國際本地網絡頻率分配和監管框架研究

郎保真，杜昊，高路，王婷，李儼，劉薦樺，趙冬

（1.中國信息通信研究院，北京 100191；2.國家無線電監測中心檢測中心，北京 110107；3.高通無線通信技術（中國）有限公司，北京 100013；4.上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海 201206；5.北京三星通信技術研究有限公司，北京 100028）

0 引言

隨著5G 和工業互聯網發展，5G 將發揮越來越大的作用，采用5G 替代有線網絡可以降低有線網絡布網成本、降低磨損成本、支持柔性工廠的靈活配置等。運營商的5G

切片業務是工業互聯網的重要解決方案；此外，國際上一些大的工業制造商基于安全、定制化和隔離網絡等需求，提出了采用5G 技術，在特定的專有頻率內，在工廠內部署本地5G 網絡的需求。垂直行業希望將數據保留在組織內部，可以采用3GPP NPN（非公共網絡，Non-Public Network）和本地網絡實現。上行鏈路業務繁重的網絡需要與下行鏈路業務繁重的網絡作分離，從干擾管理的角度，對于本地5G 網絡需要采用專有頻率。從本地網絡的通信要求來看，工業場景下，通常對通信具有更高的可靠性要求，工業控制類業務時延要求較嚴格，因此需要干凈的本地頻譜。工業AR/VR、機器視覺等5G 工業應用都需要較高的峰值速率，因此需要較寬的頻譜才能滿足。由于5G本地網絡在地點上具有確定性，且屬于小范圍網絡部署，因此不同企業之間在不同地點，且滿足一定的干擾協調條件（比如空間隔離度）時，同一時間可以復用同樣的頻率。

目前歐洲、亞洲、美洲、澳洲等各個區域和國家的監管機構已經分配或者正在規劃本地網絡頻率，用于鼓勵和發展5G 在工業互聯網的應用，不同國家對于本地網絡頻率采用了不同的監管框架。

1 國際本地網絡頻率和監管框架情況

1.1 德國

2019 年11 月21 日，德國電信監管機構聯邦網絡局（BNetzA）啟動了本地寬帶或者無線網絡接入應用頻率的申請流程，為本地5G 網絡提供3.7—3.8 GHz 的頻率范圍，這些頻率尤其可以用于工業4.0，也可以用于農業和林業。申請者可以來自于土地所有者，也可以來自于使用者（如租賃或相應的轉讓），允許多個工業區共同申請。截止到2020 年9 月21 日，BNetzA 已經收到78份5G 獨立專網許可證申請，其中，74 份已經獲得批準。系統應該工作在TDD 方式，申請頻率需要為10 MHz 的整倍數[1]。德國法規基于技術中立原則，鼓勵使用5G 技術。系統可以使用AAS（先進天線系統，Advanced Antenna System）和non-AAS（非先進天線系統，none Advanced Antenna System）天線系統，法規對于帶內EIRP（等效全向輻射功率，Equivalent Isotopically Radiated Power）或者TRP（總輻射功率，Total Radiated Power）沒有規定。

頻率許可期限為最多10年，且不超過2040年12月31日。頻譜申請費用取決于申請的帶寬和覆蓋區域的大?。ǖ侥壳盀橹?，公司已為許可證支付的費用大約在1 000 歐元到100萬歐元不等）。擬議的費用結構綜合考慮了初創企業、中小企業以及農業用戶的經濟實力，牌照申請費用參照公式為：

費用=1000 +B×t×5×(6×a1+a2) (1)其中，1 000 表示以歐元為單位的金額；B表示以MHz為單位的帶寬（10—100 MHz），t為使用期限（以年為單位）；a1 和a2 表示以km2 為單位的使用區域面積，a1 適用于城區、郊區以及供交通使用的區域類別，a2 適用于其他的區域類別，如供農業使用。

德國聯邦網絡局同時也考慮在24.25—27.5 GHz 提供本地5G 應用，邀請各方在2020 年2 月21 日前對26 GHz 頻率范圍的基本框架草案提供建議。聯邦網絡局目前正在評估收到的意見建議。

1.2 日本

2019 年12 月17 日，日本內務和通信部（MIC）正式發布《本地5G 引入指南》，計劃本地5G 將使用4.6—4.9 GHz 和28.2—29.1 GHz 的頻率。其中，4.6—4.9 GHz 和28.3—29.1 GHz 頻段在2020 年底投入使用，目前正在牌照申請流程過程中；28.2—28.3 GHz 的100 MHz 頻段于2019年底開始牌照申請的流程，截至2020 年6 月26 日，共有16 個申請者，其中6 個已經獲得了使用牌照。申請者具體的分類和應用場景如表1 所示。

表1 日本本地網絡頻率許可申請應用

《本地5G 引入指南》中規定，本地5G 是由電信運營商以外的各種實體（本地公司和地方政府）構建的自己的5G 系統，即移動運營商不能申請本地5G 牌照。牌照申請者需要是建筑或土地所有權者，如果不是所有權者，那么牌照的應用限于固定無線類的應用。

目前，5G 是錨定在基于4G 核心網進行操作的無線接入網絡技術NSA（非獨立組網，Non-Standalone）。因此，現在申請28.2—28.3 GHz 的頻段的本地5G 牌照時，需要同時使用4G 并使用區域寬帶移動無線接入系統（以下稱為“區域BWA（寬帶無線接入，Broadband Wireless Access）”）的B41 頻段（2 575—2595 MHz）進行通信。

日本5G 本地頻率示意圖如圖1 所示。

1.3 英國

2019 年7 月，英國無線電監管機構 Ofcom（通訊管理局，Office of Communications）正式發布了《本地許可實現無線應用創新》公告，推出了兩類創新無線頻譜接入許可模式，希望借此滿足包括5G 在內的移動技術對本地無線連接的需求，本地5G 可用于實現一系列行業流程自動化的專用網絡，更廣泛地支持物聯網、農村寬帶連接[2]。

圖1 日本5G本地頻率示意圖

（1）第一類：頻譜共享框架下的本地接入網技術許可（共享接入許可）

開 放3.8—4.2 GHz、1800 MHz（1781.7—1785 MHz/1876.7—1800 MHz）以及2300 MHz（2390—2400 MHz）頻段，按照先到先得的原則管理和協調這些頻段。在該公告中，也提出進一步考慮開放24.25—26.5 GHz 頻段的本地接入并僅用于室內部署。

在頻率共享框架下，用戶可以申請兩種類型的共享接入許可：第一種是低功率許可（按照區域發放許可證）。此類許可允許用戶在半徑為50 m 的圓形區域內部署所需數量的基站而無需Ofcom 的進一步授權。第二種是中等功率許可（按照基站發放許可）。鑒于某些基站的發射功率較高和潛在干擾面積較大，此類許可將以每個基站為基礎發放，通常僅適用于農村地區的部署。

Ofcom 對這兩類共享接入許可按年收費，其中在 3.8 GHz—4.2 GHz 頻段，每10 MHz 帶寬每年收取80 英鎊；20 MHz帶寬每年收取160 英鎊；100 MHz 帶寬每年收取800 英鎊，以此類推。

（2）第二類：運營商許可頻率下的本地接入許可（本地接入許可）

第二類是針對已經許可給移動運營商但未來三年內不會在特定區域內使用的頻段，Ofcom 允許為新用戶頒發本地接入許可。

盡管一些頻段在全國范圍內被許可給移動網絡運營商，但并不是每個地方都在使用相關頻率，Ofcom 認為允許新用戶使用這些頻率進行本地接入是可行的。Ofcom要求申請人提供盡可能齊全地使用計劃，并將與擁有該頻段許可的移動運營商共同商討，確認該頻段未在指定區域使用，并且新用戶的接入不會對現有用戶造成干擾，也不會影響現有用戶計劃開展的網絡建設。如果移動運營商并未提出合理的反對意見，Ofcom 將為申請用戶簽發為期三年的共享頻譜本地接入許可證。Ofcom 預計此類共享頻譜接入主要在偏遠地區開展，但可以在一些地區用于支持專用網絡或無線寬帶服務。

自2019 年7 月底發布本地訪問許可公告到2020 年3 月，Ofcom 已經收到九個申請，已授予一份許可，四份申請未成功，另外四份正在考慮中[3]。這項成功的許可頻率在沃達豐（Vodafone）的國家許可頻譜中，用于StrattoOpencell 在多塞特郡的農村地區提供寬帶無線服務。那些不成功的申請針對的頻率和區域，是全國運營商許可當前或預期部署的頻率或者區域。

1.4 美國

2015 年4 月，美國FCC（聯邦通信委員會，Federal Communication Committee）發 布3 550—3 700 MHz頻段（3.5 GHz 頻段）150 MHz 頻譜的商用規則，可用CBRS（公民寬帶無線服務，The Citizens Broadband Radio Service）[4-5]。FCC 創建了一個三層接入和授權框架，以協調聯邦和非聯邦用戶共享使用該頻段：

第一層是現有用戶，接受所有其他用戶的保護。“現有用戶”包括國防部雷達系統（3 550—3 650 MHz），3 625—3 650 MHz 的FSS（固定衛星業務，Fixed Satellite Service），以及在限定時間內3 650—3 700 MHz 頻段的地面無線操作。

第二層是PAL（優先接入牌照，Priority Access License）。PAL 牌照頻率范圍為3 550—3 650 MHz，PAL 應得到GAA 的干擾保護，但必須保護第一層現有用戶并接受來自第一層現有用戶的干擾。

第三層GAA（通用授權接入，General Authorized Access）。GAA 用戶可以全程運營在3.5 GHz 整個150 MHz中任何PAL 不使用的頻率上。GAA 按規則必須避免對更高級別的用戶造成有害干擾，并接受所有其他用戶的干擾，包括其他GAA 用戶。

美國CBRS 頻率示意圖如圖2 所示。

圖2 美國CBRS頻率示意圖

2018 年10 月FCC 發布相關報告和法令，對3.5 GHz頻段發布的PAL 規則進行了一定的更改，確保該頻段所采用的頻譜規則可以允許5G 系統以及其他高速寬帶技術系統使用該頻率。2020 年8 月25 日，FCC 完成了3.5 GHz 頻段的第一次拍賣，91.1%的牌照被售出，共計拍出45.85 億美元。

1.5 其他國家或地區

除了上面介紹的4 個國家，還有很多國家和地區也分配了專有頻率用于本地網絡建設[6]。

法國ARCEP（電子通訊和郵政管理局，The Autorité de Régulation des Communications électroniques et des Postes）在2019 年5 月正式發布技術文檔，將B38（2 570—2 620 MHz）TDD 頻譜用于專網業務，供行業用戶和相關企業提出申請。

芬蘭FICORA（芬蘭通訊管理局，Finnish Communications Regulatory Authority）將3 410—3 800 MHz 總共390 MHz帶寬平均分配給了3 個運營商（2019 年1 月到2033 年1月），為特定的當地要求（提到的港口、工廠、機場、醫院、購物中心）提供解決方案。

中國香港將26 GHz 頻段（24.25—27.5 GHz）和28 GHz頻段（27.5—28.35 GHz）共計4 100 MHz 頻譜分配給移動業務，其中400 MHz 頻譜將采用通過地理位置共享的方式進行分配，以便在特定區域提供創新性的無線寬帶服務。

中國臺灣地區通訊傳播委員會在2019 年12 月決定將4.8—4.9 GHz、帶寬100 MHz 的頻段指定為5G 頻段，供公共部門和私營企業專用，用于特定業務的、區別并獨立于電信運營商網絡的5G 通信業務。

澳大利亞ACMA（澳大利亞傳播與媒體管理局，Australian Communications and Media Authority）計劃在澳大利亞范圍內提供24.7～25.1 GHz 和27.5～29.5 GHz 頻段，從2020年10月開放申請工作，2020年12月完成許可證的發放。

韓國MSIT（韓國科學與信息通信技術部，Ministry of Science and ICT）計劃將28.9—29.5 GHz 共計600 MHz 頻譜用于區域5G 網絡建設以支持B2B 業務應用，即在特定區域（如建筑物、工廠等）引入基于5G 技術的定制化服務。按照計劃將于2021 年上半年完成頻率發放。

2 對比和總結

本地網絡頻率和監管框架在不同國家可能不同，比如頻率范圍、頻率申請流程、申請資質、技術中立或者技術限定原則，干擾協調、射頻指標等。表2 選取德國、日本和英國為例，簡要對比本地網絡許可和頻率管理框架在不同國家的情況[7]。

美國采用三層接入和授權框架，動態頻率共享機制允許協調聯邦和非聯邦用戶共享使用該頻段，提高頻率使用效率。其中第二層PAL 機制類似本地網絡頻率，但是需要保護第一層的聯邦用戶頻率使用。這種動態頻率共享機制相對專有頻率分配比較復雜，需要制定復雜的動態干擾協調和保護方案，通過頻率接入系統（SAS）機制對各層頻率進行協調，干擾規避方案如果制定過于保守，造成過度保護，則可能造成頻率浪費，如果干擾規避方案制定得過于放松，則可能在各層業務之間造成干擾風險。目前在世界上采納的國家不多，不屬于主流方案。英國無線電主管機構Ofcom 也正在對動態頻率共享機制進行研究，但是尚未推出頻率分配和使用方案。

3 結束語

世界上主要的工業制造發達國家都針對工業互聯網快速增加的頻率需求給出應對頻率方案，除了采用公眾移動通信解決廣域的業務需求，針對工業4.0 和垂直行業又分配一定專有頻率，用于部署本地網絡。隨著5G 技術的發展和廣泛部署，尤其應用于工廠等工業和垂直行業場景的工業互聯網業務需求激增，引發頻率需求急劇增加，不少國家無線電主管機構考慮中頻段和毫米波高頻段結合，滿足產業對本地網絡部署的頻率需求。本地網絡頻率監管是一種新型的靈活的更加精細化的頻率管理方式，各國都制定了適合各自國情和頻率使用情況的監管框架，包括頻率范圍、頻率申請流程和費用、申請資質、技術中立或者技術限定原則，干擾協調、射頻指標等?？偟膩碚f，靈活簡化的頻率管理方式有利于先進的無線技術產業鏈創新，有利于5G 應用更快速滲透到垂直行業中，服務于工業互聯網。

表2 德國、日本、英國的本地網絡許可和監管框架總結