可使其獲得更大的靈活性。

3.5 頻段安排

美國FCC在最新頻率劃分表上公布了24GHz 頻段的使用詳情，聯邦與非聯邦均在該頻段授權了不同業務，如表4所示：

表4 24GHz頻段美國頻率劃分表

24GHz頻段將被授權為多個100MHz帶寬分區。“下段”被授權為兩個100MHz帶寬的分區，而“上段”被授權為五個10 0MHz帶寬的分區。這種分區方式有助于開發UMFUS頻段各種用途，支持各種創新服務。執照持有者也可通過聚合多個100MHz帶寬來獲得更大的帶寬。對于25.25GHz-27.5GHz 頻段，考慮到采用100MHz帶寬方案會提供更大的靈活性，而采用200MHz帶寬方案會降低消費者的交易成本，因此FCC并沒有明確該頻段使用何種方案授權，而是向運營商們尋求最合適的授權方案。

3.6 頻譜拍賣規定

美國采取拍賣的政策將5G頻譜分配給各大運營商。但出于對惡意競爭的擔憂，美國FCC先前提議在28GHz、37GHz和39GHz頻段的頻譜數量上建立1250MHz的拍賣前限制。不過在運營商的反饋意見中，FCC發現這一限制不利于拍賣者購買5G 頻段，阻礙了5G服務的發展。于是FCC取消了5G頻譜拍賣的數量限制，但決定拍賣后對各個拍賣者進行審查。FCC根據實際情況允許或拒絕拍賣者獲取新的頻段，這不僅可以解決惡意競爭，同時保證了拍賣者靈活地選擇新的目標頻段。FCC最終決定24GHz、28GHz、37GHz、39GHz和47GHz頻段拍賣均采用事后審查方案。

4 結束語

在經過三份美國5G規劃報告的發布后，美國最終確立了詳細有序的5G頻率規劃。通過分析這三份報告中的28GHz與26GHz頻段規劃，本文發現，美國頻譜規劃有以下特點：（1）注重公共利益，協調各運營商利益共同發展。從報告中可看出，美國FCC認真聽取各大運營商的反饋意見，在不影響公共利益的前提下，分析并采納合理的意見協調運營商的不同利益，謀求共同發展。（2）注重頻段間不同業務共同發展。美國FCC 對衛星業務和地面業務共存進行分析，希望在互不干擾的情況下，兩種業務都能給公眾帶來利益。（3）注重考慮當前非執照運營商利益。美國FCC希望新頒布的頻譜政策不是損害而是維護現有者的利益，比如28GHz頻段中，對原有的LMDS執照持有者直接贈予新機制的移動業務運營執照。（4）注重充分利用頻譜資源。事后審查的策略保證了頻譜資源落在了最需要的運營商手里，同時性能指標則要求了其充分利用頻譜資源加快5G部署。■