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国内外5G毫米波频谱规划及标准化工作概况

供稿人:杜渐  供稿时间:2018-11-13   关键字:5G  毫米波  频谱规划  

随着5G时代的日益临近,毫米波的商业应用成为各国通信产业关注的热点。根据2015年ITU-R WP5D发布报告M.2083(5G愿景),5G系统将满足增强移动宽带(移动互联)、海量机器间通信(广域物联)、低时延高可靠通信(控制安全等)三类主要应用场景。为满足不同5G应用场景的需求,需要对5G系统候选频段采用全频段布局,以综合满足网络对容量、覆盖、性能等方面的要求。6GHz以下中低频段具有较强穿透力和广域覆盖能力,将成为提供5G业务覆盖的主频段;6GHz以上毫米波频段覆盖能力相对中低频段较弱,难以实现全网覆盖,但频谱资源丰富,可作为满足5G在热点区域峰值流量的承载频段。

一、国内外5G毫米波频谱规划进展

当前,毫米波频谱应用于5G系统成为业界共识,5G通信要达成高速传输的目标,重点就在高频毫米波的应用。为科学、合理地进行5G系统频谱规划,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。同年7月,工业和信息化部批复24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段用于我国5G技术研发毫米波实验频段,试验地点为中国信息通信研究院MTNet试验室以及北京怀柔、顺义的5G技术试验外场。

2016年11月,欧盟委员会无线频谱政策组(RSPG)发布欧洲5G频谱战略,在毫米波频段方面明确将26G(24.25-27.5GHz)频段作为欧洲5G高频段的初期部署频段,RSPG推进欧盟在2020 年前确定此频段的使用条件。此外,欧盟将继续研究32G(31.8-33.4GHz)和40G(40.5-43.5GHz)频段,以及其他高频频段。基于欧洲5G频谱战略,欧洲电信联盟(CEPT)负责讨论制定包含3.5G、26GHz等5G先发频段的使用管理规则。欧盟电子通信息委员ECC PT1在2018年7月基本完成26GHz频段技术应用条件的研究和制定工作,欧盟委员会将于2018年下半年发布关于5G使用26G频段的法规要求。同时,欧洲各国也在2018年陆续启动了关于5G先发频谱包括3.5G、26GHz等频段频谱拍卖规则的征求意见。

2016年7月14日,美国联邦通信委员会(FCC)全票通过将24GHz以上频谱用于无线宽带业务的规则法令,共规划10.85GHz 高频段频谱用于5G无线技术,包括28G(27.5-28.35GHz)、39G(38.6-40GHz),共计2.25GHz许可频谱,37G(37-38.6GHz)共计1.6GHz混合许可频谱和64-71GHz共计7GHz免许可频谱。2017年11月,FCC发布法令决定增加24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz以及47.2-48.2GHz共1.7GHz频段用于5G无线技术。至此,FCC在毫米波频段为5G无线技术规划频率总量达到约13GHz。2018年3月,FCC发布公告草案,提出28GHz和24GHz频谱的拍卖方案,28GHz频谱将分割为2个许可带宽,每个425MHz,许可针对县级范围;24GHz频谱将分割每个许可为100MHz带宽,许可将面向全美416个局部经济区域(PEA)。28GHz频谱技术在2018年11月开始拍卖,24GHz频谱拍卖略晚于28GHz频谱拍卖。2018年6月,FCC正式批准了Third Report & Order & Further NPRM,确定37.0-37.6 GHz的频段方案,该频段为政府和商业用户共享。在24.75-25.25GHz提供5G频率许可业务与固定卫星业务(FSS)共享的频率管理方案。对于24GHz和卫星地球探测业务(EESS)共存,FCC倾向参照全球保护准则针对IMT考虑采取额外杂散限值要求。此外,FCC将进一步征求开放42GHz的意见,以及寻求37.0-37.6 GHz 频段的共享框架方案。

2017年1月,韩国未来创造科学部(MSIP)宣布了K-ICT频谱规划,以期推动26.5-29.5GHz频段用于5G商用部署,其中27.5-28.5GHz(1GHz)计划在2018年释放,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年释放。韩国政府已于2018年平昌冬奥会期间,使用28GHz频段在首尔、平昌及其他城市建设了百余个5G站点,提供5G试验业务。同时,韩国政府计划于2019年3月实现5G网络的正式商用。韩国于2018年6月完成5G频谱拍卖,在28GHz频段,每个运营商获得了800MHz的频谱。其中,SK电信获得了28.1GHz-28.9GHz频段,KT获得了26.5GHz-27.3GHz频段,LG Uplus获得了27.3GHz-28.1GHz频段。

2016年7月,日本总务省(MIC)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,其中毫米波频段将主要聚焦在28G(27.5-29.5GHz)频段。日本总务省于2017年中旬联合NTT Docomo、KDDI和Softbank在东京及部分农村地区启动了5G外场试验,使用了6GHz以下和28GHz频段。日本总务省计划于2018年底到2019年初完成包含3.6-4.2GHz、4.4-4.9GHz以及27.5-29.5GHz频段的频率分配,为2020年东京奥运会提供5G商用服务。

此外,澳大利亚、加拿大、新加坡等国相关主管部门也先后启动了针对毫米波频段规划及使用的公开征求意见。根据征求意见函内容,加拿大、新加坡已明确表示出将28G频段用于5G的兴趣。其中,加拿大ISED针对28G(27.5-28.35GHz)频段和37-40GHz频段的移动业务应用,在征求意见中提出了针对本国频率划分规定的修订意见。

二、5G毫米波标准化工作进展

2016年初,第三代合作伙伴计划(3GPP)与世界主要通信厂商合作,完成了几个主要毫米波通信频段的初步量测,公布了有关毫米波信道模型的技术报告:TR38.900,厘清与证明毫米波频段作为5G操作频段在户外通信的可行性,作为全球开发5G毫米波通信系统的共同依据。

根据3GPP 5G标准化路标,5G NR标准制定分为两个阶段进行。其中,第一阶段(Rel 15)将分步完成非独立和独立5G标准的制定,2017年12月3GPP已经先期完成了利用LTE核心网,非独立组网的5G NR规范,2018年6月,3GPP完成了独立组网(SA)的5G新空口(5G NR)规范,该规范将利用5G核心网部署5G NR,支持端到端新特性,包括网络切片和支持更精细的QoS模型等。第二阶段(Rel 16)标准版本将考虑与第一阶兼容,计划在2019年底完成制定,并作为正式的5G版本提交ITU-R IMT-2020。目前,5G NR第二阶段已确立若干新项目,包括:5G NR增强型移动宽带(eMBB)性能提升,面向工业物联网(IIoT)的5G NR专用网和URLLC,基于5G NR的蜂窝车联网(C-V2X)支持更先进的使用场景,在免许可频谱部署5G NR,5G海量物联网,5G广播,5G集成接入和回程,5G定位技术,5G NR面向非地面部署等。

3GPP NR毫米波频段的射频标准讨论和制定工作由3GPP RAN4牵头开展,3GPP定义的5G第一阶段频谱分配定义了52.6GHz以下的频谱,见下表,而100GHz以下的频谱将于2019年12月完成的第二阶段(3GPP R16)中予以分配。

3GPP已标准化的毫米波频段

频段号

UL

DL

双工方式

n257

26.5–29.5GHz

26.5–29.5GHz

TDD

n258

24.25–27.5GHz

24.25–27.5GHz

TDD

n260

37–40GHz

37–40GHz

TDD

国际电联(ITU)在2019年世界无线电大会研究周期内专门设立了TG 5/1工作组,负责1.13议题的研究工作,即为5G系统在毫米波频段研究确定可使用的频谱资源。2018年8月,TG 5/1工作组第六次会议在瑞士日内瓦举行,这次会议是TG 5/1工作组在2019年世界无线电通信大会召开之前的最后一次工作组会议,会议重点讨论了全球在5G毫米波频段的最新研究进展,完成了5G系统在不同毫米波候选频段与相关无线电业务的兼容共存研究报告,起草了2019年世界无线电通信大会准备会会议文件(CPM报告)中关于1.13议题的相关内容。兼容共存研究结论对于频率规划和无线法规制定具有重要指导意义,ITU-R TG5/1共存研究项目情况见下表。

ITU-R TG5/1共存研究

频段(GHz)

业务/系统

主要贡献者

基本结论

24.25-27.5

23.6-24

EESS passive

美、韩、ESA、法、GSMA、中、巴、德、爱立信、诺基亚

杂散-13dBm/MHz加严约18-30dBss

23.6-24

RAS

法、CRAF、中

保护距离:约34-52公里

25.5-27

EESS/SRS(S-E)

美、中、ESA、英、韩、巴

保护距离:EESS约0.4-7公里,SRS约2-77公里

25.25-27.5

ISS

中、英、法、美

余量约11.8-27dB

24.65-25.25/27-27.5

FSS(E-S)

澳、韩、卢森堡、法、日、中、巴、俄、爱立信

余量约-30至9.1dB(仅俄结果不能共存)

24.25-27.5

FS

德、英、瑞士、巴

 

31.8-33.4

31.8-33.4

RNS

美、法、中、俄

城市上干扰概率13-40%,保护距离25-245公里

37-42.5

36-37

EESS passive

美、中、GSMA

杂散-13dBm/MHz加严约0-20.6dB

37-38

SRS

美、ESA

保护距离30-82km

37.5-42.5

FSS(S-E)

中、加、美、巴、华为瑞典、卢森堡、GSMA

保护距离约1公里

40.5-42.5

BSS

同上

同上

42.5-43.5

RAS

CRAF

保护距离约48-62公里

66-71

66-71

ISS

单站余量38dB

71-76/81-86

71-76/81-86

FS

诺基亚、中

 

79-92

RAS

保护距离7.5-22.5公里,邻频2.5-11.5公里

86-92

EESS passive

ESA、美、中

杂散-13dBm/MHz加严约8.2-29.9dB

76-81

汽车雷达

华为瑞典、德、瑞士

干扰概率2.4-40.3%

注:EESS卫星地球探测业务,RAS射电天文业务、ISS卫星间业务、FSS固定卫星业务、RNS无线电导航业务、SRS空间研究业务、FS固定业务、MS移动业务

参考文献:

1、未来移动通信论坛5G微波毫米波特别工作组,《5G毫米波频谱规划建议白皮书》,2018(8)


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